現代建筑結構抗震設計及加固處理探究

文／陸端 貴州輕工職業技術學院 貴州貴陽 550000

引言：

隨著國家經濟發展和社會的整體進步，社會主義現代化進程進一步加快，建設用地資源變得更加匱乏。與此同時，現代建筑結構也變得更加豐富多樣，根據當前建筑行業發展情況來看，未來高層建筑將成為主要趨勢。高層建筑的主要特征體現在層數較多且樓層較高，如果出現災害，比如地震，就會引起嚴重損失，包括人員損失以及財產損失等，由此可見，將抗震設計融入現代建筑結構中具有非常重要的意義。建筑結構抗震設計直接影響建筑質量，在進行抗震設計工作時，需考慮的因素較多，這導致抗震設計難度較大。因此，當前建筑結構抗震設計方面依然有大量問題需有待改進，無法保障建筑質量，嚴重威脅人民群眾的生命安全，研究現代建筑結構抗震設計和加固處理技術具有一定的現實意義。

1.建筑結構性能抗震設計的含義

參考當前學術界提出來的建筑結構抗震性能設計理論來看，大部分都是以結構抗震性能分析為前提確定建筑結構性抗震設計的含義。從設防標準層面來看，結構抗震性能被劃分成不同的等級，作為設計人員，需參考業主要求，同時結合建筑使用標準，進行針對性的抗震設計，保證建筑質量達到要求。

2.我國建筑結構抗震加固的發展歷程

要確保建筑物結構具有抗震功能并達到抗震要求，必須參考抗震鑒定得到的最終結果，也就是說，對于抗震鑒定而言，抗震加固工作是非常重要的形式。根據國內建筑結構抗震加固發展情況來看，主要包括三個階段。

2.1 起步階段

1996年爆發了邢臺地震，2006年，唐山大地震再次爆發，該階段處于起步階段，人們對建筑物抗震性能的要求開始提高，并意識到了抗震的重要意義，這代表國內抗震鑒定和加固處理正式得到了重視，但同時也屬于嘗試和試驗階段。其主要特征體現在：研究抗震鑒定、加固處理方法和技術并進行相應的分析和探索，根據大量實踐結果來看，為了使建筑結構更加安全，有必要進行抗震鑒定和加固處理。

2.2 高速發展階段

高速發展階段屬于第二階段，開始于唐山大地震，結束于《建筑抗震設計規范》的正式發布，也就是1989年，該階段的特征和上一階段存在明顯的差異。主要體現在：抗震鑒定和加固管理體系更加健全，以此為前提，提出了符合該階段建筑結構安全要求的《工業及民用建筑抗震鑒定標準》，不僅如此，在政府的統一規劃和安排之下，超過7 度的抗震反射地區建筑物抗震鑒定和加固工作全部完成，這是國內城市建筑的抗震性能得到了大幅度改善。與此同時，該階段對抗震加固處理技術提出了更高要求，尤其是在極強變形能力和強度方面，還需通過其他基本手段，比如夾板墻、構造柱和外加圈梁等，形成新的方法加固處理抗震結構，比如替換法、外加構建法等。

2.3 綜合開發階段

第三階段被稱為綜合開發階段，起始的標志是正式執行《建筑抗震設計規范》當天。經過長期的探索以及研究之后，該規范被引入建筑物抗震鑒定和加固過程中，這標志著國內建筑結構抗震設計方面成果比較顯著。該階段的主要特征體現在：根據國家提出的相關要求和標準，建筑結構抗震鑒定和加固處理范圍有所擴大，達到6 度設防區，與此同時，根據每個區域的具體情況，提出了和GBI11-89 設計規范將匹配的鑒定方式，并制定了對應的規范和標準，最主要目標是為了推動綜合性發展，更深入的分析現代建筑結構的抗震性能。隨著國家經濟體制的改革，建筑結構抗震鑒定和加固顯得越來越重要，關乎國家經濟的發展，在抗震加固的過程中，不僅要關注建筑物是否安全，而且要考慮面積的擴大，關注建筑物的使用，盡可能完善建筑功能，并保證其冠形美觀。該階段涌現出了大批新型技術，比如碳纖維片加固技術、消能減震技術等。

