建筑結構抗震設計及加固處理探究

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【內容摘要】近年來，地震災害屢屢發(fā)生，對社會及人類造成了不可磨滅的傷害，嚴重地限制了城市的建設與發(fā)展。在這樣的環(huán)境下，人們開始逐漸意識到抗震設計的重要性，并在建筑結構設計中融入了抗震設計。但是由于設計人員對于抗震設計方面的知識了解甚少，導致在設計過程中存在很多亟待解決的問題。因此，本文就現(xiàn)代建筑結構抗震設計與加固處理展開詳細的探析，分析并闡述了抗震設計在現(xiàn)代建筑結構中的重要程度，同時也針對性能抗震設計的含義以及抗震設計期間常見的問題展開了探討，基于分析我國抗震加固發(fā)展歷程的基礎上提出了合理的建筑結構加固處理技術，以期能夠為了建筑行業(yè)的發(fā)展提供一個借鑒。

【關鍵詞】建筑結構;抗震設計;加固處理

隨著我國社會主義現(xiàn)代化建設的快速發(fā)展，建設用地變得越發(fā)緊張，而現(xiàn)代化的建筑結構也逐漸朝著多元化的方向不斷發(fā)展，高層建筑形式逐漸成為當前建筑領域的一大發(fā)展趨勢。但是高層建筑的特點是層高較高，一旦發(fā)生地震等災害就會造成極大的損失，因此，在現(xiàn)代建筑結構中融入抗震設計是非常重要的。由于建筑結構抗震設計與工程的質量安全有著密切相關的聯(lián)系，并且在展開抗震設計期間，所能夠涉及到的領域及因素相對眾多，在很大程度上增加了抗震設計的難度。所以目前建筑結構的抗震設計仍然存在很多問題和隱患，導致在發(fā)生地震時房屋不僅無法成為人們的避難所，反而成為了威脅人們生命健康的一根稻草。因此，對現(xiàn)代建筑結構抗震設計及加固處理展開分析對于建筑工程的發(fā)展而言有著非常重要的現(xiàn)實意義。

一、建筑結構性能抗震設計

(一)性能抗震設計含義。當前看到的大部分建筑結構抗震性能設計理論基本上都是以結構抗震性能分析為基礎所實現(xiàn)的。通常情況下，結構的抗震性能會按設防標準上的差異劃分為不同的等級，而建筑設計者需要根據業(yè)主方提出的要求和隨后使用要求，選擇合理的抗震性能指標和結構措施來完成抗震設計［1］。除了抗震設計，與之相關的性能抗震設計理論還有目標性能的確定，它是整個抗震設計的關鍵，一般包括:地震防設水準、抗震設計目標性能、結構性能水平與量化指標等。

(二)建筑結構抗震設計中常見的問題。1．建筑體形。很多建筑物因為地形原因的限制應業(yè)主的要求將其形成街邊的一道風景，很多業(yè)主都會向設計單位提出各種各樣的要求，例如:要求在設計時能夠賦予建筑物形體一定的美感。這樣的現(xiàn)象主要體現(xiàn)在:一是建筑物的平面有時因地勢的原因不得不選擇以轉折的方式進行美化;二是結構表面呈現(xiàn)出不規(guī)則形狀，或凹或凸，甚至有尺寸遠大于原有尺寸的30%以上;三是建筑物樓板的局部沒有形成連續(xù)，經常會發(fā)現(xiàn)樓板錯層的現(xiàn)象或者樓板開動率過大等情況，導致樓板的面積與基本結構的實際面積相差超過50%;四是一般建筑物的下部投影面積都會高度上部，因為只有這樣才能夠有效地滿足建筑物部分的空間使用需求，但是這樣的方式長期存在會造成質量偏心的情況，造成建筑物結構出現(xiàn)不規(guī)則扭轉;五是樓層之間承載力變化超過30%，過于明顯。2．結構框架。一般來說在建筑結構設計當中框架設計方面所存在的問題是多種多樣的，主要有以下幾個方面:一是建筑物底部的結構框架梁跨度較大，久而久之就會引發(fā)“強梁弱柱”情況的產生;二是框架中柱網的設計呈現(xiàn)明顯的不規(guī)則現(xiàn)象，致使開間不均勻;三是梁和柱內部縱向的配筋率沒有達到抗震設計的基本要求;四是框架中梁架的截面面積較低，從而造成“軸壓比”、“剪壓比”出現(xiàn)超標現(xiàn)象;五是承擔著轉換作用的樓面次梁存在設計不合理的現(xiàn)象，有些過于偏少，導致后續(xù)的施工難度極大［2］。3．抗震墻。建筑結構的底框結構在設計時并沒有嚴格地根據抗震墻進行設置，因建設單位過于追求經濟利益，隨意減少抗震墻的設置數量;另外業(yè)主方面過于重視空間功能性的劃分，導致抗震墻的分布呈現(xiàn)出不對稱和不均勻的現(xiàn)象;還有一些建筑工程在結構設計期間抗震墻的設置過多，導致薄弱層逐漸發(fā)生上移的現(xiàn)象，因多層砌體房屋的結構發(fā)生了變形，當地震發(fā)生時就會造成更為嚴重的破壞。

二、現(xiàn)代建筑結構抗震概念設計的重要性

經過大量的地震災害后，人們逐漸意識到了建筑結構抗震性設計的重要性，并提出了“概念設計”而良好的“概念設計”能夠在一定程度上決定建筑結構的抗震性［3］。其目的就是為了能夠合理地去選擇建筑物的結構形式，以合理的建筑結構來進一步滿足人們對建筑物的“大震不倒”的要求。在進行結構抗震設計時，建筑結構設計者需要不斷地提高對抗震設計的認識和設計水平，在最終選擇建筑方案時可避免業(yè)主的干涉，盡量避免因建筑物的大小、形狀及布局等因素而出現(xiàn)較明顯的缺陷。此外，建筑結構設計方案也不容易受到業(yè)主的經濟觀和使用觀的影響，因為過于盲目地將建筑結構下部的延展性降低就會在一定程度上導致建筑結構中抗震墻的數量、形式等方面存在不合理現(xiàn)象，影響建筑物的整體質量。

