学校建筑抗震评估服务方案
招标编号:****
投标单位名称:****
授权代表:****
投标日期:****
房屋遭受地震破坏的表现形式繁复多样。首先,强烈的地表振动直接冲击建筑物,使之受损;其次,振动可能导致饱和砂土因液化而引发地面下沉、开裂,甚至伴随喷水和冒砂现象,从而削弱地基的稳定性,连带损伤基础和上部结构;此外,地震还可能诱发山体滑坡、泥石流等次生地质灾害,以及火灾和水灾等附加灾害,这些都对房屋构成严重威胁。
(一)房屋的动力特性
房屋的动力特性各异,从而赋予了它们独特的抗震性能特征。
1.刚度和周期
建筑物的基础特性在于其固有的刚度,旨在抵消外部力引发的形变影响。在遭受冲击或偏离原始平衡状态时,弹性力促使其逆向运动,从而反复产生振动。完成一次往返运动并返回初始位置所需的时间定义为周期。房屋的自然振动周期受高度、质量及刚度等要素共同影响。随着高度和质量的提升,周期相应增长,而与刚度成反比。因此,周期较短的结构通常被标识为刚性结构,反之,周期较长的则归类于柔性结构范畴。
2.振型
当房屋经历振动时,其特有的形状被称为振型。在承受外力的作用下,房屋不仅表现出基本振型(即自振周期最长的那个)的初始振动模式,而且还会伴随着第二、第三以及后续高阶振型的叠加效应。
3.地震时房屋的振动
刚性房屋的顶部和基础的运动与附近地表一致,但房屋对周期小于0.1s的地震振动反应较小。中等刚度房屋顶部振动的周期、相位和波形与基础或地下室几乎一致,但振幅随运动性质有的增加。柔性房屋的地下室或基础的振动很不规则,大致与地面的振动相似,但顶部运动以该房屋低阶固有周期分量为主,其最大振幅为地下室的2~3倍。
研究报告指出,刚性建筑在地震中的运动模式通常与地表同步或相近,而柔性结构则依据其固有频率自行振动。至于中等刚度的建筑物,其响应特性则处于刚性和柔性房屋运动特性的中间地带。
4.阻尼
当房屋遭遇振动时,能量的消耗主要源于材料内部摩擦、构件节点摩擦以及外部阻力的作用。这部分能量的丧失总称房屋的阻尼效应。在地震防护设计中,周期性和阻尼常被视为最核心且便于计算或现场测定的重要动力特性指标。事实上,每种振型对应的房屋都有其特定的周期和阻尼值。
(二)房屋破坏的机理
1.振动破坏
建筑物在地震波引发的地表振动作用下,会将能量传递至其基础,进而触发自身的振动响应。通常情况下,建筑物的设计主要遵循静力学原则,对动力效应的考量相对有限。然而,当振动烈度超越了建筑物结构的变形承载能力,便可能导致结构损坏。
建筑物遭受地震振动导致的破坏作用,受多种因素的复杂综合作用,其中包括地震波的频谱特征与持续时间,建筑物自身的构造材质、动力响应特性,地基状况,以及地理地形特性等多方面影响。
(1)地震波的周期
根据有关研究显示,周期在之间的振动对一般建筑物危害最大。例如,周期1s、振幅2.5cm、加速度约0.1g的振动,只需几秒钟就能破坏质量较差的房屋,若持续10s以上,则可对普通房屋造成重大破坏。
周期为1/300秒,振幅仅为0.0025厘米,加速度接近1g的高频振动,诸如小型爆炸引发者,通常对建筑物构不成直接的危害。然而,极其强烈的地震,即使在数百乃至上千公里之外,其震级约为20秒,振幅大约1厘米,尽管人们不易觉察,却可能诱发高层建筑的共振效应,导致上层结构最大位移可达20厘米以上,从而引发潜在的破坏力。
(2)共振作用
在微小振幅的短暂周期地基扰动下,建筑物的顶部结构大致维持静态。当地基振动频率与建筑结构固有周期相吻合时,可能导致共振现象,此时建筑物顶部位移可能远超地基的运动幅度。对于长时间周期的地基振动,顶层的加速度超越了地表的加速度,而且地基振动周期越长,这种差异以及建筑物的形变幅度相应减小。
(3)断层影响
作为地震灾害的重要来源,震害在断层边缘区域的表现与其规模紧密相连,其影响程度与断层的规模密切相关。
I(D)=f{△,h,g,o}
震害指数I(D)与其与震中距A、地表深度h、以及地面加速度g和建筑物刚度之间的函数关联密切相关。
(4)地基影响
