โครงสร้างก่ออิฐเสริมแรง

1. การสำรวจทางวิศวกรรม

อาคารเรียนในเขตสือจิงซาน กรุงปักกิ่ง สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2529 มีพื้นที่ 4,300 ตารางเมตร ชั้นแรกเป็นโครงสร้างโครงเหล็ก ส่วนชั้นสองถึงสี่เป็นโครงสร้างอิฐและคอนกรีต ความสูงของชั้นแรกคือ 3.8 เมตร ชั้นที่สองและสามคือ 3.6 เมตร ชั้นที่สี่คือ 3.8 เมตร และความสูงรวมคือ 14.8 เมตร ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความสามารถในการรับแรงแผ่นดินไหวของอาคารยังไม่ถึงเกณฑ์มาตรฐานความปลอดภัยทางวิศวกรรมของโรงเรียนประถมศึกษาและมัธยมศึกษาแห่งชาติ หลังจากการเสริมกำลังแล้ว จำเป็นต้องเสริมกำลังแรงแผ่นดินไหวของอาคารที่ออกแบบไว้ให้มีความแข็งแรงถึง 8 องศา

2. การออกแบบเสริมแรง

2.1 แผนการออกแบบ

แผนการออกแบบของโครงการนี้ได้รับการวิเคราะห์จากสี่ประเด็น ได้แก่ ต้นทุน ระยะเวลาการก่อสร้าง ฟังก์ชันการบริการ และประสิทธิผลของการปรับปรุงประสิทธิภาพแผ่นดินไหว และกำหนดว่าการเสริมผ้าคาร์บอนไฟเบอร์จะเป็นโครงการที่เหมาะสมที่สุด

(1) หากใช้วิธีการเสริมแรงแบบดั้งเดิมของผนังพื้นคอนกรีตเสริมเหล็กในโครงการนี้ ส่วนคาน-เสาของโครงชั้นหนึ่งจะมีขนาดใหญ่ขึ้นมากเมื่อน้ำหนักบรรทุกส่วนบนเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการใช้งานของชั้นหนึ่ง นอกจากนี้ ฐานรากของเสาโครงยังจำเป็นต้องขยายขนาด แม้กระทั่งจากฐานรากอิสระไปยังฐานรากแบบแพ ส่งผลให้ระยะเวลาก่อสร้างยาวนานขึ้นและต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก คาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา รับน้ำหนักเพิ่มเพียงเล็กน้อยหลังจากการเสริมแรง มีผลกระทบต่อฐานรากอาคารน้อย และไม่จำเป็นต้องเสริมแรงฐานรากมากนัก

(2) รายงานการประเมินแผ่นดินไหวของโครงการนี้แสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงอัดของโครงสร้างก่ออิฐส่วนบนตรงตามข้อกำหนด ความสามารถในการเฉือนไม่เพียงพอ จำนวนเสาโครงสร้างเดิมไม่เพียงพอ หน้าตัดของคานวงแหวนมีขนาดเล็ก จำเป็นต้องเพิ่มความแข็งแรงของผนัง และผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีคือเพิ่มความเหนียวของโครงสร้าง

(3) จากมุมมองการใช้งาน ขนาดพื้นที่ว่างของห้องเรียนในอาคารเรียนไม่สามารถลดลงได้มากนัก ไม่ว่าความยาวของห้องเรียนหรือทิศทางความกว้างจะลดลงมากกว่า 100 เมตร จะทำให้นักเรียนจัดวางโต๊ะและเก้าอี้ได้ยากลำบากมาก และโดยทั่วไปแล้วการเสริมความแข็งแรงผนังด้วยคอนกรีตฉาบปูนของห้องเรียนจะช่วยลดพื้นที่ว่างได้ 160-200 เมตร การใช้ผ้า CFRP เพื่อเสริมความแข็งแรงผนังห้องเรียนโดยทั่วไปจะช่วยลดพื้นที่ว่างเหนือศีรษะได้เพียง 50-60 องศาต่อเมตร

2.2 ประเด็นหลักของการออกแบบ

ประเด็นสำคัญของการออกแบบประกอบด้วยการเลือกใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ การกำหนดรูปแบบระนาบ โหมดการยึดเกาะ และมาตรการปิดผนึกขอบ

(1) เลือกใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ อิฐก่อมีความแข็งแรงต่ำ ความเหนียวต่ำ และการยึดเกาะระหว่าง CFRP กับผนังไม่ดี จึงไม่เหมาะที่จะใช้ CFRP ที่มีความแข็งแรงสูง เลือกใช้ CFRP เกรด II น้ำหนัก 200 กรัม

(2) การจัดวางผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ เมื่ออัตราส่วนภาพมากกว่า 0.5 จะใช้รูปแบบการวางแบบ "หลุม" และเมื่ออัตราส่วนภาพน้อยกว่า 0.5 จะใช้รูปแบบการวางแบบ "แปด"

(3) มาตรการยึด มาตรการยึดมีผลเพียงเล็กน้อยต่อแรงกดที่เกิดการแตกร้าว แต่มีอิทธิพลอย่างมากต่อแรงกดที่เกิดการแตกหักขั้นสุดท้าย ปัจจุบัน มีการทดลองจำนวนมากที่พิสูจน์แล้วว่าวิธีการยึดโดยการกดผ่านพื้นผิวของตะปูคาร์บอนที่จุดตัดของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความน่าเชื่อถือมากที่สุด ในขณะเดียวกัน แผ่นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ที่ด้านบนสุดของผนังจะถูกแปะยาว 200 เมตร โดยให้พื้นด้านล่างเป็นพื้น และกดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ลงบนพื้นผิวของตะปูคาร์บอนผ่านผนังที่ความลึก 150 เมตรจากพื้น

(4) รายละเอียดการออกแบบ ควรออกแบบระยะห่างของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ การจัดวางตะปูคาร์บอน รอยต่อ และขอบซีลอย่างละเอียด รูปแบบการออกแบบของโครงการนี้คือ การเสริมความแข็งแรงของผนังหลักด้วยแผ่น CFRP แบบชั้นเดียว 200 กรัม ความกว้าง 100 เมตร ระยะห่างตามยาวและตามขวาง 500 เมตร ใช้ตะปูคาร์บอนกดจุดตัด แผนภาพแสดงการเสริมแรงของรอยต่อระหว่างผนังและพื้นแสดงในแผนภาพ