建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固處理探究

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【內(nèi)容摘要】近年來，地震災(zāi)害屢屢發(fā)生，對(duì)社會(huì)及人類造成了不可磨滅的傷害，嚴(yán)重地限制了城市的建設(shè)與發(fā)展。在這樣的環(huán)境下，人們開始逐漸意識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性，并在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中融入了抗震設(shè)計(jì)。但是由于設(shè)計(jì)人員對(duì)于抗震設(shè)計(jì)方面的知識(shí)了解甚少，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與加固處理展開詳細(xì)的探析，分析并闡述了抗震設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的重要程度，同時(shí)也針對(duì)性能抗震設(shè)計(jì)的含義以及抗震設(shè)計(jì)期間常見的問題展開了探討，基于分析我國(guó)抗震加固發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上提出了合理的建筑結(jié)構(gòu)加固處理技術(shù)，以期能夠?yàn)榱私ㄖ袠I(yè)的發(fā)展提供一個(gè)借鑒。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);加固處理

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)用地變得越發(fā)緊張，而現(xiàn)代化的建筑結(jié)構(gòu)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(dāng)前建筑領(lǐng)域的一大發(fā)展趨勢(shì)。但是高層建筑的特點(diǎn)是層高較高，一旦發(fā)生地震等災(zāi)害就會(huì)造成極大的損失，因此，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中融入抗震設(shè)計(jì)是非常重要的。由于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與工程的質(zhì)量安全有著密切相關(guān)的聯(lián)系，并且在展開抗震設(shè)計(jì)期間，所能夠涉及到的領(lǐng)域及因素相對(duì)眾多，在很大程度上增加了抗震設(shè)計(jì)的難度。所以目前建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)仍然存在很多問題和隱患，導(dǎo)致在發(fā)生地震時(shí)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(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固處理展開分析對(duì)于建筑工程的發(fā)展而言有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計(jì)

(一)性能抗震設(shè)計(jì)含義。當(dāng)前看到的大部分建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)理論基本上都是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)所實(shí)現(xiàn)的。通常情況下，結(jié)構(gòu)的抗震性能會(huì)按設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)上的差異劃分為不同的等級(jí)，而建筑設(shè)計(jì)者需要根據(jù)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(biāo)和結(jié)構(gòu)措施來完成抗震設(shè)計(jì)［1］。除了抗震設(shè)計(jì)，與之相關(guān)的性能抗震設(shè)計(jì)理論還有目標(biāo)性能的確定，它是整個(gè)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一般包括:地震防設(shè)水準(zhǔn)、抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)性能、結(jié)構(gòu)性能水平與量化指標(biāo)等。

(二)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中常見的問題。1．建筑體形。很多建筑物因?yàn)榈匦卧虻南拗茟?yīng)業(yè)主的要求將其形成街邊的一道風(fēng)景，很多業(yè)主都會(huì)向設(shè)計(jì)單位提出各種各樣的要求，例如:要求在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)因地勢(shì)的原因不得不選擇以轉(zhuǎn)折的方式進(jìn)行美化;二是結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)出不規(guī)則形狀，或凹或凸，甚至有尺寸遠(yuǎn)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(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)樓板錯(cuò)層的現(xiàn)象或者樓板開動(dòng)率過大等情況，導(dǎo)致樓板的面積與基本結(jié)構(gòu)的實(shí)際面積相差超過50%;四是一般建筑物的下部投影面積都會(huì)高度上部，因?yàn)橹挥羞@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(zhǎng)期存在會(huì)造成質(zhì)量偏心的情況，造成建筑物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn);五是樓層之間承載力變化超過30%，過于明顯。2．結(jié)構(gòu)框架。一般來說在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中框架設(shè)計(jì)方面所存在的問題是多種多樣的，主要有以下幾個(gè)方面:一是建筑物底部的結(jié)構(gòu)框架梁跨度較大，久而久之就會(huì)引發(fā)“強(qiáng)梁弱柱”情況的產(chǎn)生;二是框架中柱網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(nèi)部縱向的配筋率沒有達(dá)到抗震設(shè)計(jì)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(biāo)現(xiàn)象;五是承擔(dān)著轉(zhuǎn)換作用的樓面次梁存在設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)象，有些過于偏少，導(dǎo)致后續(xù)的施工難度極大［2］。3．抗震墻。建筑結(jié)構(gòu)的底框結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有嚴(yán)格地根據(jù)抗震墻進(jìn)行設(shè)置，因建設(shè)單位過于追求經(jīng)濟(jì)利益，隨意減少抗震墻的設(shè)置數(shù)量;另外業(yè)主方面過于重視空間功能性的劃分，導(dǎo)致抗震墻的分布呈現(xiàn)出不對(duì)稱和不均勻的現(xiàn)象;還有一些建筑工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間抗震墻的設(shè)置過多，導(dǎo)致薄弱層逐漸發(fā)生上移的現(xiàn)象，因多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)就會(huì)造成更為嚴(yán)重的破壞。

