建筑結構抗震鑒定及加固設計分析

林若楠

【摘要】隨著我國經濟的快速發(fā)展，建筑業(yè)迎來了前所未有的快速發(fā)展時期。但由于當時技術能力和對地質條件認識水平的限制，一些既有建筑結構的抗震設計和施工不能滿足抗震性能的要求，這對人民的人身和財產安全構成嚴重威脅，加固設計和處理成為提高既有建筑結構抗震性能的主要手段。本文論述了建筑結構抗震設計的特點和設計理念，結合建筑結構抗震鑒定方法，重點分析了抗震鑒定與加固設計，探討了改進和完善建筑結構抗震鑒定與加固設計的方法，從而達到保證和提高建筑物抗震性能的目的。

【關鍵詞】建筑結構;抗震鑒定;加固設計 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.35.125

建筑物由于老化、各種環(huán)境以及天氣帶來的災害、人為危險等原因已達到使用壽命的整體結構中隱藏著許許多多的安全隱患，其中還有一些因主體結構用途的變化而導致功能發(fā)生變化的新建建筑物，這些建筑物亟待加固措施。但是在加固建筑物之前，十分有必要對建筑物進行抗震評估，綜合分析考慮下提出對既有建筑結構抗震評價方法，并根據(jù)實際情況尋找適合既有建筑結構的加固設計方法，以保證建筑結構的穩(wěn)定性和保護性，解決建筑物中存在的安全隱患，以滿足現(xiàn)在的標準居住質量與條件。

1、建筑結構抗震設計特點

1.1水平側向力的有效控制

高層建筑具有自身特定的結構特點，但最明顯的是由于建筑高度過高引起的側向力急劇增加，這是目前在結構設計中必須要有效解決的問題，水平側向力對高層大樓的變形有顯著的影響因素。因此，在實際的結構設計中，要綜合考慮高層建筑的結構、性能和各種特點，有效抑制急劇增大的水平側向力對建筑體的不利影響，確保建筑始終得到維安全保障，以及更好的安全性和穩(wěn)定性。

1.2結構剛度的合理布設

控制與掌全建筑物的剛度具體情況在其結構設計中非常重要。剛性要求高，尤其是對于高層混凝土建筑，要求剛性強度則非常高，一些建筑設計師只是認為建筑物剛度越強，它整體表現(xiàn)就會越穩(wěn)定，但事實并非如此。較高的剛度不可避免地增加了建筑物的自重，這不僅直接增加了建筑物的造價，而且會直接影響到建筑物的抗震性能。因此，需要考慮結構的柔性，以保證高層建筑的剛度，防止建筑物因外力過度導致脆化而產生嚴重的倒塌。因此，在設計高層建筑時，設計者應根據(jù)實際情況合理調整結構剛度，將建筑的結構剛度控制在合適的范圍內，在保持高層的承載力和抗震能力的同時，保證一定的柔韌性。

2、建筑結構抗震的設計理念

建筑物結構質量應該視當?shù)氐刭|情況而定，基本原則就是小震不損，中震可修，大震不倒塌。具體來說，建筑結構抗震設計大致可以分為以下三個階段。

第一次設防弱級地震（低于本地區(qū)預計地震級以下的地震）。但是由于地震震級較弱，建筑物的結構仍處于彈性變化階段，不會產生任何損壞或修復。但是，需要對建筑結構的承載力極限和彈性變形極限進行有效的確定和計算。第二設防烈度地震（即發(fā)生與本地區(qū)預測地震等級幅度差不多的地震）。在這個階段，會對建筑結構本身有一定的損壞，可以根據(jù)建筑結構的損壞情況選擇修復或不修復，但無論采用何種處理方法，建筑都必須具有延展性。必須加以控制以避免脆性損壞。第三就是超過預測地震的等級。

