建筑結構抗震設計及加固的研究探討

王猛

摘 ? ?要：隨著我國城市化進程的穩步推進，為了提高城市土地利用率，城市中的建筑物密度和人口密集程度都達到了前所未有的高度。因此建筑物的抗震性能就成為了保障廣大城市居民生命安全的重要屏障，因此必須針對建筑物的抗震性能進行有針對性的加強和研究。在本文中，筆者結合自身多年的建筑工程設計施工經驗，論述了建筑結構抗震設計及加固的相關問題，希望對廣大讀者提供一定的參考。

關鍵詞：建筑結構，抗震性能，加固

1 ?前言

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市建設如火如荼，隨著大量人口和工商業企業匯聚在城市中，城市的土地資源開始變得稀缺，并逐步成為了制約城市化進程推進的瓶頸問題。為了提高土地的利用率，使更少的土地承載更多的人口，各類建筑物特別是高層建筑就成為了一個良好的解決方案。因此，在多年的城市化進程中，各類建筑物成為了承載大量人口和資源的載體，承擔起了保障它們安全的責任。我國幅員遼闊，地質結構復雜，有多條火山地震斷裂帶穿過我國的版圖，許多城市甚至是大中型城市都建設在斷裂帶之上，因此，地震就成為了威脅我國發展和人民生命安全的一類自然災害。在2008年的汶川大地震中，數十萬人民群眾被災害奪去了生命，國家也因此蒙受了巨大的損失。因此建筑物的抗震性能必須受到足夠的重視，對建筑物進行抗震加固刻不容緩。

2 ?建筑結構抗震設計的原則

以當前的建筑技術和社會需求而言，建筑結構的抗震加固設計必須緊扣適用性、安全性、耐久性、可靠性這幾方面原則，以這幾個方面作為指導結構加固的依據。[1]在設計目標上必須達到國家相關部門制定的對于建筑物結構的延展性、抗剪性以及剛度等方面的要求，滿足國家對于建筑物抗震性能的標準，切實保障建筑物在面對地震等自然災害的額過程中能夠為人員和財產提供一定程度的保護，減少人員傷亡和財產損失。

（1）適用性：建筑物的設計使用壽命是建筑物適用性的重要標準，為了保證建筑物在使用壽命周期內不出現影響結構安全性和完整性的裂縫、變形、震動等性能問題，將結構相關的問題控制在標準范圍之內。建筑物結構應當為用戶正常使用建筑物提供適用性保障。

（3）安全性：結構是建筑物安全性的重要保障條件，建筑物的設計使用年限也是結構安全性的指導標準。安全性原則要求高層建筑在設計使用年限內能夠完全承受建筑物自身和周邊環境已探明的各種負荷，并保證一定的冗余量，在保證正常情況下不出現重大安全隱患和重大結構損害的同時，確保在發生一定烈度的地震的情況下，建筑物的結構能夠承受地震波帶來的沖擊，為室內的人員提供必要的保護和逃生的時間。

（3）耐久性：各類建筑物作為結構復雜、承載較高負荷的工程結構體，對其各部分結構的耐久性有比較高的要求，在規定的使用年限內應當保證主體結構具有良好的耐久性，不能出現諸如混凝土結構大裂縫、鋼筋保護層失效、混凝土大量脫落碎裂或鋼筋嚴重銹蝕等問題，與此同時，對于關鍵的梁柱等位置，應當設計結構冗余，確保建筑物能夠承受一定強度的地震破壞。

（4）可靠性：結構的可靠性能夠保證高層建筑在設計使用年限內具有能夠承受相應地震烈度的的安全性、穩定性、抗震性、剛度等性能指標。[2]在建筑物超過使用年限后，其性能指標允許出現一定程度的下降，但是不影響主要安全指標和正常使用，并且具有一定性能恢復可能。

