试论建筑结构抗震设计与加固改造

文/庞俊韬 广西壮族自治区建筑科学研究设计院 广西南宁 530005

试论建筑结构抗震设计与加固改造

文/庞俊韬 广西壮族自治区建筑科学研究设计院 广西南宁 530005

由于我国对于房屋建筑结构的抗震设计研究较晚，与国外先进的技术存在着一定的差距，导致了我国的房屋在地震中倒塌情况比较严重，损毁率较高，使居民的安全无法得到有效的保证。因此，可以采用科学、合理的手段，根据不同建筑物的不同特点，采用不同的方法对建筑中容易受损的构件进行加固改造，提高我国建筑物抵抗地震的能力。本文通过对建筑结构抗震设计目标的分析，针对建筑结构的加固方法及加过措施展开了研究。

抗震设计；地震；建筑结构

近年来，各类自然灾害较为频繁，对我国影响最为严重的灾害便是地震。我国许多省市都处在地震频发的地区，例如：四川、云南等地区。以我国目前的科学技术水平来看，还无法对地震的相关信息进行准确的预测。为了降低地震对人民生产、生活造成的威胁，可以在建筑设计的过程中，加强建筑结构的抗震设计，增强建筑物整体的承重能力及抗压、抗扭能力，减少其在地震中受到损伤的程度。

1、抗震设防目标

地震是一种对严重威胁人类生活安全的自然灾害，不仅威胁到人民的人身财产安全，地震期间还可能会引发海啸、山体滑坡、毒气泄漏等其他自然灾害，使抗震救灾工作变的异常艰难。在地震灾害中，受灾地区的建筑物受到的影响最大，因此，对于建筑结构的抗震设计与加固改造就成为了人们所关注的重要话题。我国对于建筑结构抗震设计的要求就是，保证建筑物在低级地震时不发生损坏，依旧可以继续使用；中级地震时不至于完全损坏，在地震结束后可以通过修理，重新恢复使用；高级地震时不至于倒塌，使建筑物内的居民拥有充分的逃离时间。

2、建筑结构设计中的抗震设计策略

2.1 选择合适的建筑场地

为了提高建筑结构的抗震能力，增强建筑物对地震的抵抗力，应根据建筑物抗震原理的相关要求来进行建筑结构的抗震设计。在房屋建筑建设的过程中，地基的质量决定了房屋建筑的稳定程度，也是对抗地震的重要条件之一。只有选择最合适的建筑场地，才能有效的提高建筑物的地基质量，从而提高了建筑物的抗震效果。除此之外，在选择建筑场地的时候，还要对场地的实际情况进行仔细的观察，并结合建筑物相关要求，选择最适合该建筑项目建设的场地。尽量避免在山体附近，或者是存在软土、泥土的场地进行建筑物施工。靠近山体的场地容易受到地震的影响产生山体滑坡，对建筑物造成二次伤害。而含有软土或泥土的场地，无法保证地基的载荷量，影响建筑物低级的质量。同时，也不能选择在地震断裂带上容易发生错位的地区进行建筑物施工，一旦地震来临，该地区遭受的危害和影响都是最大的。

2.2 合理选择建筑平面和立面布置

2.2.1 结构简单的平立面布置规则

在建筑结构的防震设计中，结构简单的建筑物相较于结构复杂的建筑物来说，其受力性能更加明确，在分析地震发生时建筑物的实际反应及其内力情况时也可以更加准确，其结构内部的具体构造也较为容易处理，这种相对简单的结构在面对地震时，受到的损害不会很大。而结构复杂的大型建筑，尤其是平面不规则的建筑，在受到地震影响时，很容易因为立面上高低错落，而发生刚度和强度上的突变，最终导致建筑物的立面发生变形，导致建筑物内部出现了薄弱环节。随着地震的持续，建筑物的薄弱环节暴露的就越明显，建筑物出现问题的可能性就越大。

2.2.2 建筑的质量和刚度变化要均匀

建筑的质量和刚度沿竖向分布通常是不均匀的。例如。因为受到建筑的竖向收进的影响．地震时收进处上、下部分振动特性不同，易于在收进处的横隔层(楼板)产生了应力变化，造成竖向收进的凹角处的应力突然集中起来：又如，在建筑物底层设置上下不连续的抗震墙（如底层框支抗震墙），使建筑物沿竖向的不均匀性：框架的填充墙在层高范围内没有合理和连续设置楼层，使框架形成短柱，也易于造成危害。