二、現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

經(jīng)過大量的地震災(zāi)害后，人們逐漸意識(shí)到了建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)的重要性，并提出了“概念設(shè)計(jì)”而良好的“概念設(shè)計(jì)”能夠在一定程度上決定建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式，以合理的建筑結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步滿足人們對(duì)建筑物的“大震不倒”的要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要不斷地提高對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)水平，在最終選擇建筑方案時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也不容易受到業(yè)主的經(jīng)濟(jì)觀和使用觀的影響，因?yàn)檫^于盲目地將建筑結(jié)構(gòu)下部的延展性降低就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中抗震墻的數(shù)量、形式等方面存在不合理現(xiàn)象，影響建筑物的整體質(zhì)量。

三、我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的發(fā)展歷程

建筑物結(jié)構(gòu)想要實(shí)現(xiàn)抗震加固的需求就必須要以抗震鑒定后的結(jié)論作為依據(jù)，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(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的建筑物結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加固工作已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

(一)起步階段。第一階段為起步階段，從1966年邢臺(tái)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(shí)到到了建筑物抗震的重要性，而這一階段的經(jīng)歷也成為了我國(guó)抗震鑒定與加固處理的一個(gè)起點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)嘗試與試驗(yàn)的階段。該階段所具備的特點(diǎn)主要包括:對(duì)抗震鑒定、加固處理的基本方法和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探索和分析，通過大量的實(shí)踐表明了抗震鑒定與加固處理對(duì)于提高建筑結(jié)構(gòu)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)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(gè)發(fā)展階段中所呈現(xiàn)出來的特點(diǎn)與上一階段有著本質(zhì)上的不同，主要包括:構(gòu)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(chǔ)上進(jìn)一步制定了適合當(dāng)下建筑結(jié)構(gòu)安全的《工業(yè)及民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，并在國(guó)家政府的統(tǒng)一部署下，首選完成了7度以上的抗震設(shè)防地區(qū)建筑物抗震鑒定與加固工作，有效地提高了我國(guó)城市內(nèi)建筑的抗震性能［4］。同時(shí)也正是在這一高速發(fā)展階段當(dāng)中，抗震加固處理技術(shù)提出了極強(qiáng)變形能力、提高強(qiáng)度以及提高整體性等建議，并通過構(gòu)造柱、外加圈梁、夾板墻以及鋼構(gòu)套等方式作為基本手段，逐漸形成一系列以外加構(gòu)件法、替換法以及增強(qiáng)自身法等方式來完成抗震結(jié)構(gòu)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(shí)間為《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》正式執(zhí)行的日子開始，也是經(jīng)過了長(zhǎng)期的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)后，逐漸進(jìn)入到抗震鑒定與加固的綜合開發(fā)與發(fā)展階段當(dāng)中，也在一定程度上意味著我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。該階段所展現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)有:建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固處理已經(jīng)按照相關(guān)要求擴(kuò)大至6度設(shè)防區(qū)當(dāng)中，同時(shí)，結(jié)合該地區(qū)的實(shí)際情況，梳理并制定了與GBI11－89設(shè)計(jì)規(guī)范相適應(yīng)的鑒定方法和加固技術(shù)等相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，目的在于強(qiáng)調(diào)綜合發(fā)展和分析現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能［5］。建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固以及功能改造在我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革的過程中形成了一種緊密的結(jié)合，因?yàn)樵谶M(jìn)行抗震加固時(shí)，不僅要考慮其安全性，還要想到建筑面積的擴(kuò)大和使用，在改變和完善建筑使用功能的同時(shí)，還可以保持建筑物的美觀造型。處于這一發(fā)展階段當(dāng)中，涌現(xiàn)出了很多全新的鑒定、加固技術(shù)和材料，例如:鋼筋化學(xué)錨固技術(shù)、消能減震技術(shù)、碳釬維片加固技術(shù)以及隔震技術(shù)等。

四、建筑結(jié)構(gòu)加固處理技術(shù)

促進(jìn)抗震加固技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步的主要?jiǎng)恿褪亲钚卵邪l(fā)的加固材料，通過對(duì)過去幾十年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有效的抗震鑒定檢測(cè)技術(shù)都是依托于檢驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提高的，加固技術(shù)則是依托于新材料的出現(xiàn)和應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)發(fā)展的。因?yàn)橄冗M(jìn)的加固材料具備高強(qiáng)、輕質(zhì)、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(jìn)加固處理發(fā)展的關(guān)鍵所在。而加固改造方法的有效提升是促進(jìn)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(jié)構(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)的辨別和掌控。例如:在處理加固多層磚混結(jié)構(gòu)墻體時(shí)，關(guān)鍵在于增強(qiáng)墻體的鋼度，從而與相鄰樓層的產(chǎn)生一定的鋼度差，這樣的加固方式對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能而言存在一定不利影響［6］。另外，在進(jìn)行加固處理之后的構(gòu)件其承載力有著明顯的提升，但是卻造成了防火等級(jí)下降的情況。這些問題都在一定程度上表明了在進(jìn)行加固處理時(shí)需要就整體角度進(jìn)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(jié)語

總而言之，在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和加固處理是非常必要的，當(dāng)基于合理的角度上明確建筑結(jié)構(gòu)的具體形式之后，就需要科學(xué)地布置建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，只有這樣才能夠最大限度地避免因抗震不利而造成的嚴(yán)重后果。因此，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重點(diǎn)，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

作者:馬永佳 單位:中核第七研究設(shè)計(jì)院有限公司