現代建筑結構抗震設計及加固處理研究

景濤，郝海舒，李淵

(煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030000)

我國部份省份所處的地理位置地殼運動非常頻繁，因此，經常發生地質災害，加之生態環境的逐漸惡化，近幾年各個地區經常出現地震災害。地震災害的發生，會對社會經濟發展、廣大人民群眾生命財產安全產生直接影響。尤其是在當前城市發展中，高層建筑增多，如果出現地震災害，將會引發嚴重后果。房屋建筑是否具備較強抗震性能，會對建筑能否更好應對地震災害產生直接影響?；诖?，現代建筑發展中，對于建筑結構抗震設計、加固處理，要給予更多重視，提升建筑抗震性能，保證建筑結構穩定性，為人們創造安全生活環境與工作環境。

1 建筑結構抗震加固發展歷程

建筑結構抗震加固的發展歷程大致可以分為以下4個階段。

(1)早期探索階段。早期探索階段是從20世紀初開始，到20世紀50年代。在這個階段，人們對建筑結構抗震問題的認識剛剛開始，主要通過提高結構整體性和穩定性的方式，提升建筑的抗震能力。例如，在建筑工程施工中，使用鋼筋混凝土結構對磚石結構進行替代，同時，使用鋼結構代替原本的鋼筋混凝土結構等。

(2)初步發展階段。初步發展階段是從20世紀50年代開始，到20世紀70年代。這個階段，人們逐漸開始關注地震波的特性和結構的動力反應，通過研究結構的動力響應，提高建筑物抗震能力。比如，在建筑結構施工中，使用隔震技術、消能減震技術等。

(3)快速發展階段。快速發展階段是從20世紀70年代開始，到20世紀90年代。在這個階段，人們對地震災害有著更加深入的認識，并且開始對建筑結構抗震問題進行全面、系統化研究。比如，建筑工程施工中，對抗震設計進行規范，通過對地震作用與結構反應相互關系的充分考慮，決定在建筑結構施工中，采用一系列先進技術。

(4)現代化發展階段?，F代化發展階段是20世紀90年代至今。這個時期，人們對建筑結構抗震加固的研究更加深入，并將各類先進科學技術應用在建筑工程施工中。比如，采取性能化抗震設計、主動控制技術等，從而提高建筑結構的抗震能力。

總的來說，建筑結構抗震加固的發展歷程是一個不斷探索、不斷創新的過程，隨著科學技術的發展，未來建筑結構抗震加固技術將更加先進和完善。隨著科學技術的進步與社會的發展，人們對于建筑結構抗震加固的研究會更加深入，建筑結構的抗震效果也能夠得到全面提升。

2 現代建筑結構抗震設計與加固的重要意義

現代建筑結構抗震設計與加固具有非常重要的意義。地震作為一種自然現象，破壞力巨大，經常會導致嚴重的人員傷亡問題和重大財產損失。因此，采取有效的抗震設計和加固措施，確保建筑物在地震中能夠保持完好，或者減輕對建筑的破壞程度，對于減少地震災害損失具有重要作用[1]?？拐鹪O計與加固的重要意義，具體體現在以下4個方面。

(1)保障人民生命財產安全。通過提高建筑物的抗震性能，可以保證建筑物整體穩定性、安全性，即便發生地震災害，房屋建筑自身也能夠具備較強的抵御能力，降低地震引起的人員傷亡和財產損失，保護人民的生命財產安全。

(2)維持社會穩定。地震災害的發生，往往會對社會經濟和民生造成嚴重打擊。通常情況下，出現地震災害后，會對社會經濟發展、社會穩定產生嚴重影響。通過加強建筑物抗震設計與加固，有助于減輕地震災害的影響，降低對社會經濟和民生的破壞程度，從而有利于維護社會穩定。

(3)促進建筑行業發展?？拐鹪O計與加固的推廣和應用，將推動建筑行業的技術創新和發展，提高建筑工程質量和性能，從而促進建筑行業的可持續發展。建筑工程項目中，通過有效的建筑結構抗震設計與加固，能夠滿足人們對于建筑的需求，促使建筑企業可以在人們的心中樹立良好形象，進而推動建筑行業朝著更好方向發展。

(4)保護歷史文化遺產。許多歷史文化遺產由于其獨特的歷史、藝術和科學價值，需要進行特殊的保護?？拐鹪O計與加固在保護歷史文化遺產方面具有重要作用，可以使這些珍貴文物在地震中得以保存，進而傳承歷史文化。

