淺談建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與加固補(bǔ)強(qiáng)

梁旭（廣東誠實(shí)建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司,廣東梅州514000）

2008年汶川大地震已經(jīng)過去十多年，我國工程同仁一直致力于提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，向抗震設(shè)計(jì)水平較高的發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，進(jìn)行不斷嘗試，取得長足進(jìn)步，但仍有諸多不足。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB2011-2010（2016年版）》已于2016年8月1日正式實(shí)施，本次修訂進(jìn)一步提高了部分行政區(qū)域的抗震設(shè)防烈度。在國民經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的大背景下，本次規(guī)范的修訂及實(shí)施，凸顯相關(guān)職能部門對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)心與關(guān)注。

我國處在世界兩個(gè)最活躍的地震帶上，東瀕臨環(huán)太平洋地震帶，西部和西南部為阿爾卑斯—喜馬拉雅地震帶，是世界上多地震的國家之一。根據(jù)地震史料記載，我國所有省份均曾發(fā)生過5級與5級以上地震。其中除了浙江、貴州兩省外，全國各省都有6級以上地震發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)如未考慮抗震或不重視抗震設(shè)計(jì)，將給人民群眾的生命健康和財(cái)產(chǎn)損失帶來災(zāi)難性的后果。

2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中遇到的核心問題

2.1 重視前期結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

一些設(shè)計(jì)單位和業(yè)主不重視結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，只會(huì)盲目要求建筑外觀好看，標(biāo)新立異。由于設(shè)計(jì)周期較短具有普遍性，為了節(jié)省時(shí)間，往往出現(xiàn)建筑方案設(shè)計(jì)脫離結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的情況。建筑設(shè)計(jì)師對結(jié)構(gòu)平面、立面、特殊結(jié)構(gòu)的把握不如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，會(huì)出現(xiàn)很多完全可以避免的結(jié)構(gòu)不規(guī)則情況，對抗震不利。

建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相輔相成，互為骨肉，有我有你的。一個(gè)好的建筑，一個(gè)滿足抗震設(shè)計(jì)要求的建筑，離不開初始結(jié)構(gòu)平面、結(jié)構(gòu)立面及內(nèi)部柱網(wǎng)主梁的布置。如果一個(gè)在方案上有抗震先天缺陷的建筑方案，后期的抗震措施就要花幾倍的成本去處理，也未必能取得好的效果。

2.2 注意結(jié)構(gòu)體系的選用

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；應(yīng)具備必要的抗震承載能力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力。

2.3 選取合理的結(jié)構(gòu)平面和立面

平面不規(guī)則，分為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)；豎向不規(guī)則，又分為側(cè)向剛度不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)和樓層承載力突變。我們在結(jié)構(gòu)方案布置時(shí)，盡量避免出現(xiàn)上述六種平立面不規(guī)則情況。如果發(fā)現(xiàn)建筑有特殊要求，不得不采用不規(guī)則平立面，需要進(jìn)行專門研究和論證，采取特別加強(qiáng)措施。

2.4 將抗震概念設(shè)計(jì)貫穿設(shè)計(jì)全過程

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，不僅僅是科學(xué)，也是門藝術(shù)。建筑抗震理論，遠(yuǎn)未達(dá)到十分科學(xué)嚴(yán)密的水平，單靠簡單軟件建模，不能完全真實(shí)反映實(shí)際工程情況，理論計(jì)算很難考慮周全。應(yīng)該增設(shè)多道抗震防線，保證建筑物具有足夠的抗震能力[1]。

概念設(shè)計(jì)不是憑空產(chǎn)生的。首先要深刻理解各種結(jié)構(gòu)的工作原理與力學(xué)性質(zhì)，熟悉各類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則；深刻理解各個(gè)結(jié)構(gòu)在地震作用中扮演的角色，把握結(jié)構(gòu)構(gòu)件主次關(guān)系；通過內(nèi)力調(diào)整，控制破壞先后順序，提高關(guān)鍵抗震構(gòu)件的延性和冗余度，哪怕遇上地震來襲，也要達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

2.5 不得忽視結(jié)構(gòu)材料與施工的要求

抗震結(jié)構(gòu)對材料和施工質(zhì)量的特別要求，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件上注明。

砌體結(jié)構(gòu)中，普通磚和多孔磚的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于MU10，砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于M5；混凝土小型空心砌塊的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于MU7.5，其砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于Mb7.5?；炷两Y(jié)構(gòu)中，混凝土的強(qiáng)度等級，框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，不應(yīng)低于C30；構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類構(gòu)件不應(yīng)低于C20；抗震等級為一、二、三級的框架和斜撐構(gòu)件(含梯段)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度實(shí)測值的比值不應(yīng)小于1.25；鋼筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實(shí)測值不應(yīng)小于9%。鋼結(jié)構(gòu)中，鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測值的比值不應(yīng)大于0.85；鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20%；鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。

