現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計及加固處理探究

文／陸端 貴州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州貴陽 550000

引言：

隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和社會的整體進步，社會主義現(xiàn)代化進程進一步加快，建設(shè)用地資源變得更加匱乏。與此同時，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)也變得更加豐富多樣，根據(jù)當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)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(xiàn)在層數(shù)較多且樓層較高，如果出現(xiàn)災(zāi)害，比如地震，就會引起嚴重損失，包括人員損失以及財產(chǎn)損失等，由此可見，將抗震設(shè)計融入現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中具有非常重要的意義。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計直接影響建筑質(zhì)量，在進行抗震設(shè)計工作時，需考慮的因素較多，這導(dǎo)致抗震設(shè)計難度較大。因此，當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方面依然有大量問題需有待改進，無法保障建筑質(zhì)量，嚴重威脅人民群眾的生命安全，研究現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和加固處理技術(shù)具有一定的現(xiàn)實意義。

1.建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計的含義

參考當(dāng)前學(xué)術(shù)界提出來的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計理論來看，大部分都是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為前提確定建筑結(jié)構(gòu)性抗震設(shè)計的含義。從設(shè)防標(biāo)準層面來看，結(jié)構(gòu)抗震性能被劃分成不同的等級，作為設(shè)計人員，需參考業(yè)主要求，同時結(jié)合建筑使用標(biāo)準，進行針對性的抗震設(shè)計，保證建筑質(zhì)量達到要求。

2.我國建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的發(fā)展歷程

要確保建筑物結(jié)構(gòu)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(jié)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(jù)國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)抗震加固發(fā)展情況來看，主要包括三個階段。

2.1 起步階段

1996年爆發(fā)了邢臺地震，2006年，唐山大地震再次爆發(fā)，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(nèi)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(xiàn)在：研究抗震鑒定、加固處理方法和技術(shù)并進行相應(yīng)的分析和探索，根據(jù)大量實踐結(jié)果來看，為了使建筑結(jié)構(gòu)更加安全，有必要進行抗震鑒定和加固處理。

2.2 高速發(fā)展階段

高速發(fā)展階段屬于第二階段，開始于唐山大地震，結(jié)束于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的正式發(fā)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(xiàn)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(jié)構(gòu)安全要求的《工業(yè)及民用建筑抗震鑒定標(biāo)準》，不僅如此，在政府的統(tǒng)一規(guī)劃和安排之下，超過7 度的抗震反射地區(qū)建筑物抗震鑒定和加固工作全部完成，這是國內(nèi)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(shù)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(gòu)造柱和外加圈梁等，形成新的方法加固處理抗震結(jié)構(gòu)，比如替換法、外加構(gòu)建法等。

2.3 綜合開發(fā)階段

第三階段被稱為綜合開發(fā)階段，起始的標(biāo)志是正式執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》當(dāng)天。經(jīng)過長期的探索以及研究之后，該規(guī)范被引入建筑物抗震鑒定和加固過程中，這標(biāo)志著國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方面成果比較顯著。該階段的主要特征體現(xiàn)在：根據(jù)國家提出的相關(guān)要求和標(biāo)準，建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定和加固處理范圍有所擴大，達到6 度設(shè)防區(qū)，與此同時，根據(jù)每個區(qū)域的具體情況，提出了和GBI11-89 設(shè)計規(guī)范將匹配的鑒定方式，并制定了對應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準，最主要目標(biāo)是為了推動綜合性發(fā)展，更深入的分析現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。隨著國家經(jīng)濟體制的改革，建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定和加固顯得越來越重要，關(guān)乎國家經(jīng)濟的發(fā)展，在抗震加固的過程中，不僅要關(guān)注建筑物是否安全，而且要考慮面積的擴大，關(guān)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(xiàn)出了大批新型技術(shù)，比如碳纖維片加固技術(shù)、消能減震技術(shù)等。