綜上所述，現代建筑結構抗震設計與加固具有重要意義，是保障人民生命財產安全、維持社會穩定、促進建筑行業發展和保護歷史文化遺產的重要手段。因此，建筑工程項目落實中，工作人員對于建筑結構抗震設計與加固的重要性，要有正確認識。結合實際情況，積極開展建筑結構抗震設計與加固工作，實現建筑行業的可持續發展。

3 現代建筑結構抗震設計措施

3.1 科學設計抗震方案

抗震方案設計是現代建筑結構抗震設計中的一項重點工作，抗震方案設計是否合理，會對后續建筑工程施工、施工進度以及施工質量產生直接影響。因此，要確?？拐鸱桨冈O計的合理性，引導后續工程項目建設工作的順利實施。從實際工作落實中不難發現，設計單位、業主，并沒有意識到現代建筑結構抗震方案設計的重要性，在設計過程中，將設計重點集中在怎樣迎合業主需求。加之目前建筑行業發展迅速，很多工程項目的整體開發周期變短，所以，在設計時為盡快完成設計開展施工，設計單位、設計人員，甚至出現脫離建筑物本身進行抗震方案設計情況，并未科學評估建筑物自身的平面結構、立面結構，導致抗震方案設計不合理，后續施工、建筑結構穩定性受到嚴重影響[2]。為避免此類情況發生，必須根據建筑工程項目需求，完成抗震方案設計工作。選擇專業能力較強的設計單位與設計人員，在設計工作開始之前，設計人員要做好調查工作，了解整個工程項目具體情況，充分考慮建筑自身平面結構、立面結構。在對此類信息有著準確把握基礎上，開始進行抗震方案設計，這對提升抗震方案設計有效性、可操作性而言具有重要意義?？拐鸱桨冈O計完成后，需要上交給相關部門進行審核，審核通過后才能應用在建筑結構施工中，推動后續各環節建設工作的順利開展。如果審核發現問題，及時聯系設計人員進行調整，避免方案設計不合理影響后續工作。

3.2 科學選擇結構體系

在建筑結構體系選型中，相關工作人員要充分考慮抗震設防烈度、抗震類型、現場地質情況、建筑高度、施工技術、施工材料等各類因素。注意平衡建筑物經濟性、技術水平與建筑物功能，在此背景下，確保建筑結構設計的有效性[3]。選型過程中，相關工作人員要做好計算簡圖制定工作，模擬建筑物自身的地震傳遞渠道，在此基礎上，確保選型的合理性，避免建筑物不同部位結構，在地震當中遭到破壞失去有效載荷能力，發生嚴重安全事故，在提升建筑物抗震能力、承載能力中具有重要作用。通過有效的結構選型，確保在出現不同震級情況時，建筑物能夠吸收地震應力，保障建筑物抗震效果。

3.3 合理設計結構平面與立面

建筑結構平面與立面設計時，經常面臨平面規則問題，造成平面不規則的主要原因是：平面的凹凸與扭轉，在部分情況下，樓板局部連續性較差，也會引發平面不規則現象。引發立面不規則的主要原因是：建筑結構豎向抗側力構件和側向剛度連續性不足。如果樓層承載能力發生變化，也會引起立面不規則現象。比如，地震期間樓層承載能力變化，造成縱向立面不規則。在建筑結構抗震設計中，設計人員要對上述問題進行充分考慮，采取有效措施，保證建筑結構立面、平面設計合理性。

比如，在建筑結構立面設計中，要進行規則立面設計，科學的規則立面設計，可以提高建筑的剛度，使其在地震作用下的變形減小[4]。避免出現突出屋面、樓層錯層等薄弱部位。規則立面設計，需要工作人員對建筑立面設計要求進行充分考慮，比如，可以設計實心墻，相較于空心墻而言，實心墻更能抵抗地震作用。此外，墻體的厚度和高度比也應合理設計，從而提高墻體的抗震能力，保證墻面的平整性，防止出現凹凸等現象，影響建筑抗震性能。

建筑平面設計中，也同樣需要工作人員充分考慮工程項目整體情況。要確保建筑物的基底坐落在堅固穩定的土壤上，避免軟弱的土層或易于液化的土層。同時盡可能采用簡單規則的建筑平面設計方式，減少不規則形狀的平面，例如，L形、T形、U形等。還要注意保證建筑質量和剛度的分布均勻，避免質量或剛度過于集中。