3.抗震設計在現代建筑結構中的抗震作用

近年來，大型地震頻發，建筑物隨之受到了嚴重的影響，不僅破壞程度大，人民群眾也遭受了虧損，包括人員傷亡以及財產損失等。該現狀使人對建筑物抗震性能提升的要求越來越高，相應的概念設計應運而生，尤其是抗震方面的設計，其目的是提高建筑物的抗震性能，結合每一個地方的地形和地質等，選擇適合的建筑物結構，保證人民群眾的居住以及生產需求等得到滿足。在建筑物結構設計中，抗震設計方面的內容越來越多，設計人員也高度關注抗震性能的設計，加強抗震性能方面的學習，專業知識不斷完善，設計能力不斷提高。在選擇建筑物結構方案時，需要參考業主的需求，選擇完善的方案，并使用有效的技術，能在一定程度上減少業主的不滿意程度，使建筑物性能更加完善，抗震效果更好，從而保障人民群眾的生命安全，同時維護其財產安全。

4.建筑結構抗震設計中亟待解決的問題

4.1 前期設計方案中的抗震設計

就部分建筑工程設計而言，在真正進行設計的環節，無論是設計單位還是業主，都不夠關注建筑結構設計方案，設計單位以業主的要求為核心規劃建筑的外觀，以此建設的建筑物確實能滿足業主對外觀方面的需求，但是忽略了建筑物本身的結構，導致性能不夠完善，這會對業主產生嚴重影響。與此同時，近年來，因為國家經濟發展成效突出，建筑行業也飛速發展，部分建筑結構開發不需要太長周期，為了使設計速度更快，某些設計單位完全不考慮建筑結構設計，未提前評估建筑物的平面結構，或者忽略了立面結構，導致建筑抗震性能無法保證。在任何建筑物的設計中，結構設計和建筑設計兩方面的平衡是非常重要的，只有兼顧兩方面內容，才能保證建筑設計的科學性和合理性，才能使業主需求得到滿足，同時確保建筑物的抗震性能。也就是說，相關單位和設計人員在進行建筑物設計時，需要保證平面和立面之間的平衡性，從整體上提高建筑物的性能，使建筑物抗震效果達到預期的目標。

4.2 結構體系選擇

在選擇結構體系這一環節，相關工作人員和單位都要從多個角度進行考量，比如建筑物所在的地質情況、施工技術、抗震設防類型、施工材料和建筑物高度等，要盡可能促進建筑物功能、建筑物經濟性以及技術水平之間的平衡性，使建筑物的整體設計更加科學合理。在開展結構設計活動的過程中，首先應該設計計算簡圖，并且模擬建筑物的地震傳遞渠道。這樣做能夠在一定程度上提高建筑物的抗震效果，在經過大地震后，即使建筑內相關結構遭到破壞，但整體平衡不會被打破，載荷能力維持在可承受的范圍內，能避免嚴重的建筑物質量安全事故出現。此外，要確保建筑物在地震中的承載能力達到預期，吸收地震應力的能力以及在應對不同震級情況下建筑物所能夠提供的變形能力。針對建筑物自身的結構弱勢，必須采取對應的方法和技能，使建筑物整體抗震性能得到提升。

4.3 結構平面與立面的選擇

在設計平面和地面結構的過程中，工作人員必然會面臨平面規則問題，之所以會引發平面不規則的現象，主要原因包括兩種不規則問題，其一是凹凸，其二是扭轉。在特殊情況下，如果樓板局部連續性不達標，同樣會導致平面不會在問題產生。而導致立面不規則問題產生的主要原因是豎向抗側力構件和側向高度連續性不足，在部分情況下，如果樓層承載力突然出現巨大改變，最具代表性的是在地震發生時樓層承載力出現明顯的變化，從而導致縱向立面不規則。立面和平面結構不規則的問題值得設計人員和設計單位重視，假如忽略了上述問題，建筑物質量必然無法保證，抗震性能也會受到影響。