3.抗震設(shè)計在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的抗震作用

近年來，大型地震頻發(fā)，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(chǎn)損失等。該現(xiàn)狀使人對建筑物抗震性能提升的要求越來越高，相應(yīng)的概念設(shè)計應(yīng)運而生，尤其是抗震方面的設(shè)計，其目的是提高建筑物的抗震性能，結(jié)合每一個地方的地形和地質(zhì)等，選擇適合的建筑物結(jié)構(gòu)，保證人民群眾的居住以及生產(chǎn)需求等得到滿足。在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計方面的內(nèi)容越來越多，設(shè)計人員也高度關(guān)注抗震性能的設(shè)計，加強抗震性能方面的學(xué)習(xí)，專業(yè)知識不斷完善，設(shè)計能力不斷提高。在選擇建筑物結(jié)構(gòu)方案時，需要參考業(yè)主的需求，選擇完善的方案，并使用有效的技術(shù)，能在一定程度上減少業(yè)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(chǎn)安全。

4.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中亟待解決的問題

4.1 前期設(shè)計方案中的抗震設(shè)計

就部分建筑工程設(shè)計而言，在真正進行設(shè)計的環(huán)節(jié)，無論是設(shè)計單位還是業(yè)主，都不夠關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，設(shè)計單位以業(yè)主的要求為核心規(guī)劃建筑的外觀，以此建設(shè)的建筑物確實能滿足業(yè)主對外觀方面的需求，但是忽略了建筑物本身的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致性能不夠完善，這會對業(yè)主產(chǎn)生嚴重影響。與此同時，近年來，因為國家經(jīng)濟發(fā)展成效突出，建筑行業(yè)也飛速發(fā)展，部分建筑結(jié)構(gòu)開發(fā)不需要太長周期，為了使設(shè)計速度更快，某些設(shè)計單位完全不考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，未提前評估建筑物的平面結(jié)構(gòu)，或者忽略了立面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致建筑抗震性能無法保證。在任何建筑物的設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計和建筑設(shè)計兩方面的平衡是非常重要的，只有兼顧兩方面內(nèi)容，才能保證建筑設(shè)計的科學(xué)性和合理性，才能使業(yè)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(guān)單位和設(shè)計人員在進行建筑物設(shè)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(yù)期的目標(biāo)。

4.2 結(jié)構(gòu)體系選擇

在選擇結(jié)構(gòu)體系這一環(huán)節(jié)，相關(guān)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(zhì)情況、施工技術(shù)、抗震設(shè)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(jīng)濟性以及技術(shù)水平之間的平衡性，使建筑物的整體設(shè)計更加科學(xué)合理。在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計活動的過程中，首先應(yīng)該設(shè)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(jīng)過大地震后，即使建筑內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)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(nèi)，能避免嚴重的建筑物質(zhì)量安全事故出現(xiàn)。此外，要確保建筑物在地震中的承載能力達到預(yù)期，吸收地震應(yīng)力的能力以及在應(yīng)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(jié)構(gòu)弱勢，必須采取對應(yīng)的方法和技能，使建筑物整體抗震性能得到提升。

4.3 結(jié)構(gòu)平面與立面的選擇

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

4.4 抗震概念設(shè)計的有效延伸

在涉及建筑物抗震性能時，相關(guān)單位和工作人員不僅僅要考慮當(dāng)前已有的技術(shù)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(fā)生是不確定的，技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(guī)避地震破壞建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。在進行抗震性能設(shè)計時，作為設(shè)計人員，必須明確建筑結(jié)構(gòu)的性能，深入掌握建筑結(jié)構(gòu)的原理，并提出合理的設(shè)計原則，掌握不同技術(shù)在抗震過程中發(fā)揮的主要作用，并根據(jù)一定的序列排列技術(shù)，合理劃分技術(shù)的優(yōu)先級，根據(jù)實際需求等采取針對性的技術(shù)，提高建筑物的抗震工作能力。

4.5 結(jié)構(gòu)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(shè)計時，值得廣大工作人員關(guān)注，相關(guān)設(shè)計單位也需要在圖紙中體現(xiàn)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(biāo)準，對于空心磚和砂漿而言，強度等級應(yīng)分別達到MU7.5 和M5 的標(biāo)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(jié)構(gòu)標(biāo)準來看，無論是屈服強度還是抗拉強度，產(chǎn)生的比值必須控制在0.85 以內(nèi)。