3 ?建筑物抗震結構加固方法

3.1 ?外包加固法

這種方法的主要思路是在結構件表面增加加強結構，用以增強原有結構件的強度。在實踐中，這種方法具體可以分為：外包鋼筋混凝土面層加固法、鋼構套加固法、粘鋼加固法等。具體來說，外包鋼筋混凝土面層加固法主要通過在混凝土梁、柱、墻等構件周圍增設鋼筋混凝土面層，通過增大原有結構的橫截面積，達到增強原結構強度的目的。鋼構套加固法，是將專用型鋼包覆在結構表面，利用型鋼的支撐性加強原結構強度，以達到提高構架抗震性、抗風性的目的。這種加固方法主要依靠金屬材料，因此在操作的過程中應注意材料的防銹蝕處理，確保加固部分能夠保持較長的使用壽命。粘鋼加固法與鋼結構套加固法類似，都是將鋼材覆蓋在結構表面，加強結構的受力性能。所不同的是該方法通過將鋼板與相應的待加固構件進行粘結而非套接以達到提高構件承載能力、延性及抗裂性目標。

3.2 ?減小外力作用的加固法

這是近年來發展出來的一種建筑物加固新思路，與傳統的加強結構強度提高外力抵抗能力的思路不同，這種方式通過在高層建筑物中布置機械裝置，從而減少外力作用，這種加固方式特別適用于應對地震波這種短時間突然性的大幅度形變，能夠顯著的吸收地震波能量，避免建筑物主體結構收到地震波的直接沖擊。

（1）基礎隔震技術。建筑物在受到地震，周邊爆破等劇烈震動時，其基礎部分結構是受力重點，因此在建筑物基礎部分設置隔振裝置能夠有效的減小震動外力對建筑物主體的傷害。基礎隔震技術就是在建筑物基礎部位安裝橡膠或液壓隔震墊，從而阻隔震動外力向上部結構傳遞，減小外力對建筑物結構的破壞。

（2）消能隔震技術。高層建筑對于大風、震動等外力作用較為敏感，如果一味的采取增大結構強度對抗外力的方式，會造成建筑物體量過大，成本過高，不適合高層建筑的發展。如果采用技術手段，主動消散施加在建筑結構中的外力，從而減少外力對建筑物結構的破壞，這樣一來就能夠在不大幅度增加建筑物體量的情況下保證高層建筑結構的安全。在這種思路下，近年來建設的高層建筑大都安裝了阻尼器來實現對于外力的消散。阻尼器是一種液壓機械裝置，類似于汽車減震器，其主要結構也是由活塞和油缸組成。通過油缸中液壓油的阻力將作用在建筑物結構上的外力均勻吸收，使建筑物在可控范圍內產生一定的形變，從而抵消外力作用。

4 ?建筑結構抗震加固的原則

（1）加固方案必須根據建筑結構設計來決定。進行建筑結構加固不能盲目進行，必須在原有設計基礎上分析建筑物受力特性，尋找結構弱點進行有針對性的加固。同時在加固過程中注意建筑物重量的控制，防止加固重量過大超過建筑物結構的承載能力。（2）在加固過程中，針對不同的結構應當采用不同的加固方法。各類建筑結構復雜多變，結構組件受力情況各不相同，因此在加固過程中應當根據各個結構組件不同的情況設計不同的加固方式，不能采取一成不變的加厚或加粗等形式，確保高層建筑物加固效果。（3）科學合理的設計加固方案，謹防出現結構薄弱層轉移的情況。在進行建筑加固的過程中，應當合理的布局加固區域，防止因結構加固造成建筑物重量加大，使得部分區域負荷過于集中，造成新的薄弱區域。

5 ?結論

綜上所述，建筑結構對于建筑物的安全和使用壽命具有非常重要的意義，對于建筑物的抗震性能具有決定性作用。正因如此，工程技術人員在進行建筑物設計的過程中應當特別重視建筑結構的加固，并且根據地震波的特點進行針對性設計，充分應用建筑學理論和新技術、新材料指導建筑物的設計和施工。避免傳統加固設計中“硬碰硬”的思路，充分運用現代機械吸能減震組件，將地震波等破壞性外力進行無害化消減，在減少建筑物體量的同時保證建筑的結構安全。希望廣大建筑工作者們在日常的建筑建設施工過程中能夠集思廣益，開拓創新，為國家建筑行業的發展貢獻自己的智慧和力量。

參考文獻：

[1] 劉為俊.高層建筑結構抗震加固方法研究進展[J].四川建材，2019（5）.

[2] 王凱.高層建筑結構抗震設計和加固措施研究[J].安徽建筑，2019（9）.

[3] 程潔，李茜.高層建筑結構抗震設計和加固措施分析[J].工程技術研究，2019（4）.