4.4 抗震概念設計的有效延伸

在涉及建筑物抗震性能時，相關單位和工作人員不僅僅要考慮當前已有的技術核材料，有必要采取建模的方法，使建筑物的抗震水平得到進一步提高。但是地震的發生是不確定的，技術應用和建模模擬可能還是無法全面提高建筑物的抗震性能。因此，在結構設計過程中，就需要采取有效的抗震策略，通過多種方法有效規避地震破壞建筑結構的抗震性。在進行抗震性能設計時，作為設計人員，必須明確建筑結構的性能，深入掌握建筑結構的原理，并提出合理的設計原則，掌握不同技術在抗震過程中發揮的主要作用，并根據一定的序列排列技術，合理劃分技術的優先級，根據實際需求等采取針對性的技術，提高建筑物的抗震工作能力。

4.5 結構材料與施工的重要性

建筑物在選擇抗震材料中的不同要求是非常重要的，在進行抗震設計時，值得廣大工作人員關注，相關設計單位也需要在圖紙中體現上述要求。一般情況下來說，氣體建筑物對磚塊性能的要求比較多，對于多孔磚和普通磚來說，強度等級必須達到MU10 的標準，對于空心磚和砂漿而言，強度等級應分別達到MU7.5 和M5 的標準。在同級別抗震條件下，無論是建筑物所包含的框梁，還是涉及到的混凝土，強度等級都必須超過C30。就鋼結構標準來看，無論是屈服強度還是抗拉強度，產生的比值必須控制在0.85 以內。

5.抗震加固技術類型

5.1 自身加固方法

在認證加固建筑物環節，常見的加固方法較多，比如壓力灌注法、鐵把鋸加固法、水泥漿加固法等。在此主要分析鐵把鋸加固法，該方法使用率較高，該方法的原理體現在通過穿墻裂縫對建筑物進行加固，核心構建往往會選擇直徑6mm 的鋼筋，把鋼筋進行彎折，保證鋼筋能超過兩側縫隙，同時獲得100mm 的直鉤，在加固過程中將其作為加固的固件。

5.2 外包加固方法

在進行外包加工的過程中：加固對象主要包括三個方面，分別是外包鋼筋混凝土、鋼筋網，水泥砂漿和水泥砂漿。就外包鋼筋混凝土面層加固來說，主要針對的對象包括兩種，其中之一是鋼筋混凝土梁柱專柱，其中之二是磚墻的加固。就水泥砂漿面層的加固來說，一般主要應用于對抗震能力沒有太高要求的磚墻。鋼筋網水泥砂漿加固的主要對象有兩個部分構成，其中之一是磚柱，另一方面是磚墻，在該加固過程中，一般不用使用模板支撐，設置鋼筋環節完成后，需要多重抹灰，就可達到加固的目標。如果加固的對象是煙囪、梁柱以及鋼筋混凝土的磚柱，往往需要使用鋼構件網籠加固的方式，該方法操作起來比較簡單，提前進行防銹措施即可。若是建筑物所處的環境比較潮濕，該方法適用性較低，加固效果比較差。

5.3 構件增設方法

就構建增設法而言，需要以原本的結構構建為前提，在其中引入新的構件，該方法的目的是提高建筑物的抗震性，同時使建筑物整體結構更加安全穩定。在使用該方法時，構建應該具備的變形性能，能更好的實現抗震目標。通常情況下，在使用該方法進行加固時，工作人員以及單位需要高度重視增設構件的具體性能，該環節使用的主要方法包括以下幾點：第一，整體的建設。如果抗震橫墻自身之間的間距比較大，墻體承載能力有待提高，在該情況下，就有必要采取墻體增設的方式，達到加固目標，使用該方法時應盡可能選擇砌體墻體或者鋼筋混凝土墻體，加固效果會更好。第二，柱子增設。增加柱子的做法是為了使墻體的顛覆能力得到提升，在使用該方法時，一般情況下都會加入鋼筋混凝土柱圈梁或者拉桿，這都屬于基礎性構件，但卻能有效連接墻體，使加固建筑物的目的實現。針對加固受彎的構件和縱橫墻連接部位，在進行加固的過程中，通?？梢允褂迷鲈O拉桿的方式。針對屋蓋天窗或柱間，加固時應該采取增設支撐的方法，也有利于達到加固的目的。針對圈梁自身技術參數和施工設計參數不匹配的情況，一般需要采取固梁加固方法，加固過程中需要選擇鋼筋混凝土和內墻圈梁，通過圈梁來約束建筑物的整體結構，使建筑物整體抗震性能得到提升。