3、建筑結構抗震能力的鑒定方法

根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB50023），建筑結構采用篩選法將抗震能力鑒定分為兩個層次。根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB50023）第3.0.4條的要求，一級建筑結構鑒定標準是對國家宏觀調控決策對象和主要建筑物進行結構性能鑒定的總體綜合性能評價;二級建筑結構鑒定標準應在現(xiàn)行鑒定標準的基礎上，結合建筑結構性能的影響因素，進行建筑結構整體抗震性能驗收計算和綜合性能評價。甲級（合理分配后使用的鑒定年限為30年）一級建筑結構地震災害鑒定處理方法：一般按照一級地震鑒定的具體內容和條件要求進行直接抗震鑒定，符合要求的，不能直接進行二級地震鑒定。乙級（以下合理建筑使用年限為40年）整體抗震結構鑒定驗算方法：按現(xiàn)行《規(guī)范》對原建筑結構整體抗震鑒定措施進行綜合驗算，然后利用建筑結構鑒定軟件對該建筑結構的整體抗震鑒定能力進行了綜合檢驗，并進行了判定。當綜合抗震支護措施不能滿足現(xiàn)行技術規(guī)范的要求，且整個主體結構的綜合抗震措施承載力較高時，采用綜合抗震強度影響測量系數(shù)法對整個結構主要綜合構件的抗震承載力進行評價;當抗震綜合支護措施不能滿足現(xiàn)行技術規(guī)范要求時，主要主動抗震或側向力支護構件的抗震綜合措施承載力不得大于或至少等于綜合計算值的95%，二次主動地震或側向力支撐構件的綜合抗震措施的承載力不得大于或至少等于綜合計算值的90%。

4、現(xiàn)有建筑結構抗震鑒定步驟分析

4.1收集建筑結構的原始數(shù)據(jù)

在對既有建筑物主體結構抗震性能進行評估前，必須收集現(xiàn)有建筑主體結構的原始設計資料，包括施工工程設計方案、施工檢查記錄等，施工工程檢驗報告及驗收設計報告。通過這些測量數(shù)據(jù)，我們可以大致了解整個建筑的整體內部結構，便于進一步的設計工作。如果施工材料不完整，應補充相應的強度測量。

4.2建筑結構實際探索的現(xiàn)狀

對于一些建筑，由于年代久遠或其他技術問題，出現(xiàn)了許多原始建筑材料缺失或實物記錄不完整的異常情況。由于質量監(jiān)管方面的問題，可能會出現(xiàn)真實建筑材料與原始記錄不符的異常情況。因此，有必要對建筑鋼結構的現(xiàn)狀進行實地調查，而不是紙上談兵。否則，將直接影響工程抗震施工試驗的質量和精度。鑒定人員可能需要及時了解相關工程的抗震施工試驗質量和日常維護情況，并注意處理相關非施工抗震試驗質量和安全問題。

4.3抗震性能綜合分析

在原有統(tǒng)計資料和現(xiàn)場調查資料的基礎上，根據(jù)各建筑物的內部結構支撐體系、結構特點布置、抗震及承載力等主要因素，系統(tǒng)特點，參考相關國際建筑抗震承載力數(shù)值分析模型，采用相應的國際計算方法，準確識別各建筑內部結構的布局和主要結構形式，綜合估算各主體結構的實際建筑抗震承載力。

4.4得出相關結論

本文在對我國經濟宏觀調控綜合質量評價和既有高層建筑結構抗震能力鑒定的基礎上，提出了一些符合我國既有結構實際使用的抗震鑒定結論，并對不同時期滿足抗震性能鑒定要求的建筑構件的結構加固和抗震維修鑒定提出建議，以確保這些既有結構改造后的內部能同時滿足一定的抗震性能要求，從而達到長期安全的目的。

5、建筑結構抗震加固設計分析

5.1建筑結構抗震加固設計的原則

建筑物的抗震設計以抗震評價結果作為最基本的評測標準，結合弱抗震能力的多種因素，設計并提出在不影響整個方案的情況下，對提高抗震性能的抗震指標提出具體的措施。在設計抗震改造時，方法應盡量遵循以下原則：

