城市老旧房屋的抗震加固技术及性能应用研究

刘梦梦 刘 锐 孙文煜 刘婷婷 吕麒珉

(上海电力学院，上海 200000)

城市老旧房屋的抗震加固技术及性能应用研究

刘梦梦 刘 锐 孙文煜 刘婷婷 吕麒珉

(上海电力学院，上海 200000)

通过搜集文献，总结和归纳出较为适合城市砖混结构老旧房屋建筑的抗震加固技术，尤其是新型的减隔震技术，并从性能效果、施工周期、经济成本等方面进行了对比分析，为国内城市老旧建筑的抗震加固改造提供了有价值的建议和意见。

老旧房屋，砖混结构，抗震加固，减隔震技术

0 引言

地震灾害是一种无法准确预测的自然灾害，而位于两大构造板块之间的我国是一个地震多发的国家，每年基本都有破坏性的浅表地震发生，尤其是对于人口稠密，建筑物密度大的城市区域，地震的突发性和破坏性都会给人民生命财产造成极大的损失。

因为各种历史原因，直到1976年唐山地震后我国才开始编制自己的建筑抗震设计规范，在此之前建造的房屋在设计上并未考虑抗震问题，之后抗震规范基本10年修订一次，尽管“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防要求没变，但抗震设防标准却越来越高。20世纪90年代以前的建筑基本都以砖混结构为主，由于配套规范的要求相对较低，各种抗震构造措施不足，使得这些老旧房屋和现在以框架结构为主的建筑相比，质量安全隐患较多，且建造时间越久的房屋抗震能力不够的问题也越发突出。而且城市中仍在使用的很多老旧房屋，如医院、中小学以及其他人员密集的公共场所，一旦在地震中发生倒塌，造成的人员伤亡将是十分惨重，近年来的汶川、玉树和雅安地震中我们都有这方面的惨痛教训。因此这类重要建筑必须随着规范标准的进一步提高而进行相应的抗震加固，以尽可能的减少损失。

新的GB 50011-2010建筑抗震设计规范实施后，城市老旧建筑的抗震水平成为建筑工程方面上的一大亟待解决的问题，对它们的处理措施一般有两种做法：推倒重建或对原建筑进行抗震加固。前者造价高、影响大、资源浪费严重，所以在大多数情况下最合理的方式是对原建筑进行抗震加固处理。

因此，研究城市老旧建筑物抗震加固技术及其性能，既维持建筑物原有的使用功能，又依照现行标准有效提高其抗震性能，从而避免或减少震害损失,对实现城市防震减灾的目标是十分重要的。

1 防震加固技术

1.1 传统防震加固技术分类与应用

本文中涉及的砖混结构的传统防震加固方法，主要针对于20世纪90年代以前的不满足现在抗震设防要求设计的建筑,对其承重构件的防震加固技术。

目前常用的传统加固方法有结构托换法、加大截面法、外粘型钢加固法和粘贴碳纤维布加固法等。其中结构托换技术的技术要求高、施工难度大，所以施工前应详细分析施工对象的具体情况，完善施工技术、制定详细的施工工艺。而加大截面法和外粘型钢加固是常用的加固柱子和墙体的方法，由于砖混结构中主要的承重构件和抗侧力构件是墙体和构造柱，这两种加固方法由于加大了原柱子和墙体的混凝土截面面积及配筋量，因此不仅可以提高原构件的承载力，还可降低柱子或墙的长细比和高厚比[1]，提高柱子和墙体的刚度。在抗震设防地区，可显著提高结构构件的防震能力。碳纤维加固法是将碳纤维用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件或砖砌体的表面(梁、柱、墙体)，形成新的复合体。利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件强度、刚度、抗裂性及延伸性的目的。碳纤维布自重轻、厚度小，施工加固基本不改变原结构外观，高强高效，不会对原结构造成损害[2]，其化学结构稳定，在抗碱、抗酸以及抗疲劳性能等方面更加突出，并且施工比较方便、灵活，降低加固成本，可与其他工序穿插进行，此外，对于受恶劣环境影响的结构及抗震能力要求高的结构，粘贴碳纤维布加固方法具有不可取代的优势。

