建筑結構抗震加固設計研究

李 麗 梅

(河北建偉工程設計咨詢有限公司，河北 石家莊　050000)

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建筑結構抗震加固設計研究

李 麗 梅

(河北建偉工程設計咨詢有限公司，河北 石家莊050000)

闡述了現有的抗震加固方法及建筑加固時應注意的事項，以某辦公大樓為例，采用兩種加固方法，對建筑結構的抗震性能加固設計進行了研究，以選擇合理有效的抗震加固方法，減少地震帶來的損失。

抗震加固，建筑結構，加固方法，地震

0　引言

在過去的一個世紀里，全世界發生的地震層出不窮，尤其是在最近20年中罕遇地震也頻頻發生，例如在2008年發生在我國汶川地區的強震就奪走了數萬人民的生命和造成數以億計財產的損失。現在地球已經進入到一個活躍的地震活動期，各種大震導致的損失也屢創新高，這些損失已經遠超整個社會的承受能力。

結構的抗震加固離不開人力、物力和財力的支持，抗震加固需要做到少投入高回報，其內涵就是既要做到達到預期的抗震設防目標還要減少資源的投入，這往往要求工程人員要根據當前的實際情況做出合理優化的抗震設計方案，同時也需要對現有加固技術方法進行一定改進。不僅如此，抗震加固還需要綜合考慮到安全、經濟等多方面的因素。在建筑抗震加固方面我國已經進行了大量的投入，不僅具有大量實驗研究還有許多工程實踐，對不同類型的結構體系擁有不同的技術方案，較其他國家相比經驗豐富。

1　現有加固技術介紹

1.1現有抗震加固方法

在20世紀80年代以前我國的民用建筑多為低層或多層，這些建筑物往往沒有進行抗震設防或設防標準偏低，但是由于多種原因并不能停止對這些建筑的使用，這就必須對這些建筑采取抗震加固。眾多的加固技術方法主要是根據提高抗震能力和減少地震作用這兩個出發點衍生出來的。基于提高結構抗震能力的加固技術原理就是增強結構的抗側力，主要是對其中的抗側力構件和體系進行加固，在加固過程中最重要的問題是在加固時要注重整體性，以防止由于局部加固過強導致結構的薄弱位置轉移。提高抗震能力主要方法有：1)加強自身整體法；2)外包加固法；3)外加構件法；4)增強連接加固法；5)替換構件加固法。

結構反應隨著地震作用的增大而增強，所以如果減小結構反應就必須降低地震作用。降低地震作用是變相的對結構加固，它提高了結構的抗震安全度保證其安全。減少地震作用的方法有：1)隔震加固法；2)消能減震加固法；3)結構被動控制下的減震加固方法。

1.2現有抗震加固注意事項

1)在對現有建筑加固時要加強其整體性，保證新舊結構在連接處也達到設計要求，新舊結構在連接處的承載能力和耐久性一般取決于粘結面的處理；2)建筑物在加固時往往與加層相結合，在施工時應當先加固然后再加層，在做加層處理時其地基的承載力必須考慮長期作用，同時還要對加層后的建筑整體性進行評估；3)對于既有建筑物加固的可行性分析和經濟評估是抗震加固最為重要的一項工作，這項工作不僅關系到加固工作能否順利進行，還關系到加固后建筑物的安全，所以在對建筑加固時這項工作要十分慎重。

2　工程實例

2.1工程概況

某辦公大樓采用鋼筋混凝土框架結構，原結構共有4層，其中1層層高4.2 m，其余層高為3.3 m，采用強度等級C25的混凝土，平面布置如圖1所示。改建后加高一層為5層，建筑物所在地區的設防烈度為7度，設計基本地震加速度0.1g,場地分類為Ⅱ類場地,設計地震分組為第一設計地震分組。

由于對柱子采取四角包鋼的方法所以柱子剛度得到提高，其剛度計算方法如下：

其中，EC0,Ea分別為混凝土和加固鋼材的彈性模量；IC0為原結構截面慣性矩；Aa為加固構件截面慣性矩；aa為受拉與受壓兩側型鋼截面形心間的距離。

碳纖維能有效約束混凝土的橫向變形,提高混凝土的抗壓強度和極限壓應變，尤其是對核心混凝土強度的提高。本文采用碳纖維加固選取Lam and Tang(2002b)約束混凝土應力—應變曲線進行等效輸入。