地震对房屋建筑的损伤程度受多种因素影响,主要包括地基土壤特性、下覆岩层的构造与深度、基础类型及埋深,以及周边地形特征等。通常情况下,建在坚实地基上的建筑物遭受的破坏最为轻微,而地基松软地区的房屋则面临最严重的损坏风险。
尽管如此,软弱地基在特定情境下展现出其潜在优势。作为地震波迅速传播的介质,硬实地基促使地面振动加剧,进而导致建筑物承受显著的惯性冲击,这往往是造成刚性结构损坏的关键因素。然而,一项在振动台上测试砖石结构房屋模型的研究显示,与松软地基相比,坚固地基模型的顶部水平振动加速度提升了56%。这一现象源于软弱地基卓越的变形能力,它在某种程度上起到了能量吸收的‘耗能’效应,能够缓冲地震波对地基的冲击力。实际上,正是由于其易于压缩的特性,软弱地基上方的砖石构造在强烈地震中遭受的破坏相对较小。
(5)竖向和旋转地震力的作用
地震波,源自震源,主要分为体波中的横波与纵波。前者促使地面水平振动,后者则引发垂直运动,通常垂直运动幅度小于水平运动。鉴于一般建筑物在竖向稳定性上的优势,房屋建设设计通常侧重于抵御水平地震力的影响。然而,对于高层建筑、发射塔架等高耸结构,它们可能面临围绕水平轴或竖向轴的扭转力,这在抗震研究中需给予特别关注。
(6)多次振动的效应
房屋在地震中的破坏程度及规模,直接受其震前结构完整性的制约。若房屋曾遭受地震或其它损害,未经及时修复并强化抗震性能,其抵抗再次震动的能力将减弱,遭受冲击时,预期的破坏程度会更为显著。
2.房屋地基失效引起的破坏
在加速度较低且地基稳固的情形下,地表层呈现出弹性特性;然而,当条件相反,地表层乃至下垫层可能面临应力超越其承载能力,进入塑性变形阶段。此阶段,地基承载力会显著下降,甚至丧失稳定性,引发位移现象。地基破裂的过程中,部分能量得以消耗,虽然间接减少了对建筑结构的直接影响,但地基失效会导致建筑物遭受损害。地基承载力的减弱会促使房屋沉降;地基的非均匀下沉和水平移动则会对房屋基础构成威胁,进而波及上部结构的完整。
在地震的剧烈振动影响下,饱含水分的松散粉土与细砂层会经历液化现象,丧失其承载性能。这是由于砂土与粉土颗粒的结构在地震作用下趋向于紧实,当土壤颗粒处于饱和状态时,会导致孔隙水压力骤然上升。然而,在地震的短时间内,这种迅速升高的水压力未能得到及时释放,使得原本由土颗粒间接触点传递的有效压力(也称为动压力)显著下降。当动压力完全丧失时,砂土和粉土呈现悬浮状态。
3.次生灾害引起的房屋破坏
在崎岖的山地或丘陵区域,次生灾害的发生率及后果尤为显著。一旦遭遇地震,破裂的岩石和松动的土壤往往脱离其底层,导致崩塌、滑坡或泥石流等灾难。若地震前伴随长时间降雨,使得地表水分饱和,风险将急剧增加。
在历次震害调查研究中,我们观察到一系列有规律性的破坏模式。以下将根据汶川地震的灾后调查结果进行分类阐述。
(一)边角效应
在震害调查中,我们观察到房屋结构的端部或角隅部位遭受了严重的损害或已倒塌。这一现象的发生与结构特性有关:在常规的以重力荷载为主的分析中,这些边缘和角落区域承受的内力相对较小。然而,在地震的水平惯性力影响下,这些区域因缺少横向支撑,易受侧向冲击的影响,导致局部结构受损甚至整体崩塌。
尽管尽端单元因其优良的采光与通风条件备受居民喜爱,然而地震研究显示,在连排住宅事故中,这类单元往往是倒塌的高发区域。因此,抗震设计策略着重于强化尽端和角落的结构组件,以预防此类部位的倒塌性损害。
(二)鞭梢效应
在地震损害调查中,一项关键观察是:所有超出建筑物主体轮廓的突出结构,由于缺乏周边结构的支持,易遭受地震损伤。这些区域不仅承受弯曲力(弯矩)和剪切力的影响,还面临显著的扭矩作用,这在复杂的受力条件下可能导致房屋构件或局部结构的崩塌失效。例如,屋顶的小阁楼以及悬挂在楼体侧面的阳台等突出部分尤为明显。
由此提炼的经验法则在于:在建筑设计中,应确保结构的外观轮廓简洁规整,尽量排除不平整与非对称元素。近年来,追求新颖视觉效果的建筑师倾向于创造奇特的房屋形态,然而,这恰恰违背了结构抗震的基本原则。
(三)蜂腰效应