2.2.3 必要时设置防震缝

防震缝是指房屋设计时，为了有效的防止地震对房屋造成的破坏，通过设置防震缝的方法，将房屋分割成若干个结构简单、刚度相似的独立部分，以防止相近结构单元受到地震的影响，而产生相互之间的碰撞。虽然设置防震缝可以有效的改善房屋的抗震性能，但是如果按照相关规定中的规范要求来设置防震缝，对于宽度的把握会十分困难。宽度如果不够，很有可能在地震时，使相邻的结构单元之间发生碰撞，无法达到抗震的效果；如果宽度过大，则会给建筑物的里面设计带来诸多困难。因此，在设置防震缝的时候，不能够完全按照统一的标准来进行，要根据建筑物的实际情况，来决定是否要设置防震缝。通常情况下，体型较为复杂的建筑物。如果设置防震缝，就应该建立相应的结构计算模型，对建筑物的抗震能力进行系统的计算与分析，并对其在地震中的损坏情况进行整体评估，找出建筑物中容易发生损坏的部位，并采取必要的措施提高其抗震能力；如果设置防震裂缝，可以将复杂的建筑结构分割成规则的、简单的结构单元，防震缝的宽度应该根据建筑场地的情况，房屋类型等因素来决定。

2.3 保障结构的延性

在完成建筑结构的设计后，还要采取措施使该结构具有适当的延性，以此保证此建筑结构可以达到预定的抗震目标。提高建筑结构延性的措施包括：

首先，对于建筑结构当中柱、梁等构件，应该按照强柱弱梁的原则，增加珠子的抗弯能力。钢筋混凝土的框架在强震发生的时候，一旦地震的为例超过了其所能承受的极限，致使建筑结构发生了最大的非线性位移时，梁端的塑性铰的塑性转动会比较大。如果柱端的塑性铰出现的比较晚，那么建筑结构达到最大非线性位移时，它的塑性转动就会比较小。如此一来，就保证了框架有了比较稳定的塑性耗能构件。

其次，要提高结构的延性，还要采取强剪弱弯的措施。因为剪切对于破坏根本没有延性，一个部位如果发生了剪切破坏，那么这个部位在整个的抗震结构中就失去了作用，柱端发生剪切破坏，建筑结构就会发生局部坍塌，从而导致整个建筑物坍塌。因此，要采取适当的措施，确保任何构建在强震时，都不会发生剪力破坏。

3、建筑结构的加固改造

3.1 建筑结构加固技术

3.1.1 植筋技术

在建筑结构的加固技术中，植筋技术的操作流程简单且施工成本较低，是一种经济实惠的建筑结构加固技术。在实际的操作当中，需要使用目钢筋与螺栓式锚筋的应用与连接来实现建筑加固的目的和效果。由于不同的墙体形式，在结构加固过程中选用的钢筋不同，因此，在使用植筋技术的过程中，必须要重视对钢筋类型和质量的选择，以满足不同墙体的不同承重需求。例如：墙体形式为剪力墙，那么在进行结构加固的过程中，就要使用承重能力好一些的钢筋，以满足剪力墙的承重要求。除此之外，部分建筑结构在加固的过程中对钢筋的强度并没有太高的要求，因此，可以使用像分布筋植筋的加固方式对其进行加固。

3.1.2 托换技术

托换技术从本质上来说就是一种建筑结构的修补技术，是为了弥补由于设计、施工中的失误或是方法使用不当，造成的建筑物开裂、倾斜、损坏，进而需要进行地基基础加固而使用的技术手段，也可用与建筑物墙体的补强或修补。托换技术最大的优势就是施工时间较短，可以极大程度上节约施工期间所消耗的各类费用。同时，不足之处也是十分明显的，托换技术是一种针对建筑物损坏部分的修补，由于部分建筑物的结构较为复杂，再加上损坏的程度、原因各不相同，极大程度的增加了施工的难度，因此，托换技术对施工人员的专业水平与技术操作水平要求较高，不是普通工人可以完成的。

3.1.3 修补技术

从目前的情况来看，我国建筑加固结构设计的过程中，修补技术主要被用于建筑物的内部修补以及裂缝修补两部分，根据建筑物损伤的程度不同对两种修补方法进行选择。在实际的运用当中，内部修补技术主要被应用于建筑结构中裂缝较大的部分，通过使用压力泵向裂缝中注入修补材料的方法，来提高建筑物使用过程中的安全性与耐久性。裂缝修补技术则是针对建筑混凝土结构在使用过程中出现的裂缝而设计的，由于混凝土在使用的过程中，会受到自身性质或外界因素的影响而产生裂缝，因此，可以使用裂缝修补技术，通过在裂缝中填补混凝土材料的方式，来实现裂缝的修补。

