单跨框架结构的减震加固技术浅析

李燕

【摘要】传统的加固方法能够增加结构的抗侧刚度，提高抗震承载力，增加了结构的超静定次数。但传统的加固方法也存在一些问题： 加设框架柱或抗震墙，结构的抗侧移刚度增加，地震作用也相应增加，所以要控制合适的新增刚度，否则加固方案不一定有效；增设结构柱，会改变建筑物的立面效果，将悬挑梁改为框架梁，加固工程量也是比较大的； 加设普通钢支撑，与支撑相连的构件受冲击作用，可能需要特别的加固。如果单跨框架结构选择适当的几榀增设耗能支撑体系，大震作用时，通过支撑的变形和阻尼耗能地震能量，主体框架的地震反应明显减小，这种方法称为减震加固。减震加固不仅提高原框架结构的抗震性能，而且加固工程量和施工复杂性大幅度减小。文章将重点介绍单跨框架结构的减震加固技术，以供同行参考。

【关键词】单跨框架，减震加固技术

1.前言

对既有混凝土框架结构进行加固设计的第 1 步是确定主体结构存在的问题和潜在的风险，主要方法是抗震鉴定，具体流程可以参考《建筑抗震鉴定标准》 （ 以下简称《鉴定标准》） 或文献.因历史发展等原因，某些既有多层框架未进行抗震设计，存在结构体系不合理（ 如单跨框架） 、材料强度不足、结构构件配筋不足或构造不合理、抗震墙布置间距过大或数量太少、主体结构与砌体部分拉结措施缺失或强度不足等问题，导致结构抗震性能较差，这些都是抗震鉴定的重要内容.

2.抗震和减震加固的方法

2.1 增设构件加固法

增设构件加固法是目前使用最为普遍有效的结构抗震加固法的一种，能够有效提高建筑物的结构抗震能力以及变形能力。增设构件加固法的主要方法有增设抗震墙、增设支撑、增设钢架等加固方法。当建筑物原有墙体之间的距离不符合当前的结构抗震规定，或者其抗震承载力达不到相关规定标准时，就需要采取增设抗震墙加固方法。这种方法能够让增设的抗震墙分担主要的地震应力作用，最大限度减小建筑物的结构变形。在进行抗震墙加固过程中，需要对增设墙体和建筑物原有构件的连接进行考虑，在保证其得到可靠连接的同时，还需要避免对原有建筑物结构部件造成损害。另外，在增设抗震墙时还需要注意，抗震墙一般都有比较大的刚度，需要考虑建筑架构的整体刚度均匀性，以免导致薄弱层出现转移。增设抗震墙加固法的优点在于应力传递比较简单，增设后建筑物的刚度和强度都会得到很大提升，且抗震性更好，所需成本低。但也存在着墙体重量较大，基础结构需要有很好的承载能力，且施工产生的噪音、振动很大，施工 时 间比 较 长 等 缺点。

2.2 增强构建加固法

增强构建加固法是在无法使用增设构件加固时使以及用的方法，即对建筑物原有的构件进行加固处理，提高其承载力，改善其延性，进而达到提高其抗震性能的目的。这种加固方法主要分为外粘型钢加固、粘贴钢板加固、粘贴纤维增强复合材料加固等方法。在需要大幅度提高建筑物截面承载以及抗震性能的刚劲混凝土梁柱等建筑物构件加固时，使用外粘型钢加固法比较合适。这种加固方法主要是利用灌浆或者焊接等方式用型钢将构件的四边或者两个角从外部包裹住，让型钢和建筑物原有构件一起承担荷载以及地震应力作用，以对建筑物原有构件进行约束来提高其承载和变形能力。这种加固方法的主要优点在于施工简单、工作量小，建筑物的截面尺寸变换小，自重变化小，但承载力得到明显提高，且建筑物的整体构件刚度和延性也得到了改善。钢筋混凝土受弯、偏心受压和受拉，使用粘贴钢板加固法比较合适，这种加固法主要是将利用建筑结构胶将钢板粘在混凝土结构表面之上，这种方法会让应力同时作用于钢板和混凝土构件，达到提高建筑物承载性能的目的。这种方法的主要优点在于加固方式简单、迅速，对建筑的外形等方面的影响不大。

2.3 隔震减震加固法

隔震减震加固法主要是将隔震技术加入到抗震加固之中，利用隔震层将地震产生的应力均集中到隔震层之上，减小地震能量由下向上的传递，进而减小地震对建筑物架构的影响，提高建筑物的抗震能力。隔震减震加固法的主要优点在于加固效果优秀，不影响建筑物的功能。但也存在工程建设核对维护步骤繁杂的缺点。耗能减震加固是在建筑物某些原有构件上增设耗能阻尼减震装置，以此减小地震对建筑结构的影响，起到抗震作用。这是一种新的抗震技术，也是一条新的抗震途径，以增加结构能量达到抗震作用，并非以改变建筑结构的刚度和延性进行结构加固。据相关研究表明，这种抗震方式相交于传统的结构抗震加固方法，地震反应测量减小了 50% 左右，其减震体系构建成本相较于传统的结构抗震加固方法减少了 8% 左右，具可以获得社会经济效益。

3.抗震和减震加固方法的应用

当时为北京体育馆的结构抗震与减震加固问题，有很多结构都提出了解决方案，其中由哈尔滨工业大学提出的一种方案在很大程度上降低了加固改造成本，且有效的避免了抗震体系给体育馆功能带来的影响。该方案主要是对体育馆进行结构减震处理，并辅以结构加固，来进行体育馆的抗震和减震加固。其具体抗震措施为： 给体育馆上屋盖网架结构按章弹性减震支座，限制地震能量向上传输，并在下部建筑框架结构的某些位置施加刚性支撑，一次对混凝土结构进行加固处理。对于馆内的抗震缺陷位置，增设阻尼效能减震加固等方法进行结构加固。根据北京体育馆的原有结构特点，进行让俺阻尼器设计与生产。阻尼器的支座选用韧性钢支撑支座以及新加钢混墙支座两种类型，以此摆正阻尼器在地震时，能够拥有良好的减震消能作用，以此来防止体育馆梁柱节点和钢支撑在阻尼器为发挥作用前即出现损伤。阻尼器安装时，需要先使用手脚架设置一个和阻尼器支座顶端相平行的施工平台。此外，阻尼器在焊接过程中需要校正正其位置，利用千斤顶将阻尼器与上部钢板进行紧密接触。阻尼器的焊接质量对其是否能够正常进行抗震和减震工作有极大影响，需要格外慎重。阻尼器安装需要保证其两端是同时进行焊接的，以免其发生变形情况，且两端均必须焊满。阻尼器底部五只脚需要分层焊接，焊接完一层都必须利用小锤将其焊皮敲掉，然后再继续焊接。

4.结束语

近年来，世界各国地震灾害频发，人们对建筑物的抗震要求越来越高，传统的抗震建筑方法已经无法满足当今社会的要求。我国目前的的建筑物结构抗震和减震研究工作正在进行当中，其主要研究的类型有增设构件加固法、增强构建加固法以及隔震减震加固法等几种常用的抗震加固法。北京体育馆应用抗震和减震加固方法进行結构加固，其抗震效果良好，能够满足国家规定的抗震相关标准。

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