在震害调查的深入剖析中,结构平面的应力集中区域,特别是那些腰椎形状的瓶颈位置,如楼梯间与单元连接的连梁等地,因其刚度突变常导致严重的损伤,表现为密集的裂缝、混凝土破裂和构造上的严重损害。这些区域通常被视为结构的薄弱环节。因此,建筑设计应注重整体的简洁与规整,无论是立面还是平面布局,都应避免复杂的内部结构和不规则形状。建筑与结构设计团队需紧密协作,确保在满足功能性需求的同时,切实保障结构的稳固安全。
(四)底层效应
在灾后震害勘查中,常见的现象是:建筑物底部的结构损坏通常集中在承重墙或立柱上,且这类破坏常常导致整体结构崩溃,进而引发人员伤亡。相比之下,水平的梁、板及楼盖极少单独遭受损害,它们往往是由于承重墙和立柱的倒塌,伴随下坠而遭受的后续损伤。
底层效应解析:在结构设计中,竖向支撑元素,特别是位于建筑物底部的墙体与支柱,其安全性尤为关键。因此,对底层的竖向结构实施强化(底部强化区域)不仅最为有效,而且至关重要。
(五)方向效应
在地震灾后勘查中,值得注意的现象是:即使建筑结构类型一致,面向各异的房屋遭受的损害程度却存在显著差异。这种现象显然与房屋结构的朝向相对于震中的位置以及地震波的传播路径紧密相连。地震横波引发的水平移动和摇晃对垂直于波传播方向的建筑物构成较大威胁,相反,沿波传播方向的房屋,由于其纵向抵抗力较强,所受损害通常较小。因此,在地震区域进行建筑设计和施工时,应充分考虑这一重要因素。
(六)楼梯效应
楼梯间作为楼盖平面中的非连续薄弱环节,其楼梯板构造特征包含斜向布局和错层设计,这导致其在地震水平荷载作用下的力学特性尤为复杂。汶川大地震中,众多框架结构中的现浇楼梯遭遇了严重损害,尤其因框架剪切效应,楼梯段经历了反复的拉伸和压缩应力。由此引发的现象是,板体内部易形成贯穿的拉应力裂缝,底部钢筋常常承受过大的压力并可能屈服。此外,地震期间,楼梯板会随着两端楼梯梁的垂直运动而遭受剪切应力的影响,这种复合的拉压与剪切作用造成了极大的破坏力,往往致使楼梯板受力钢筋断裂。
尽管楼梯间在建筑整体结构中占据相对微小的比例,然而其在结构中的关键角色不容忽视。尤其在地震响应的内力评估方面,目前的研究成果有限且缺乏精确的方法论。鉴于其作为紧急疏散和逃生的至关重要通道,以及楼梯对框架柱承载能力的影响,基于历次地震带来的教训,未来的建筑设计应显著提升对楼梯间安全性的考量。在尚未充分理解其内力特性及其潜在破坏机制的前提下,设计阶段应适度增加安全冗余,优选采用具有良好延性的热轧钢筋,并严格把控施工工艺的质量标准。
(七)地震位移及防震缝
地震效应本质上表现为强制性位移,当相邻建筑因地震响应差异引发的位移不一致时,可能会导致局部结构受损。因此,在设计与施工过程中,必须遵循抗震规程,确保防震缝的设定及其适宜的宽度,并严禁在缝内填充坚硬物质。这样可以防止地震时结构的形变和位移引发的缝侧挤压与碰撞性破坏。地震勘查中常见的情形是,防震缝间距不足导致邻近建筑间发生碰撞的问题。
当抗震设计规范规定设置防震缝(包括其位置和宽度)以防止潜在破坏时,必须严格遵循。防震缝在使用期间的维护保全至关重要,任何非法定的改动,如因装修审美需求而随意移除或填充,都将严禁,以确保防震缝功能的有效实现。
(八)非承重构件的倒塌
在汶川地震中,众多伤亡事故源于女儿墙、栏杆板、填充墙及隔断墙等非结构承重部件的崩塌和坠落导致的不幸事件。
在设计与施工过程中,非承重构件通常遭遇技术力量的疏忽。灾区内,诸如砖加筋及简易拉结砌体构造措施的实施往往不足,导致在地震中酿成严重后果,威胁着人员安全。然而,相比之下,高层建筑中复杂且考验抗震性能的幕墙结构在此次地震中竟奇迹般地未遭受整体坍塌,仅见局部受损,这表明只要严格遵循设计规范和施工标准,此类安全隐患完全可以通过严谨操作得以消除。
(一)概念设计的含义与内容
由于地震作用的不确定性和复杂性,以及结构计算模型的基本假定与实际情况的差异,使仅靠计算分析得出的数据进行的抗震设计,即计算设计(或称为数值设计)很难有效地控制结构的抗震性能。因此,经过总结历次大地震灾害的经验教训,人们发现,对结构抗震设计来说,概念设计比计算设计更为重要。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010条文说明中明确提出“结构抗震性能的决定因素是良好的概念设计”。