5.抗震加固技術(shù)類型

5.1 自身加固方法

在認證加固建筑物環(huán)節(jié)，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(xiàn)在通過穿墻裂縫對建筑物進行加固，核心構(gòu)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(cè)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(wǎng)，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(yīng)用于對抗震能力沒有太高要求的磚墻。鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固的主要對象有兩個部分構(gòu)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(shè)置鋼筋環(huán)節(jié)完成后，需要多重抹灰，就可達到加固的目標(biāo)。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(gòu)件網(wǎng)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(huán)境比較潮濕，該方法適用性較低，加固效果比較差。

5.3 構(gòu)件增設(shè)方法

就構(gòu)建增設(shè)法而言，需要以原本的結(jié)構(gòu)構(gòu)建為前提，在其中引入新的構(gòu)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(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)定。在使用該方法時，構(gòu)建應(yīng)該具備的變形性能，能更好的實現(xiàn)抗震目標(biāo)。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(shè)構(gòu)件的具體性能，該環(huán)節(jié)使用的主要方法包括以下幾點：第一，整體的建設(shè)。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(shè)的方式，達到加固目標(biāo)，使用該方法時應(yīng)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(shè)。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(chǔ)性構(gòu)件，但卻能有效連接墻體，使加固建筑物的目的實現(xiàn)。針對加固受彎的構(gòu)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(shè)拉桿的方式。針對屋蓋天窗或柱間，加固時應(yīng)該采取增設(shè)支撐的方法，也有利于達到加固的目的。針對圈梁自身技術(shù)參數(shù)和施工設(shè)計參數(shù)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(nèi)墻圈梁，通過圈梁來約束建筑物的整體結(jié)構(gòu)，使建筑物整體抗震性能得到提升。

5.4 連接增強方法

在發(fā)生地震的過程中，保證建筑物實現(xiàn)有效抗震能力的關(guān)鍵部位為建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接位置，這是建筑建造過程中常常被忽視的區(qū)域?qū)τ诮ㄖ锏目拐鹦阅苡兄苯拥挠绊?，?yīng)當(dāng)增強對構(gòu)件連接位置的加固使其具備較強的承載能力，通常該區(qū)域存在質(zhì)量問題的主要反應(yīng)和特征包含以下兩點，首先是拉結(jié)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(jié)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(cè)通過環(huán)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(xiàn)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(nèi)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(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢

6.1 加固設(shè)計的主要內(nèi)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(shè)計效率。綜合考量多種加固方案，比較不同方案的優(yōu)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(yù)防性，就靜結(jié)構(gòu)而言，通常需要交替進行轉(zhuǎn)化，得到超靜定結(jié)構(gòu)，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(shè)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(guān)鍵的一環(huán)，其強度通常不能低于建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度，達到該標(biāo)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(xù)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(huán)節(jié)，因為空間的影響，建筑質(zhì)量往往無法達到預(yù)期的標(biāo)準。尤其是一些容積比較小的模板，在澆筑混凝土?xí)r，通過檢測混凝土發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達標(biāo)，不超過大空間比例的混凝土澆筑質(zhì)量。因此，有必要提高混凝土的強度等級，彌補因為澆筑質(zhì)量不足而產(chǎn)生的負面影響。在進行混凝土加固設(shè)計的同時，還需關(guān)注加固過程的經(jīng)濟性，避免重復(fù)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(huán)境地震發(fā)生率較高，為了使抗震性能提升，有必要增加防震構(gòu)件。

結(jié)語：

建筑行業(yè)的發(fā)展直接關(guān)乎廣大民眾的生活和生產(chǎn)，同時也直接影響人民群眾的生命安全和財產(chǎn)安全。地震災(zāi)害能直接檢驗建筑物的安全性和穩(wěn)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(zāi)害，并保障人民群眾的安全。近年來，地震災(zāi)害事故發(fā)生頻率較高，整個社會都愈發(fā)關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，廣大專家和學(xué)者也開始著手探究分析建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計和加固技術(shù)。筆者通過本次研究得知建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)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(chǎn)安全。但是當(dāng)前我國建筑物抗震性能設(shè)計方面依然存在大量問題需改進，涉及到前期方案的設(shè)計、結(jié)構(gòu)體系的選擇、結(jié)構(gòu)平面立面選擇以及抗震概念的延伸方面，希望建筑行業(yè)以及設(shè)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(jīng)濟及社會發(fā)展貢獻力量。