3.2 建筑结构加固措施

3.2.1 增大截面加固措施

在建筑结构的加固措施中，增大截面加固技术是较为常见的加固技术之一，在实际的工作中，增加截面加固技术可以扩大受压部位的面积，来分散建筑结构所受到的压力，缓解压力对建筑结构造成的弯曲及损害，使原建筑结构的抗压能力及承载能力都得到了有效的增强。使用增大截面加固措施的优势在于施工方法简单，适用性强，实用效果较好，由于增大截面加固措施在建筑结构加固中使用的较为频繁，为其积累了大量成熟的设计以及施工经验，通常被用于梁、柱、墙以及一般混凝土等建筑结构的加固之中。但是，这种加固措施也存在这一定的不足，使用增大截面加固措施，在实际的建筑加固结构设计过程中，需要多个部门及大量的工作人员合作完成，工作量较大，工程耗时实践较长，使建筑物的使用面积进一步的缩小，在施工完成以后并不能马上投入使用，而是需要给予其一定的时间来进行养护，不利于建筑物的正常使用。

3.2.2 外包钢加固措施

在建筑加固结构设计中，外包钢加固措施也被称为外包钢加固法，起作用在于增加建筑结构的承载力，为建筑结构提供足够的受力保证。采用这种方法对建筑物进行加固，在地震来临时，可以使建筑物不易受到外力的干扰而发生坍塌。相较于其他加固措施而言，外包钢加固措施的现场工作量较小，施工方法也相对简单。但是，缺点也十分明显，外包钢加固措施是使用钢材来提高建筑结构的整体受力效果，因此，对钢材的消耗量较大，施工成本较高。除此之外，在使用外包钢加固措施的时候，对于要求较多，使用钢材进行加固的部分既不能超过园构件截面的尺寸，又要确保其可以大幅度的提高建筑结构的承载能力，这就要求施工人员在正式施工以前，对建筑构件进行准确的测量，采用科学的方法对钢材覆盖的面积进行计算，并制定相应的施工方案，以便达到外包钢加固法的基本要求。

3.2.3 外部粘钢加固措施

外部粘钢加固措施通常使用钢板作为加固板，并将加固板与建筑结构中需要加固的部位粘结成为一体，利用加固板的硬度来提高原建筑结构的承载能力，原建筑结构被包裹在加固板内，在一定程度上延长了原建筑结构的使用寿命。使用外部粘钢加固措施的优点主要包括：施工操作简单，工期较短，对建筑物内居民的生产、生活影响较小，并且对原建筑结构的外观以及原有净空均无显著影响。但是，在使用的过程中对施工环境却有一定的要求，必须保证室内温度在零上六十摄氏度以下且湿度正常的环境下才可以使用这种加固措施进行加固操作，而且加固的效果与施工者的技术水平以粘胶工艺有直接的关系。

3.2.4 碳纤维加固措施

与上文中研究的粘铁钢板加固措施相同，碳纤维加固措施也是一种化学加固方法，用于对建筑结构中承载力不强的部分进行补强。碳纤维加固措施与其他的加固措施相比，其耐潮湿、耐腐蚀的效果更加，经常被用于浴室、水厂等施工环境相对潮湿的建筑结构加固工作中。碳纤维加固措施在使用的过程中，存在着比较致命的缺陷，虽然这种加固措施几乎不会增加原建筑构建自身的重量，耐用性较好，也不需要较多的费用对其进行长期维护。由于纤维材料比较容易起火，如果施工区域比较容易接触到明火，那么必须对其进行专门的防火处理，以免发生火灾。

总结：

建筑物结构的抗震设计是建筑结构设计中的重要环节，其效果直接影响到建筑物的整体性能，尤其是在震区建筑物的结构设计中体现的更为明显。因此，必须要重视建筑结构抗震性能的设计，将建筑结构的抗震设计贯穿于建筑施工的始末，确保建筑物在竣工后的安全使用。由于不同的建筑物在地震时受到的损害程度不同，设计师在进行建筑结构抗震设计时必须充分的考虑到建筑物的实际情况，选择最为合适的抗震设计方法，最大程度上增强建筑物的抗震性能，实现建筑结构的合理布设，尽可能的减少建筑物在地震自然灾害中的受损程度，使人民的生命财产安全得到有效的保障。

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