三、我國建筑結構抗震加固的發(fā)展歷程

建筑物結構想要實現(xiàn)抗震加固的需求就必須要以抗震鑒定后的結論作為依據，所以可以說抗震加固工作是抗震鑒定的另一種存在形式。在過去的幾十年發(fā)展歷程當中可以發(fā)現(xiàn)，我國的建筑物結構抗震鑒定與加固工作已經經歷了三個發(fā)展階段。

(一)起步階段。第一階段為起步階段，從1966年邢臺地震爆發(fā)開始到10年后唐山大地震再次爆發(fā)為止，讓人們逐漸意識到到了建筑物抗震的重要性，而這一階段的經歷也成為了我國抗震鑒定與加固處理的一個起點，同時也是一個嘗試與試驗的階段。該階段所具備的特點主要包括:對抗震鑒定、加固處理的基本方法和相關技術進行探索和分析，通過大量的實踐表明了抗震鑒定與加固處理對于提高建筑結構安全性而言有一定的有效性和必須性。

(二)高速發(fā)展階段。第二階段為高速發(fā)展階段，從唐山大地震開始一直持續(xù)到1989年國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》正式發(fā)布為止。該階段被人們稱之為抗震鑒定及加固處理的高速發(fā)展階段。在這個發(fā)展階段中所呈現(xiàn)出來的特點與上一階段有著本質上的不同，主要包括:構建了完善的抗震鑒定與加固管理體系，并基于該體系的基礎上進一步制定了適合當下建筑結構安全的《工業(yè)及民用建筑抗震鑒定標準》，并在國家政府的統(tǒng)一部署下，首選完成了7度以上的抗震設防地區(qū)建筑物抗震鑒定與加固工作，有效地提高了我國城市內建筑的抗震性能［4］。同時也正是在這一高速發(fā)展階段當中，抗震加固處理技術提出了極強變形能力、提高強度以及提高整體性等建議，并通過構造柱、外加圈梁、夾板墻以及鋼構套等方式作為基本手段，逐漸形成一系列以外加構件法、替換法以及增強自身法等方式來完成抗震結構的加固處理。

(三)綜合開發(fā)階段。第三階段為綜合開發(fā)階段，該階段的起始時間為《建筑抗震設計規(guī)范》正式執(zhí)行的日子開始，也是經過了長期的發(fā)展和經驗總結后，逐漸進入到抗震鑒定與加固的綜合開發(fā)與發(fā)展階段當中，也在一定程度上意味著我國的建筑結構抗震設計已經取得了一定的成績。該階段所展現(xiàn)出來的主要特點有:建筑結構的抗震鑒定與加固處理已經按照相關要求擴大至6度設防區(qū)當中，同時，結合該地區(qū)的實際情況，梳理并制定了與GBI11－89設計規(guī)范相適應的鑒定方法和加固技術等相關規(guī)范、標準，目的在于強調綜合發(fā)展和分析現(xiàn)代建筑結構的抗震性能［5］。建筑結構的抗震鑒定與加固以及功能改造在我國經濟體制改革的過程中形成了一種緊密的結合，因為在進行抗震加固時，不僅要考慮其安全性，還要想到建筑面積的擴大和使用，在改變和完善建筑使用功能的同時，還可以保持建筑物的美觀造型。處于這一發(fā)展階段當中，涌現(xiàn)出了很多全新的鑒定、加固技術和材料，例如:鋼筋化學錨固技術、消能減震技術、碳釬維片加固技術以及隔震技術等。

四、建筑結構加固處理技術

促進抗震加固技術的發(fā)展進步的主要動力就是最新研發(fā)的加固材料，通過對過去幾十年的經驗教訓總結發(fā)現(xiàn)，有效的抗震鑒定檢測技術都是依托于檢驗儀器的基礎上實現(xiàn)提高的，加固技術則是依托于新材料的出現(xiàn)和應用而實現(xiàn)發(fā)展的。因為先進的加固材料具備高強、輕質、耐高溫、抗腐蝕等性能，不僅抗震防火的效果非常理想，而且便于加固施工，是促進加固處理發(fā)展的關鍵所在。而加固改造方法的有效提升是促進加固發(fā)展的另一大助力?，F(xiàn)階段的加固處理主要是以建筑結構以及承載力不足等方面的加固為主，就整體角度而言缺少了對結構的辨別和掌控。例如:在處理加固多層磚混結構墻體時，關鍵在于增強墻體的鋼度，從而與相鄰樓層的產生一定的鋼度差，這樣的加固方式對于建筑結構的抗震性能而言存在一定不利影響［6］。另外，在進行加固處理之后的構件其承載力有著明顯的提升，但是卻造成了防火等級下降的情況。這些問題都在一定程度上表明了在進行加固處理時需要就整體角度進行把控，通過加固處理的方式來妥善地解決存在的問題。

五、結語

總而言之，在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強對現(xiàn)代建筑結構抗震設計和加固處理是非常必要的，當基于合理的角度上明確建筑結構的具體形式之后，就需要科學地布置建筑物的結構抗震設計，只有這樣才能夠最大限度地避免因抗震不利而造成的嚴重后果。因此，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結構設計，是保障人們生命財產安全的重點，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關鍵。

作者:馬永佳 單位:中核第七研究設計院有限公司