建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與加固改造方法

唐福

摘要：近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的騰飛，人民生活水平大幅改善，建筑安全成為建設(shè)領(lǐng)域首要關(guān)注的重點(diǎn)。國家建設(shè)規(guī)范規(guī)程的更新，對(duì)建筑承受地震等自然災(zāi)害及爆炸等偶然沖擊時(shí)提出更高、更明確的要求。建筑使用功能的調(diào)整、使用荷載的改變也對(duì)建筑安全提出不同要求。本文主要是基于房屋結(jié)構(gòu)改造中抗震等安全性能提升的重要性，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和加固改造進(jìn)行了分析和研究，以期提高房屋的安全性能。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震;改進(jìn);整改措施

由于當(dāng)前技術(shù)限制，對(duì)于地震檢測(cè)的可靠性還無法保證。房屋建筑是人們重要的工作、生活場(chǎng)所，所以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、加固已有建筑、增強(qiáng)抗震性能是確保所有建筑和人員安全的重要保證。提高建筑物的抗震性能，并針對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的處理措施。對(duì)不改變結(jié)構(gòu)形式的前提下，通過局部處理構(gòu)件的方式，提高既有建筑的安全性、抗震性和適用性同樣也具有重要意義。

1 建筑物基本的抗震性能設(shè)計(jì)和原有建筑加固的必要性

通過汶川地震震害調(diào)查，調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，在地震中出現(xiàn)局部坍塌、甚至整體倒塌的建筑物大部分系未按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001設(shè)計(jì)的老舊房屋或自建房屋，小部分為震中實(shí)際烈度遠(yuǎn)高于設(shè)防烈度的建筑?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016版）將原有部分地區(qū)抗震設(shè)防烈度或地震分組進(jìn)行調(diào)整，將原來抗震不設(shè)防地區(qū)調(diào)整為6度設(shè)防，總體上是提高建筑的抗震設(shè)防水準(zhǔn)，強(qiáng)化建筑設(shè)計(jì)的抗震性能設(shè)計(jì)的必要性和廣泛性。為滿足社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展要求，建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)和原有建筑的加固就非常有必要。

2建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)策略

2.1 建筑場(chǎng)地

首先，在選擇建筑建設(shè)地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)地質(zhì)連續(xù)的非斷裂帶以防止地震震害，優(yōu)先采用均勻的原狀的地質(zhì)層為建筑持力層，同一建筑物盡可能采用同一地質(zhì)層為持力層。不應(yīng)選擇軟土、液化土、腐殖土以及懸崖、陡坡以及斷裂帶等抗震不利區(qū)域。

2.2 選擇合理的建筑方案

2.2.1建筑物選擇有利外形，平面和立面布局的規(guī)則

建筑物外形簡(jiǎn)單，且平面和立面布置規(guī)則時(shí)。構(gòu)件布置規(guī)則，荷載和力傳導(dǎo)明確，而且也能夠準(zhǔn)確計(jì)算出抗側(cè)力構(gòu)件在地震作用時(shí)內(nèi)力分布的實(shí)際情況，并且在薄弱環(huán)節(jié)或薄弱層有針對(duì)性的采取加強(qiáng)措施，耗能構(gòu)件設(shè)置于非關(guān)鍵部位，即使耗能構(gòu)件破壞也不影響建筑整體安全，建筑也可修復(fù)使用。反之平面和立面布置不規(guī)則時(shí)，就會(huì)導(dǎo)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)或薄弱層增多，此類狀況往往僅通過局部加強(qiáng)或局部改變構(gòu)件布置已不能滿足性能化設(shè)計(jì)要求，必須改采用更復(fù)雜或更有保障的其他結(jié)構(gòu)方案造成浪費(fèi)。

2.2.2 設(shè)置抗震加強(qiáng)層

抗震加強(qiáng)層多用于高層或超高層建筑，在普通建筑中引入相對(duì)弱化的加強(qiáng)層或局部加強(qiáng)層可有效提高建筑抗震性能，對(duì)建筑的扭轉(zhuǎn)、位移等控制性能指標(biāo)有明顯改善。設(shè)計(jì)人員一般會(huì)通過三維建模來對(duì)建筑物進(jìn)行模擬分析，并利用時(shí)程分析或彈性時(shí)程分析找到建筑薄弱點(diǎn)和薄弱層，通過設(shè)置加強(qiáng)層或局部加強(qiáng)層提高建筑物的抗震性能。