1.2 新型防震加固技术分类与应用

常用的防震加固技术由于加固施工周期长，对原有结构破坏较大等缺点，并不能完全满足现有老旧房屋的抗震加固需求。随着建筑科学技术的飞速发展，各种新型防震加固技术开始展现其明显的技术优势，在工程上得到了更为广泛的应用。

1.2.1 隔震加固法

隔震技术是在建筑物上部结构与基础之间设置一层由建筑隔震支座组成的隔震层，把房屋上部结构和基础隔开[3]。起到隔离地震能量向建筑物上部结构传递的作用，地震时上部结构仅作整体平动[4]，减小了构件在地震下的内力，从而保证了建筑结构及人身、财产安全。

在我国，有关基础隔震技术的相关配套规范规程也已经成熟，如CECS 126：2001叠层橡胶支座技术规程，GB 20688.3-2006建筑隔震橡胶支座等，由于砖混结构房屋刚度较大，采用隔震技术后，能将原有的地震反应降低70%甚至以上，效果明显且对上部结构改动小，因此在众多抗震加固工程中得到了应用。

1.2.2 阻尼加固法

阻尼是物体自身消耗能量的特性，阻尼性能越好，建筑物在地震中的破坏程度就越小，建筑物的阻尼比一般只与所用材料和结构形式有关，一般砖混结构房屋的阻尼比可达到3%～5%(比钢筋混凝土框架结构稍大)，如能通过适当增加合适的阻尼器以提高房屋整体的阻尼比，将能获得较好的减震效果。

目前建筑上使用的阻尼器种类较多，房屋建筑工程防震加固中常使用的几种阻尼器主要有粘滞型阻尼器和金属屈服型阻尼器。

相比较传统方法来说，粘滞性阻尼器性能稳定，耗能能力强，安装方法简单，但作为一种速度相关型阻尼器，对砖混结构这种自身构件相对速度较小的建筑减震效果受到一定程度的限制。金属屈服型阻尼器可有效地将支撑和耗能阻尼器合二为一，提高主体结构在小震和中震下的抗侧刚度，以及大震下的耗能能力，该类型阻尼器在遭遇小震和中震时无需更换，构造简单、施工方便、力学性能稳定，同时具有良好的耐久性，便于维护。它的使用既不影响建筑物外立面及抗震需求，又能满足改造后使用功能改变的需要，此类型阻尼器在砖混结构房屋中的抗震加固应用较为广泛。

2 新型防震加固方法应用实例

某老建筑物主体共两层，为五开间、前后两进、两厢的江南院落式建筑。房屋建筑面积2 150 m2，属于历史保护建筑，由于市政道路扩建场地用途改变，为保护原有建筑，需要将该建筑物搬迁移位至新的地方[5]，该项目以φ300铅芯橡胶支座和φ300滑板橡胶支座为主要隔震构件对该建筑物进行改造(如图1所示)。总施工周期93 d，加固施工总费用(含支座等设备)约193万元(约900元/m2)。隔震支座平面布置图见图2。

3 减隔震技术的发展与应用

自20世纪60年代以来，减隔震技术逐步引起世界各国的重视并广泛应用于新建建筑和既有建筑的加固中。

建筑减隔震加固目前已经成为一些发达国家土木行业的主流，美国是开展消能减震技术研究较早的国家之一，日本则是应用发展最快的国家。从1985年～1994年，日本隔震结构的数量就开始迅速增长，在隔震结构数量上，日本已开始领先于其他国家。1995年神户大地震之后，日本建筑构造及隔震设备已经趋于标准化[6]。目前日本已建成近4 500幢隔震建筑；美国也建成近180幢隔震建筑[7]。

在我国，抗震加固的研究工作则开始于唐山大地震之后。但对在此之前的建筑物都没有进行严格的抗震设防措施，直至2008年汶川地震后，人们越来越认识到进行抗震设防和加固的重要性[8]，这才正式启动减隔震技术研发和生产基地的建设。2008年以后，中国已建成近3 800幢隔震建筑，分布在全国16个省、市。