作为结构工程师展现创新设计理念的关键阶段,其职责在于针对特定建筑空间,运用全局视角进行整体结构方案的构思,并精细处理各类关系,包括结构间的交互、结构与构件的衔接,以及构件本身的连接细节。
概述:概念设计,作为设计的一种策略,本质上属于定性层面。它并不依赖于详尽的力学解析或机械的规则遵循,而是通过整体的工程剖析,明确设计愿景,进而实施相应的策略。概念设计涵盖了广泛的范畴,如安全性、力学原理、材料运用、荷载管理、抗震考虑、施工实践以及使用性能等多个维度。在实际操作中,概念设计的核心在于整合并贯穿于结构方案构思、构件布局、简化计算示意图以及计算结果的深入解读与处理过程中。具体表现在以下几个关键环节:
1.场地选择方面
选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造重要建筑。对于不利地段,结构工程师应提出避开要求,当无法避开时,应采取有效措施,这时需考虑地震因场地条件间接引起结构破坏的原因,诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂等。
2.建筑平立面布置方面
平面与立面布局须严格遵循概念设计的指导原则,排斥采用显著非对称的建筑设计方案。对于这类不规则建筑,结构设计需纳入水平地震影响的详细评估,同时必须对可能的应力集中区域实施强化的抗震构造设计措施。
3.结构材料选择方面
抗震结构的需求应当作为结构材料的选择和结构体系的确立依据。在对各种技术及经济条件进行全面评估后,需综合抉择适宜的结构材料和体系。设计时强调结构的兼容性,即追求延性、刚度和强度的最佳匹配,同时致力于降低建筑的质心,以充分利用材料性能,并确保结构在两个主要振动方向上的动力特性(周期和振型)趋于一致。
4.结构应具有多道抗震防线
在抗震设计中,强调构建多重抵御策略。鉴于地震的连续性和反复冲击可能导致结构的严重损坏,关键在于防止结构在单一受力阶段失效。通过优化构件间的力学特性分配,即实现强柱弱梁原则,延性框架如采用此策略,例如在框架结构中,柱作为主要的抗侧向力元素,当梁先于柱达到屈服,可通过梁的塑性变形吸收部分地震能量,从而将框架柱定位为后续的防护层,形成多层次的抗震防线。类似地,框架-剪力墙结构中,剪力墙作为首要防线,框架则作为补充防线,共同保障建筑的稳定与耐震性能。
优化结构设计,确保承载力和刚度的均衡分布,并与其相应的柔韧性相协调
优化结构以增强抗侧移刚度的过程中,往往伴随着工程成本的提升与结构柔韧性的牺牲。追求建筑物在强烈地震下的稳固耐久,理想的状况是所有结构元件及其内部杆件均具备高延展性。然而,在工程实践中,实现这一目标往往面临挑战。因此,设计时需策略性地提升关键结构元素,特别是重要构件和核心杆件的延展性,这种方法既经济又实用。例如,框支墙结构中,转换层以下的楼层延性提升应作为重点;而对于框架和框架筒体结构,柱子的延性优化尤为关键。在设计过程中,另一策略是确保在不影响主要承载能力的前提下,控制构件的失效模式,降低受压构件的轴压比,并适当地调节剪压比,从而提升整体柱子的柔韧性。
6.确保结构的整体性
构件间的连接须确保其可靠性,并须满足以下基本原则。
节点的承载性能应与其相连构件的承载能力相匹配,且在构件发生屈服或刚度下降的情况下,节点的承载力与刚度需保持稳定不变。
锚固承载力应不低于预埋件与连接件之间的要求,确保预埋件的承载力匹配连接件的标准。
确保结构整体性的关键在于装配连接的实施,其中各抗侧力构件需配备稳固的手段,以实现空间内各个组件的有效协同作业。
强调构建连贯的结构,务必保证施工质量,以防止因不当操作导致结构完整性受损乃至破裂。
(二)概念设计的来源与依据
1.概念设计的主要依据和来源有:
深入剖析各类构造的工作机制及其力学特性。
(2)熟悉各类结构的设计原则;
熟悉并理解各类计算机程序的应用领域、力学模型的基本原理、操作规程以及开关的运用方法。
积累了丰富的工程实践经验,其中包括直接与间接的累积学习与洞察。
2.通过概念设计可以做到:
(1)保证正确的设计方向,即方向要对头;
(2)符合外部条件,使设计经济合理;
(3)发现并解决设计中的问题;
(4)判断设计结果的正确性;
(5)促进创新,提高设计质量。
(三)应用概念设计应注意的问题
在执行程序的过程中,结构工程师应当特别关注概念设计的关键要素。
在建筑设计初期阶段,通常难以依赖计算机辅助,因此结构工程师需凭借自身丰富的结构知识,结合成熟的工程设计准则与创新理念,灵活而富有创意地选用经济实用的结构解决方案。
结构工程师在评估结构工作性能时,需具备严谨而实事求是的态度。鉴于当前的结构设计理论与计算原理尚存诸多局限,如弹性理论内力计算与塑性理论极限状态设计间的理论冲突可能导致计算结果与实际受力状况产生显著偏差。为了克服计算理论的不足,应对工程中大量难以精确计算的结构元素进行设计,结构工程师需依赖概念设计与构造策略来确保设计目标的达成。在这个过程中,他们必须警惕计算机精确计算可能带来的误导,以免对结构性能产生误判,从而规避工程安全风险。
结构工程师的职责在于优化结构间的协同效应,确保在承载能力极限状态下,各结构组件能同步承受力、协同运作,并共享持久性能。基础与上部结构应被整合为一个有机的整体,其中对各类构件——如长柱、短柱、长梁、短梁——需精细调整其长细比和跨高比,以实现良好的配合。对于边缘构件,如剪力墙、角柱和底层柱,须审慎选定截面尺寸,合理布局,并通过构造设计增强其强度和可控变形,从而满足力学性能、刚度和经济效益的综合要求。
2.概念设计中应注重结构刚度的控制
在结构概念设计的关键环节,结构整体刚度与组件的相对刚度调控占据显著地位。在布局与计算分析过程中,结构工程师通常聚焦于负载的生成及其数值评估,即他们对于‘力’的侧重较为明显。然而,在此过程中,他们可能无意间低估了结构或构件对外力形变抵抗力的重要性,即‘刚度’,它揭示了构件间的内在联系,影响着内力分布与变形交互的关系。 实际上,结构中力的平衡、响应的协调以及内力的分布,皆由单个构件的线刚度以及各组件间相对刚度的比例来决定。因此,结构设计师应当深入理解和重视刚度理论,特别是相对刚度理论的运用。在设计实践中,对刚度理论的精准运用不仅能防止结构出现安全隐患,优化结构性能,还能确保在承受荷载时,构件乃至整体结构的受力均衡,同时实现经济效能的最大化。
在整个结构设计过程中,刚度控制扮演着至关重要的角色。当楼面刚度被设计为无限大时,能确保抗侧力构件内力的精准计算,从而保障结构的稳固性。高层建筑通过竖向刚度的连续均匀分布,避免了各楼层间出现突然的位移变化,消除了可能成为地震时易损区域的薄弱环节,从而降低了灾难性后果的风险。两个主轴方向的侧向刚度的协调平衡,使得建筑在动力响应上趋向一致,有助于抑制结构的扭转效应,简化其变形行为,进一步增强结构的安全保障。对于平面刚度可能出现突变导致的薄弱点,即使精确计算和常规构造措施难以满足抗震标准,通过科学设置防震缝也能有效解决这一问题,确保结构的抗震性能。
在结构设计过程中,软件选择至关重要。面对众多的计算工具,结构工程师应遵循以下策略:首先,需依据工程特性评估适用的设计软件环境,通常优先选用空间分析程序进行全面的结构分析,底框结构也不例外。其次,考虑工程结构的复杂程度,选取适宜的计算理论空间分析程序,例如,当建筑平面存在贯穿两层的中庭导致楼板刚度显著减弱时,SATWE程序更为适合,因为它支持楼板分块刚性假设。此外,针对特定工程特性,需适当调整计算参数,例如,由于非结构组件的刚度未被计入,可能导致实际周期是计算值的2-3倍,这可能影响地震效应的准确评估。因此,必须实施周期折减,避免因默认设置产生的计算偏差。再者,理解程序计算原理对实践操作的影响至关重要,例如,对于由防震缝分割的上部结构,应分别作为独立单元输入并计算,而非合并处理,以确保分析的准确性。最后,结构工程师还需具备判断软件计算结果准确性的能力,如关注不同结构类型的自振周期范围以及场地土底剪力的差异性。
3.抗震形态设计的概念