3建筑結(jié)構(gòu)的加固改造

3.1 結(jié)構(gòu)修復(fù)改造

結(jié)構(gòu)修復(fù)一般針對(duì)局部不滿足使用功能或構(gòu)件意外損壞。不滿足使用功能常見有變形、裂縫及建筑功能不滿足，修復(fù)方法常有增加支撐、材料置換、高壓注漿等。

（1）增加支撐

增加支撐修復(fù)最為簡(jiǎn)單有效，在構(gòu)件的合適位置增加支撐結(jié)構(gòu)，改變構(gòu)件的受力特性，達(dá)到修復(fù)構(gòu)件的目的。該處理方法常受限于建筑功能，增加支撐往往很大程度上影響下層使用功能，該方法適用范圍有限。

（2）材料置換

材料置換技術(shù)一般用于局部材料強(qiáng)度不足，采用高強(qiáng)度的相同材料或構(gòu)件替換原有材料或構(gòu)件。對(duì)局部的混凝土強(qiáng)度不足、構(gòu)件局部超載使用損壞或鋼結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)加固最為有效。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是工期短，對(duì)于進(jìn)一步加快目前的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度也非常有效，節(jié)約人力成本，但是對(duì)施工人員的專業(yè)技術(shù)水平要求非常高。

（3）高壓注漿

高壓注漿修補(bǔ)技術(shù)主要用于內(nèi)部修補(bǔ)缺陷和裂縫修補(bǔ)這些方面，在選擇時(shí)，主要是根據(jù)建筑構(gòu)件的損傷程度進(jìn)行選擇。高壓注漿修補(bǔ)主要是對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)中的缺陷部位進(jìn)行。為了提高該修補(bǔ)技術(shù)修補(bǔ)后結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，必須要使用壓力泵將修補(bǔ)材料壓入缺陷部位或裂縫中;裂縫修補(bǔ)技術(shù)主要是針對(duì)混凝土自身缺陷或裂縫進(jìn)行的，該處理技術(shù)采用混凝土材料對(duì)裂縫進(jìn)行填補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)。

3.2 結(jié)構(gòu)加固措施

結(jié)構(gòu)加固一般針對(duì)不滿足正常使用狀態(tài)和不滿足極限承載力狀態(tài)兩種情況。不滿足正常使用狀態(tài)多為變形、裂縫及建筑功能不滿足;不滿足極限承載力狀態(tài)多為使用功能改變、荷載增加構(gòu)件承載能力不足，這類情況改造加固的常用方法有植筋增大截面、外粘高強(qiáng)材料等方法。

3.2.1 增大截面加固措施

植筋增大截面在建筑結(jié)構(gòu)加固中非常常用，利用增加構(gòu)件截面，新植鋼筋和后澆混凝土與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成疊合構(gòu)件來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。但是此類加固必須要考慮，才能夠確保植筋技術(shù)能夠達(dá)截面改變對(duì)局部相鄰構(gòu)件及整體的受力影響，需要復(fù)核加固后相鄰構(gòu)件及整體是否仍然滿足計(jì)算和構(gòu)造的要求。例如：在某框架結(jié)構(gòu)中采用增大截面方法加固局部柱，與加固柱直接相連的框架梁受加固柱剛度變化影響，構(gòu)件內(nèi)力必然變化，原有構(gòu)件截面尺寸受力等是否依然滿足計(jì)算需要，就需要按加固后的結(jié)構(gòu)整體復(fù)核結(jié)果確定。

3.2.2 外粘高強(qiáng)材料加固措施

外粘高強(qiáng)材料加固技術(shù)可以提高建筑構(gòu)件的承載能力，多采用粘鋼板或碳纖維材料。該加固方法簡(jiǎn)單適用，現(xiàn)階段被廣泛采用。但是該方法也有不少缺點(diǎn)，例如：規(guī)范規(guī)定有效加固范圍，超出加固范圍的加固部分無效;加固主材及粘接材料有效期小于建筑物使用年限，到達(dá)相應(yīng)年限后需要鑒定或重新加固處理。

4結(jié)束語

綜上所述，建筑物的抗震性能對(duì)于建筑物的使用性能以及使用壽命而言至關(guān)重要。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員和施工人員，一定要將建筑物的抗震設(shè)計(jì)施工貫穿于建筑物建設(shè)的生命周期內(nèi)，在完工后還需要邀請(qǐng)專業(yè)的第三方公司鑒定加固建筑物的抗震性能。選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)，而且還需要選擇相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)方法，提高所有建筑物的抗震性能，保護(hù)人們的美好生活和家庭財(cái)產(chǎn)的安全。

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（作者單位：貴州新基石建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）