（1）新的構件或加固設備的設計要盡量減少或最小化對整個結構的影響，使某些區(qū)域的結構加固增加了載荷，導致最終會影響整個結構。

（2）保持良好的連接性和完整性。例如，抗震墻等新構件應該在設計前要充分考慮如何與原結構良好連接，不能單獨去設計存在，它們必須要和整個建筑物融為一個整體。

（3）保證材料質量。如果添加新結構，則需要確保新組件的材料與原材料相同，或者使用更高質量的材料。

（4）不符合國家標準或評級指標不符合標準的建筑部分，應該被強制拆除、改造和重建，直至達到符合標準條件才可以投入使用。

5.2高層建筑抗震加固設計

5.2.1提高建筑物承載力

同時，估價人員要特別注意建筑物的結構高度。一旦規(guī)定的建筑高度超過國家規(guī)定的建筑結構高度控制標準，應及時聯(lián)系有關施工企業(yè)，督促有關施工企業(yè)對規(guī)定的建筑高度進行加固。該評估工作通常需要幫助評估設計者對建筑物的主要基礎設計和建筑物的結構模型進行全面的設計調查，并收集一些設計數(shù)據(jù)和相關信息來幫助建立建筑物的結構模型，從而計算出建筑設計的年承載力。

5.2.2改變建筑物用途

目前，很多校舍的層高達不到國家規(guī)定的層高，因此可以改變建筑物的用途。如果建筑物的抗震指標達不到標準，首先要征得當?shù)卣耐?，改變校舍原有的功能和用途。該房屋可作為低層建筑使用，房屋的一些結構特征可以調整。但在改變房屋結構的過程中，有必要保證房屋基礎部分的抗震性能滿足改建房屋的要求。如果沒有，房子的地基應該加固。

5.3配筋設計方法

許多大型既有結構建筑將長期采用多層砌體組合結構，砌體組合結構的抗震沖擊能力不高。以大型磚混結構的基礎加固施工設計過程為例，在進行砌體基礎加固時，建筑物的地基穩(wěn)定加固是非常重要的。采用拉桿、環(huán)梁等加固部位加固可以有效地加強砌體基礎的穩(wěn)定性和強度。鋼筋混凝土和其他建筑材料也可廣泛用于幫助提高各種建筑物的強度和穩(wěn)定性。

5.4預應力加固設計方法

預應力墻的加固方法是通過加設鋼筋拉桿支撐或加設預應力鋼筋或拉桿支撐，直接對整個墻體結構進行加固。這種應變法主要是采用一種預應力應變法對鋼筋或其他支撐構件施加預應力，改變原有高層建筑鋼結構的過程內力平衡分布，降低原有建筑結構的過程應力，改善了普通建筑鋼筋混凝土結構在高層建筑中易產生的特殊過程應力，使應變過程滯后。結構基礎的加固、卸載和移動變化的流體內力是橋梁預應力基礎加固施工方法的主要特點之一，在大、中、小跨度橋梁結構基礎加固中得到了廣泛的應用。它也常用于大型民用建筑主體結構在高強度應力和高強度應變作用下的加固，一般施工方法無法加固或后期加固施工效果不理想。體外預應力內筋對砌體混凝土施加的體外預應力為體外預應力。粘結混凝土鋼筋又稱無彈性黏結混凝土預應力鋼筋混凝土，是將粘結預應力鋼筋設置在高層建筑主體結構的外墻內，或將粘結預應力鋼筋設置在建筑物的混凝土體內的一種建筑形式，但孔道連續(xù)灌漿沒有按需要進行。這種鋼筋混凝土與普通預應力鋼筋混凝土的主要區(qū)別在于其預應力在鋼筋與墻體混凝土之間具有特殊的無應力粘結作用。