中国工程建设标准化协会已正式采纳并试用《建筑工程抗震性态设计通则》(CECS160—2004),该通则汇集了近年来国内外在抗震科研与工程实践中的前沿成果,其中包括抗震性态设计策略、设计地震加速度的确定、结构在弹塑性阶段的地震响应特性、结构影响系数的计算、结构弹塑性侧移分析、以及高频竖向地震作用对高层建筑的影响等多个抗震设计理念和创新方法。
近期,抗震性态设计在地震工程领域取得了显著突破。该设计理念摒弃了传统的单一设防策略,倡导分级设防,根据不同建筑的使用性质和重要性实施差异化处理。针对不同地震强度,设定相应的性态水平和预期震害标准,确保在遭遇特定震级地震时,关键设施或具有重要功能的建筑能在地震期间和灾后持续稳定运行,保障其正常使用功能的实现。
当前的抗震设计理念强调,设计过的建筑在遭受强烈地震时,允许适度损害,但核心目标是保障使用者的生命安全。然而,伴随工业进步与社会发展,教育、文化、体育、商业、信息与通信等非住宅设施的蓬勃发展,尽管它们在地震中的结构损伤未直接威胁生命,却对社会运作产生了严重影响,并导致巨额经济损失。例如,美国7.1级北邻地震、日本6.9级阪神地震和台湾7.3级南投集集大地震,尽管人员伤亡相对较少,却引发了近百亿美元的经济损失,对社会经济的持续发展造成了显著冲击。这些地震实例警示我们,抗震设防策略不能仅仅关注人员伤亡的减少,还需重视地震引发的经济损失以及建筑功能中断对社会生活秩序的潜在威胁。因此,针对不同性质和重要性的建筑结构,抗震设计应设定差异化的行为标准,即规定各异的抗震性能等级,这正是抗震性态设计的理论基础,也是未来规范修订的关键依据。
基于性能抗震设计的主要优点:
(1)强调建筑结构性能目标的“个性化”。
业主可享有更大的灵活性,在设定抗震性能目标上拥有丰富的选择余地。
在追求抗震性能目标的过程中,设计者的创新潜能得以充分挖掘与施展。
在确保结构基本性能("共性")时,抗震设计着重于社会的整体成本考量;而在设定特定性能指标("个性")时,其决策因素则聚焦于业主的开支,旨在超越现行规范的局限性。
性能设计着重于双重目标:一方面确保生命安全,另一方面极力防止财产损失。
虽然我国尚未形成统一的规范支持基于性能的设计策略,但其作为未来的发展趋势已获得广泛认同。现有的抗震设计准则,如‘小震不损,中震可修复,大震保持结构完整性’,尽管具有指导意义,但其性能目标尚显局限。现阶段,基于性能的抗震设计理念主要见诸于复杂结构和超越常规限制的工程项目中。
对于地震烈度达到7度及以上以及地震重点监视防御区域的校舍,必须依据《房屋结构安全性与抗震鉴定标准》、《民用建筑可靠性鉴定标准》及相关抗震设计规程,由具备相应设计资质的专业机构进行严谨的抗震性能评估。这些机构需出具详细的抗震鉴定报告,以判断校舍是否需要实施抗震加固。如条件允许,优先推荐委托校舍原始设计单位进行鉴定工作,以确保评估的专业性和准确性。
对于非地震重点监视防御区且处于地震烈度6度及以下的校舍,房屋安全评估工作由具备房屋安全鉴定资质的机构或持有相应设计许可的单位依据《民用建筑可靠性鉴定标准》实施。完成评估后,将出具房屋安全鉴定报告,根据评估结果决定校舍是否需要进行加固。对于经鉴定为C级且位于6度地震烈度区域的需加固房屋,必须进一步进行抗震性能评价,生成抗震鉴定报告,并确保加固工程符合抗震设防规定。
针对地处洪泛区、蓄滞洪区域以及易遭受洪水影响的校舍,必须由具备相应资质的机构进行抗洪淹没与洪水冲击性能的专项评估;而对于处于台风高风险区域的校舍,则需经专业资质单位进行严格的抗风性能验算,确保设施的安全性。
近年来,鉴于我国地理位置处于欧亚板块东南边缘,处于两大活跃地震带的交汇地带,地震频发且具有显著的强度大、震源浅的特点。尤为令人痛心的是,2008年5月12日的汶川大地震,其惨烈场景深深触动了全国民众,地震导致当地及周边地区众多中小学教学设施遭受重创,对人民的生命财产安全造成了巨大冲击。面对此严峻形势,党和国家领导层多次强调指示,提出将学校建筑提升至最高安全标准,务必确保人民群众的生命财产安全。在此背景下,国务院办公厅果断推出全国中小学校舍安全强化工程,旨在全面提高教育设施的抗震性能和稳固性。