相比较应用比较广且相对成熟的传统抗震加固结构体系而言，在我国起步较晚但发展速度很快的新型防震加固结构体系不仅可以保护建筑结构本身，还能保护建筑内部的安全，并且在住宅等居民建筑、高层建筑以及有特殊要求的建筑结构中都得到了极大地突破和大范围的应用。在近年来，隔震技术发展应用很快，我国无论是隔震技术的掌握和研发还是隔震器材生产都取得了巨大进展。从经济性、安全性和技术合理性角度考虑，减隔震加固防震方案更为适合人们的需要。

4 结语

从以上对传统防震加固技术和新型防震加固技术方法的分析和阐述，可以看出目前传统的建筑防震加固技术的主要特点是“抗震”，加强各构件的自身承载力与刚度，从而提高建筑物整体的抗震等级；而新型防震加固技术，其主要特点是“减隔震”，将基础底部同上部结构隔开，增加阻尼装置吸收外部能量，极大降低了地震对结构整体性的影响，同时减少了上部构件所承受的地震作用。目前传统的抗震加固技术仍是城市老旧房屋加固首选，但新型的减隔震加固技术方由于施工周期短，施工方便简单，性能可靠，检测修复方便，可以不改变原有建筑的面貌，适用性更强，尽管单位面积造价较高，应用的前景也十分广阔。应该说无论是传统方法还是新型方法，每一种技术都有其适用性和特点，它们的使用都能极大提高老旧房屋的使用年限和使用功能，减少资源浪费，极大保护人民的生命财产安全。在实际工程中，应根据具体案例具体情况选择最能满足其要求、适合其特点、性价比最好的抗震加固方法。希望本文的研究可以对不同地理位置、不同场地环境、不同损伤程度下的老旧建筑的防震加固技术选择问题提供有价值的参考意见。

[1] 曾英俊.浅谈实用钢筋混凝土柱的加固方法[J].大陆桥视野，2012(14)：204-205.

[2] 苏德俊,何宪礼，胡 萍.桥梁加固的主要方法及应用[J].交通科技，2005(3)：60-62.

[3] 杨 莉,王振岭.从四川汶川地震灾害谈建筑隔震橡胶的应用[J].中国橡胶，2008,24(24)：18-21.

[4] 雪 伟.建筑结构抗震设计力学理论分析报告[J].黑龙江科技信息，2010(12)：278-280.

[5] 吴正菊.保护文物平移顶升及旋转——大华清水湾老建筑物整体保护平移工程[J].城市道桥与防洪，2009(8)：234.

[6] 潘 鹏,叶列平,林旭川,等.1995年神户大地震后日本隔震结构的新发展[A].第六届全国结构减震控制学术研讨会论文集[C].2010：217-233.

[7] 姚丹丹,梁 伟,孔令林,等.隔震技术的研究与发展[J].研究与探索,2014(32)：79-84.

[8] 刘 勋,施卫星,王 进.传统抗震加固技术和新型抗震加固技术的总结与对比[J].结构工程师,2014(28)：101-105.

The seismic strengthening technology and performance of the urban old housing application research

LIU Meng-meng LIU Rui SUN Wen-yu LIU Ting-ting LV Qi-min

(ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200000,China)

Through various kinds of literature, the article draws the conclusion that the seismic strengthening technology is more suitable for the old brick concrete structure building, especially the new seismic isolation technology, from comparisons and analysts between the performance, the construction cycle, the economic costs and other factors， provide more evaluable suggestions and opinions in the issue of old buildings aseismic reinforcement of the domestic city.

old house, masonry-concrete structure, seismic strengthening, seismic isolation technology

1009-6825(2014)35-0058-03

2014-10-10

刘梦梦(1993- )，女，在读本科生； 刘 锐(1993- )，男，在读本科生； 孙文煜(1994- )，男，在读本科生； 刘婷婷(1992- )，女，在读本科生； 吕麒珉(1994- )，男，在读本科生

TU352.11

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