2.2結果對比

兩種加固方法都有效提高了混凝土抗壓強度，降低了軸壓比，符合規范要求，達到了加固目標效果，但由于兩種加固方法自身特點不同，導致一些加固效果也有所不同。

2.2.1多遇地震下計算結果

表1　加固前后結構周期、頻率

由表1可知采用包鋼加固方法對結構的周期產生較為明顯變化，而采用碳纖維布包裹的方法對于結構的周期基本沒有產生影響，因為采取四角包鋼的方法增大了柱子的剛度，導致整個建筑的周期變短頻率增大。

對加固前后構件彈性內力的變化及時程反應分析可知：在多遇地震下采用四角包鋼的加固方法，會導致構件本身或其余構件的彈性內力發生改變，有可能導致加固后的內力突然增高，但是在進行截面抗力驗算時是依據原結構進行彈性內力分析的，這有可能致使其彈性內力高于截面抗力。但是做碳纖維加固時，這種加固方法在提高構件承載力的同時對體系的彈性性能幾乎沒有影響。

采用外包鋼的方法使建筑物的層間角大幅度的減小，同時此方法對于使底層層間角的減小最為明顯，對其余樓層的減小變化不大。所以采用此方法存在一定隱患，可能使結構內力變化以及重分布，致使構件內力提高明顯。而采用包裹碳纖維布的方法卻沒有顯著變化。

2.2.2罕遇地震下計算結果

對于外包鋼的方法，在罕遇地震作用下，地震波致使底層層間角和最大塑性層間角都得到相應的減小，但是頂層的絕對位移卻有所提高。這種現象的發生說明在罕遇地震的作用下，采用外包鋼的加固方法導致薄弱層發生轉移，尤其是可能出現的部位不一定是剛度突變之處，也有可能是其他位置。

本文共采用了兩種加固方法，這兩種加固方法對結構整體周期的影響作用較為明顯，其中采取包鋼的方法明顯改變了建筑的周期，使加固后的建筑物周期減小頻率增加，這種周期的改變可能增強地震對建筑物的影響，甚至有可能產生共振作用，而采用包裹碳纖維布的加固方法僅僅是提高了建筑物的承載能力，對周期并未產生改變。采用碳纖維布的加固方法并沒有對層間位移產生改變，所以柔性加固不適合改變層間位移的工程，但柔性加固對彈性性能沒有改變，所以采用此種方法不需要再進行彈性性能驗算。對于外包鋼的加固方法，它會致使建筑整體結構在地震作用下的層間角都得到減小，能夠達到預期效果，但此方法會致使局部構件剛度增大，導致構件的內力重分布，從而增大彈性內力，這在抗震加固時必須引起足夠的重視。

采用何種加固方法與加固方案具有十分緊密的聯系，在做抗震加固時不僅應將加固方法與加固方案緊密結合，同時必須考慮經濟等其他因素以達到理想的加固效果。在對混凝土框架結構進行加固時應當避免“剛度軟弱層”和“強度薄弱層”的出現，避免結構產生危險轉移。

3　結語

對建筑物進行抗震加固是解決既有房屋抗震性能不足的一種重要手段，本文通過對一座框架結構辦公樓采用了兩種加固方法，來對建筑結構抗震加固進行說明。當今加固方法形式種類繁多，采用何種加固方法與實際加固情況密切相關。在加固時不僅要考慮加固方法是否與加固方案相匹配，還應考慮經濟價值等諸多因素。

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Study on seismic reinforcement design of architectural structure

Li Limei

(HebeiJianweiEngineeringDesignConsultingCo.,Ltd,Shijiazhuang050000,China)

The paper introduces existing seismic reinforcement methods and architectural reinforcement matters. Taking the office building as an example, applying two kinds of reinforcement methods, it studies the seismic reinforcement design of architectural structure, with a view to select rational and effective seismic reinforcement method and to reduce loss owning to the earthquake.

seismic reinforcement, architectural structure, reinforcement method, earthquake

1009-6825(2016)08-0057-02

2016-01-06

李麗梅(1967- )，女，工程師

TU352

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