根据校舍抗震鉴定的检测数据与分析结果,我司对中小学校的鉴定工作进行了详尽总结。鉴定流程划分为三个关键阶段:初始的校舍安全普查、中间的实地考察阶段以及后期的数据整理阶段。在初期排查阶段,我们重点关注了三个方面:场地安全评估、防洪设施检查以及建筑结构安全性核验,这一阶段的调查为后续检测提供了坚实的基础信息。 在皖北地区,中小学校的校舍状况总体显示:部分教学楼缺失施工设计图纸,尤其农村学校的教学楼多为‘三无’项目,即便存在设计图纸,大部分未经严格审查,难以满足现行的抗震设计规范。结构类型以砖混结构为主,预制装配式楼板和屋面覆盖较少,整体采用现浇整体式结构的情况不多见。许多教学楼在圈梁和构造柱设置上存在问题,即便设有,也往往不符合抗震标准,导致结构整体性不足。 施工质量堪忧,建筑材料如砖、砂浆和混凝土强度普遍偏低,未能达到现行设计规范的最低标准。此外,建筑标准较低,维护管理不善,室内墙面剥落、门窗损坏严重、屋面漏水、照明条件恶劣、地面开裂,且避雷设施配备不足等问题尤为突出。
根据实地考察的结果,中小学校的校舍状况概要如下:
分布广泛且数量众多的教学楼中,其抗震性能大多不尽人意。
2.教学楼结构形式多为砖混结构。
3.建筑形式为单面外廊式。
4.大多数缺少合理结构抗震设计。
5.楼屋面板多为预制板。
教学楼的疏散系统设计存在缺陷,主要表现为部分楼梯被安置在楼体边缘,这显著影响了其结构的抗震性能。
墙体建造所采用的材料标准有待提高,且缺乏定期维护。检测报告显示,砌筑砂浆主要成分是石灰砂浆,其中水泥含量偏低,规格型号不尽人意,砖块品质欠佳,未能达到现行规定的技术标准。
8.部分教学楼存在随意加层、搭建现象。
(二)中小学教学楼抗震鉴定
1.现场采集的数据
(1)结构图和建筑图的测绘与复核
在拥有现有房屋结构图纸的情况下,需对图纸进行详尽的校验,分为整体的全面核查与关键区域的抽查;若缺乏结构图,则需依据房屋的实际状况进行实地测量测绘。
在房屋建筑图纸的测绘与复核过程中,着重关注墙体的厚度、门窗洞口的尺寸、层高、房屋的进深与开间等关键要素。在构建建筑物三维模型并进行结构分析时,必须基于实地测绘的数据,明确主体结构的类别和传力路径,以此为基础构建精确的结构分析模型。这样,才能确保房屋的抗震性能评估更为精确,并为后续的结构建模计算分析提供坚实的基础依据。
(2)建筑物的外观检查
评估建筑物的实际状况,包括墙体是否存在裂缝,整体是否出现沉降或倾斜现象,钢筋是否存在问题如漏筋和锈蚀,圈梁及构造柱的布局情况,楼屋盖的形式特性,以及楼梯间的配置细节。这些详尽的外观检查结果,将为后续的加固设计提供坚实的数据支持。
(3)承重结构材料的性能检测
性能检测对于多层砌体房屋结构主要关注以下几个要素:构造柱与圈梁的混凝土强度评估、钢筋配置的检验、以及墙体的砖块和砂浆的强度测试。
2.抗震鉴定标准及步骤
(1)地基和基础鉴定
对于位于适宜抗震地段,且符合6、7度抗震设防要求的建筑,若其基础状况良好,如无腐蚀、酥碱、松散及剥落现象,上部结构未见显著的不均匀沉降和倾斜,教学楼的地基基础抗震鉴定可以免予执行。
(2)结构体系的鉴定
关于建筑限高标准,依据相关规定,对于设防烈度为8度的乙类B级砌体房屋,其最大允许高度和层数分别应不超过18米和6层,而对于横向抗震墙配置较少的同类建筑,限制则分别为15米和4层。对于当前使用的普通砖结构,建议层高不超过4米。经鉴定,本次教学楼的高度、层高和层数基本符合上述标准要求。
2)抗震横墙间距和高宽比。根据规定,设防烈度为8度的普通砖实心墙类砌体房屋横墙最大间距为11m,本次鉴定的教学楼基本符合该要求;设防烈度为8度时房屋高宽比(单面走廊总宽度不包括走廊宽度)不宜大于2.0,本次鉴定的教学楼少数不符合该要求。
3)楼梯间、防震缝设置。根据规定,房屋的尽端和转角处不宜设有楼梯间,8、9度时,房屋立面高差在6m以上,或有错层且楼板高差很大,或各部分结构刚度、质量截然不同时,宜有防震缝,缝两侧均应有墙体,缝宽宜为,本次鉴定的教学楼中部分房屋楼梯间设置在房屋尽端,防震缝设置不合理。