5.4 連接增強方法

在發生地震的過程中，保證建筑物實現有效抗震能力的關鍵部位為建筑物結構構件的連接位置，這是建筑建造過程中常常被忽視的區域對于建筑物的抗震性能有著直接的影響，應當增強對構件連接位置的加固使其具備較強的承載能力，通常該區域存在質量問題的主要反應和特征包含以下兩點，首先是拉結鋼筋通過磚墻與混凝土梁柱進行有效的連接能夠提升加強拉結筋的作用，通過將鋼筋進行彎折后插入到磚塊的灰縫之間，并在另一側通過環氧樹脂砂漿將鋼筋與梁柱體的斜孔進行有效的固定，使得墻體和新增的外加柱進行有效的連接實現加固作用。壓漿錨桿則適用于縱向的墻體連接不存在要求連接性能較好的條件下通過將錨桿與內墻和縱墻進行連接再用水玻璃砂漿進行灌漿處理。

6.未來加固設計技術的發展趨勢

6.1 加固設計的主要內容

為了使建筑物加固補強作用更突出，在正式進行建筑物加固前，必須提高加固設計效率。綜合考量多種加固方案，比較不同方案的優缺點，從中選擇最佳方案開展加固工作。加固工作的核心主要在于預防性，就靜結構而言，通常需要交替進行轉化，得到超靜定結構，這樣做的目的是使建筑物有更強的抵御地震的作用。

6.2 加固設計過程中的重點

在開展建筑物加固工作時，混凝土的選擇是非常關鍵的一環，其強度通常不能低于建筑結構混凝土強度，達到該標準能在一定程度上確保前后混凝土界面，還可以使加固粘接效果更好，進一步提高對鋼筋或其他加工材料的加固效果。一般情況下，在進行后續施工的過程中，使用混凝土的體積往往不會超過舊有混凝土體積，在澆筑環節，因為空間的影響，建筑質量往往無法達到預期的標準。尤其是一些容積比較小的模板，在澆筑混凝土時，通過檢測混凝土發現質量不達標，不超過大空間比例的混凝土澆筑質量。因此，有必要提高混凝土的強度等級，彌補因為澆筑質量不足而產生的負面影響。在進行混凝土加固設計的同時，還需關注加固過程的經濟性，避免重復施工，防止過度施工，浪費不必要的資源，假如建筑物所處的環境地震發生率較高，為了使抗震性能提升，有必要增加防震構件。

結語：

建筑行業的發展直接關乎廣大民眾的生活和生產，同時也直接影響人民群眾的生命安全和財產安全。地震災害能直接檢驗建筑物的安全性和穩固性，提高建筑物的抗震性能，能確保建筑物安全度過地震災害，并保障人民群眾的安全。近年來，地震災害事故發生頻率較高，整個社會都愈發關注建筑結構的抗震性能，廣大專家和學者也開始著手探究分析建筑結構的抗震性能設計和加固技術。筆者通過本次研究得知建筑結構抗震性能的設計非常重要，提高建筑物的抗震性能能保證建筑物的安全性，能維護人民群眾的生命和財產安全。但是當前我國建筑物抗震性能設計方面依然存在大量問題需改進，涉及到前期方案的設計、結構體系的選擇、結構平面立面選擇以及抗震概念的延伸方面，希望建筑行業以及設計人員能意識到目前的不足，采取合理的方法對建筑物進行加固，提高建筑物的抗震性能，為國家經濟及社會發展貢獻力量。