5.5加大截面加固法

放大截面加固法是在一定程度上擴大既有建筑原有結構的幾何尺寸，使材料與原有結構相同，使后期加固部分與原有結構緊密結合。增加建筑結構的橫截面積也提高了其構件的承載能力，改善了現(xiàn)有建筑結構的抗震效果。一般來說，增加截面積的直接加固法主要用于墻體結構和梁板結構的施工。

5.6碳纖維布加固法

碳纖維布加固法是在碳纖維片材上將粘合劑附著在混凝土零件表面的一種方法，碳纖維布只能承受較小的拉應力。碳纖維布放置時應該注意：彎曲加固梁時，應在受拉區(qū)橫梁支撐的上方和下方放置碳纖維布，梁受剪加固時，碳纖維布應采用U形箍加縱向壓條或封閉箍的方式粘貼;如果要增加柱子的抗震能力，需要將碳纖維布螺旋纏繞并沿柱子軸線貼附，在用碳纖維板加固之前，必須先卸載原始結構構件。原構件混凝土實際強度等級不應低于C15，混凝土表面正抗拉強度不應低于1.5MPa。增強材料的環(huán)保和防火要求必須嚴格符合國家有關規(guī)定。

5.7完善抗震鑒定后的結構配筋

為完善設計和實施主體結構抗震加固保護措施，經建筑物抗震災害鑒定，從以下幾個方面入手：一是要求施工人員在實際建筑設計過程中嚴格遵守《建筑抗震加固技術規(guī)程》的基本設計原則，從而不斷提高高層建筑主體結構抗震加固措施設計的安全規(guī)范化管理程度，及時發(fā)現(xiàn)各類建筑缺陷結構的局部破壞程度，最終及時進行修補行為，提高其整體抗震能力;二是經過抗震鑒定后，結構加固要求施工人員在加固結構的過程中，根據(jù)自身的不同功能選擇不同的加固方法，以減弱外界因素的影響，達到規(guī)范的抗震加固狀態(tài)。另外，抗震鑒定后結構加固工作的有效實施，需要施工人員根據(jù)抗震鑒定信息制定相應的抗震加固方案，并在實際工作過程中嚴格執(zhí)行，從而達到最佳加固狀態(tài)。

結論：

隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，建筑業(yè)規(guī)模也在擴大，建筑產品數(shù)量也在迅速增長。同時，對現(xiàn)有各類結構的整體地震損傷能力提出了更高的技術要求。隨著建筑抗震能力的提高是有效減少重大地質災害的根本手段，我國地方政府進一步完善了抗震建筑設計標準。通過對舊建筑整體抗震檢測和自動加固系統(tǒng)設計，有效提高老建筑整體抗震能力，提高老建筑整體抗震性能和安全性。但在民用建筑抗震性能試驗中，必須按照國家有關法律法規(guī)，科學、合理、準確地進行。加強劑應根據(jù)環(huán)境因素的實際使用情況及時設計和修復。通過這些處理方法，可以有效提高高層建筑的防災抗震能力，保障人民生命財產安全。

參考文獻：

[1]易帆.中美混凝土框架結構抗震鑒定方法對比研究[D].西南石油大學，2017.

[2]王魯華.村鎮(zhèn)建筑抗震能力及實用抗震技術分析與研究[D].山東建筑大學，2019.

[3]賈廣勝.現(xiàn)有建筑結構抗震鑒定及加固設計研究[J].住宅與房地產.2016（09）：111-113.

[4]邱航.現(xiàn)有建筑結構抗震鑒定及加固的若干問題[J].河南建材.2018（03）：12-14.

[5]趙丹丹，郝霖霏，郗皎如，薛松濤. 中日抗震鑒定可靠性及加固有效性探討——為什么專家鑒定加固后的建筑會在3·11大地震中損毀[J].結構工程師.2015（02）：102-104.