关于砌体房屋材料的强度要求,明确规定,承重墙体的砌筑砂浆最低实测强度应不低于MU7.5等级。对于构造柱圈梁的混凝土强度,推荐其实际达到的标准不得低于C15。然而,据检测报告显示,部分教学楼的建筑材料标准未能达标,其中砂浆多采用低标号的石灰砂浆,且砖块质量欠佳,其强度普遍低于MU7.5,未能满足现行结构设计规范的规定。
5)整体性连接构造。
教学楼的构造柱设置依据相关规范,应在外墙四角、纵横墙交界、大洞口两侧以及大房间内外墙衔接点等关键位置设置。然而,经鉴定发现,该教学楼中大多数构造柱的配置并不符合现行标准要求。
按照规定,教学楼在各层外墙、内纵墙与屋盖交界处以及每层楼板下方,均需配置圈梁。同样,内横墙与屋盖连接处以及各层楼板下也应设有圈梁,且其间距应不超过7米。经评估,教学楼多数屋盖区域已安装了圈梁,然而部分楼层的楼板下方并未设置,这不符合现行设计规范的标准。
教学楼中,支撑楼屋盖预制板构件的大部分构件其支撑长度均达到或超过100毫米,符合相关规范要求。
校舍抗震鉴定重点关注可能引发局部结构失效的组件及其连接。按照相关规定,我们对房屋的承重窗间墙的尺寸(宽度),以及承重外墙末端至门窗开口的间距,以及无固定支撑的女儿墙高度进行了严谨评估。鉴定结果显示,房屋的承重窗间墙宽度和承重外墙的终端至门窗开口的距离大体符合标准,然而部分无锚固女儿墙的高度超出了规定的界限。
(三)抗震承载力验算
针对B类多层砌体房屋,其各层层高相近且分布均匀的情况,可根据本标准采用楼层综合抗震能力指数的评估方法。楼层平均抗震能力和综合抗御地震能力的计算公式如下:
(1)
(2)
第i楼层的纵向或横向墙体的综合抗震能力指数,用α表示;而β则代表该楼层墙体的平均抗震性能指数。抗震墙在层高1/2位置的净截面积,A,排除了高宽比超过4的墙段,其面积计算不包含在内。建筑平面总面积为Aw,第i楼层纵向或横向抗震墙的基础面积率Abi,依据标准附录B的规定来确定。烈度影响系数,对于6、7度的情况,分别采用0.7和1.0;体系影响系数和局部影响系数,则根据鉴定标准直接确定。
请参阅图表1,该校舍的各类参数取值以及依据公式(1)与(2)计算得出的纵向和横向综合抗震能力指数已详细列出。
根据表1所示,一、二层的纵向和横向墙体综合抗震能力系数均低于1.0,这反映出该建筑的整体抗震性能未能满足鉴定标准的规定,亟待进行强化改造。
综合抗震性能评估指标(七度烈度,B类建筑,砌体结构的计算方法)
|
|
|
d A é j y ji |
|
|
|
|
|
|
1层 |
纵向7.14 |
|
214.07 |
0.023 |
|
1.45 |
0.65 |
|
0.754 |
|
横向 |
7.73 |
|
5.027 |
|
1.34 |
. |
|
.696 |
|
向 |
7.14 |
270.83 |
C.018 |
|
1.49 |
5.60 |
0.8 |
0.700 |
2层 |
横向 |
7.73 |
|
G.028 |
|
1.02 |
.60 |
|
0.490 |
(四)在鉴定过程中遇到的问题
在初期核查阶段存在的瑕疵,导致提供的校舍资料精确度不高或信息不全面,从而对抗震性能评估造成了诸多困扰。
中小学教学楼的显著特征是规模庞大且遍布各地,鉴于校舍抗震性能评估需在规定时限内严格实施,这使得相关鉴定工作负担颇重。在鉴定和检测过程中,我们注意到数据收集的完整性与准确性存在提升空间。
后期进行结构建模分析计算面临挑战,主要源于大部分建筑物缺失结构性图纸资料。
在实施的实地检验中,若干教学楼被发现存在增层的情况,针对此类工程尚未确立明确的鉴定程序。
本项目乃XX市教育局开发区分局面向中小学校的校舍抗震与安全评估任务,整体划分为单一包,供应商需全面响应采购要求。若报价存在任何遗漏,将被视为对项目的优惠让利措施,供应商需无偿提供完整服务。
XX市教育局开发区分局中小学校舍抗震、安全鉴定项目面积汇总表 |
||
学校名称 |
建筑面积(m2) |
建成时间 |
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
XX小学 |
|
|
X
|