3.4 科學選用抗震材料

現代建筑結構抗震設計中，科學選用抗震材料是一項重點工作。在抗震材料選用中，要充分考慮以下4個方面。

(1)強度和剛度，材料的強度和剛度，會對建筑物的抗震性能產生直接影響。一般來說，高強度、高剛度的材料，實際抗震性能良好。從實際建筑工程施工中不難發現，鋼結構和鋼筋混凝土結構的抗震性能要優于磚石結構[5]。因此，建筑結構抗震設計中，工作人員可以選擇鋼筋混凝土結構，或者鋼結構，為建筑物整體抗震性能提升奠定基礎。

(2)延性和韌性，材料的延性和韌性，主要是指材料在受力狀態下的變形能力。延性和韌性好的材料，能夠在地震作用下產生較大的非彈性變形，從而消耗地震能量，提高建筑的抗震性能。因此，可以將混凝土和鋼材等材料應用在建筑抗震設計中，此類材料具備良好的延性和韌性。

(3)復合作用，在抗震設計中，工作人員可以考慮使用多種材料的復合作用，從而提高建筑的抗震性能。比如，鋼筋混凝土結構中的鋼筋和混凝土，具有很好的復合作用，在提高結構抗震性能中發揮著重要作用

(4)質量，材料的質量會對建筑物抗震性能產生很大影響，高質量的材料能夠提高建筑的抗震性能，延長建筑的使用壽命。因此，為確保選用的材料質量，能夠滿足施工要求，安排專門工作人員做好調查、審核工作。材料選購之前，調查市場中不同類型材料的價格、性能等，還要對不同供應商資質、信譽情況有著準確把握[6]。在合適時機進行材料選購，同時與資質高、信譽好的供應商，創建良好、長久合作關系。在將施工材料運輸到施工現場后，工作人員要對材料性能、相關證件等進行審核，審核通過后，才能應用在建筑結構抗震施工中。

綜上所述，科學選用抗震材料時，需要綜合考慮材料的強度、剛度、延性、韌性、復合作用和質量等因素。在實際應用中，要根據建筑物的用途、地理位置、氣候條件、經濟條件等因素進行合理選擇。在最大程度上，確保選用的抗震材料，符合施工要求，減少不合理情況出現。

4 現代建筑結構抗震加固措施

4.1 自身加固法

現代建筑結構抗震加固中，自身加固法主要包括以下3種類型。

(1)增加結構構件截面加固法。通過增加結構構件的截面尺寸、提高結構構件的承載力、延性和剛度等方式，提高建筑結構的抗震性能[7]。該種加固方式，適合應用在梁、柱、墻等各類混凝土構件和鋼構件加固中。柱加大截面加固法如圖1所示。

圖1 柱加大截面加固法

(2)耗能構件加固法。在建筑結構的某些部位，設置阻尼器、金屬屈服阻尼器、粘彈性阻尼墻等專門的耗能構件，消耗地震輸入結構的能量，減小地震反應，降低地震對建筑主體結構的影響。該種加固方式，適合應用在高層建筑、橋梁等結構當中。

(3)結構隔震加固法。將隔震層設置在結構基礎與上部結構之間，比如，設置橡膠支座、摩擦滑動支座等，將地震能量隔離在隔震層中，從而減小上部結構的地震反應，提高結構的抗震性能。該種加固方式，適合應用在既有建筑和新建建筑的抗震加固環節。

4.2 外包加固法

現代建筑結構抗震加固中的外包加固方式主要是：在建筑物的外部采用加固材料和技術，提高建筑結構的抗震性能。該種加固方式可以在不改變原有建筑結構的前提下，提高結構的承載力、變形能力和耗能能力，從而降低地震作用下的建筑受損程度。比如，采取增大截面法，在原有構件周圍澆筑新的混凝土截面，從而提高構件的承載力和剛度。該種方式適用應用在梁、柱、墻等構件的加固。還可以采取復合材料加固法，采用高性能纖維復合材料，比如碳纖維、玻璃纖維等材料對構件進行包裹，提高構件的承載力和延性。

5 結語

綜上所述，在現代建筑工程項目建設中，工作人員要給予結構抗震設計及加固處理更多關注。在結構抗震設計中，要設計合理抗震方案、科學選用抗震材料，抗震加固處理可以采用自身加固方式、外包加固方式，提升建筑物抗震效果。