3 既有建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的鑒定

既有結(jié)構(gòu)延長使用年限、改變用途、改建、擴(kuò)建或需要進(jìn)行加固、修復(fù)等，均應(yīng)對其進(jìn)行評定、驗(yàn)算或重新設(shè)計(jì)。對可靠性不足或業(yè)主要求提高可靠度的承重結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部更換或調(diào)整其內(nèi)力等措施，使其具有現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范及業(yè)主所要求的安全性、耐久性和適用性。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)勘測

混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)可靠性鑒定確認(rèn)需要加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑒定結(jié)論和委托方提出的要求，按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》和業(yè)主的要求進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。加固設(shè)計(jì)的范圍，可按整幢建筑物或其中某獨(dú)立區(qū)段確定，也可按指定的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或連接確定，但均應(yīng)考慮該結(jié)構(gòu)的整體牢固性。

在對建筑抗震能力進(jìn)行正式鑒定之前，需要檢測鑒定人員了解工程情況，熟悉建筑結(jié)構(gòu)圖紙，并了解房屋建筑內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)連接、支撐構(gòu)造情況。深入現(xiàn)場，實(shí)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)，核對與原有設(shè)計(jì)圖紙的出入，并做好相應(yīng)記錄。另外，檢測鑒定人員在開展現(xiàn)場勘測時(shí)，必須保證監(jiān)測全流程的真實(shí)性，以此來保證勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 分析現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力

在完成建筑結(jié)構(gòu)勘測工作后，應(yīng)按實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行軟件建模計(jì)算。按實(shí)際功能需求，最新規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)錄入模型并計(jì)算，查驗(yàn)不滿足現(xiàn)行規(guī)范抗震要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。找出整棟建筑的抗震薄弱部位，把查驗(yàn)出來的問題，分為“應(yīng)及時(shí)加固補(bǔ)強(qiáng)”和“宜加固補(bǔ)強(qiáng)”兩類。做出相應(yīng)方案和概算后，提供給業(yè)主比選參考。

4 現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)研究

4.1 加固設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

為了盡可能提高加固補(bǔ)強(qiáng)效果，需要具有針對性地開展加固設(shè)計(jì)工作，對比各種加固方案的經(jīng)濟(jì)性和適用性。在加固設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該堅(jiān)決貫徹預(yù)防為主的加固設(shè)計(jì)原則，盡量把靜定結(jié)構(gòu)做成超靜定結(jié)構(gòu)，提高房屋建筑在地震災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)抵抗能力的冗余度，保證房屋建筑結(jié)構(gòu)能夠抵御地震對建筑構(gòu)件造成的損害。

4.2 加固設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

結(jié)構(gòu)加固用的混凝土，其強(qiáng)度等級要比原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件提高一級，且不得低于C30，不僅是為了保證新舊混凝土界面，以及新混凝土與新加鋼筋或其他加固材料之間，能有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，還因?yàn)榫植啃略龅幕炷馏w積一般較小，澆筑空間有限，施工條件遠(yuǎn)不及全構(gòu)件新澆的混凝土。調(diào)查和試驗(yàn)表明，在小空間模板內(nèi)澆筑的混凝土均勻性較差，其現(xiàn)場取芯確定的混凝土強(qiáng)度，可能要比正常澆筑的混凝土低10%以上，故有必要適當(dāng)提高其強(qiáng)度等級。

對高溫、高濕、低溫、凍融、化學(xué)腐蝕、振動(dòng)、收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力、地基不均勻沉降等影響因素引起的原結(jié)構(gòu)損壞，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中提出有效的防治對策，并按設(shè)計(jì)規(guī)定的順序進(jìn)行治理和加固。

混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，避免不必要的拆除或更換。在面對地震災(zāi)害較為嚴(yán)重的區(qū)域時(shí)，還應(yīng)該通過額外加設(shè)防震構(gòu)件的方式，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。在開展加固設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該重視可行性分析，因?yàn)楝F(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)本身便具有一定的抗震能力，所以需要在保留原有抗震性的基礎(chǔ)之上額外進(jìn)行加固，若加固設(shè)計(jì)不規(guī)范，還有可能導(dǎo)致建筑物承受二次損傷[2]。

5 結(jié)語

總而言之，現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與加固設(shè)計(jì)的重要性毋庸置疑，重視結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，認(rèn)真做好加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增強(qiáng)房屋建筑的安全性。期待全社會(huì)更多人，了解建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與加固設(shè)計(jì)的重要性，給予更多的關(guān)注度，大家共同努力，一定會(huì)把我國房屋結(jié)構(gòu)抗震水平推向一個(gè)新的高度。