建筑结构抗震加固设计研究

李 丽 梅

(河北建伟工程设计咨询有限公司，河北 石家庄　050000)



建筑结构抗震加固设计研究

李 丽 梅

(河北建伟工程设计咨询有限公司，河北 石家庄050000)

阐述了现有的抗震加固方法及建筑加固时应注意的事项，以某办公大楼为例，采用两种加固方法，对建筑结构的抗震性能加固设计进行了研究，以选择合理有效的抗震加固方法，减少地震带来的损失。

抗震加固，建筑结构，加固方法，地震

0　引言

在过去的一个世纪里，全世界发生的地震层出不穷，尤其是在最近20年中罕遇地震也频频发生，例如在2008年发生在我国汶川地区的强震就夺走了数万人民的生命和造成数以亿计财产的损失。现在地球已经进入到一个活跃的地震活动期，各种大震导致的损失也屡创新高，这些损失已经远超整个社会的承受能力。

结构的抗震加固离不开人力、物力和财力的支持，抗震加固需要做到少投入高回报，其内涵就是既要做到达到预期的抗震设防目标还要减少资源的投入，这往往要求工程人员要根据当前的实际情况做出合理优化的抗震设计方案，同时也需要对现有加固技术方法进行一定改进。不仅如此，抗震加固还需要综合考虑到安全、经济等多方面的因素。在建筑抗震加固方面我国已经进行了大量的投入，不仅具有大量实验研究还有许多工程实践，对不同类型的结构体系拥有不同的技术方案，较其他国家相比经验丰富。

1　现有加固技术介绍

1.1现有抗震加固方法

在20世纪80年代以前我国的民用建筑多为低层或多层，这些建筑物往往没有进行抗震设防或设防标准偏低，但是由于多种原因并不能停止对这些建筑的使用，这就必须对这些建筑采取抗震加固。众多的加固技术方法主要是根据提高抗震能力和减少地震作用这两个出发点衍生出来的。基于提高结构抗震能力的加固技术原理就是增强结构的抗侧力，主要是对其中的抗侧力构件和体系进行加固，在加固过程中最重要的问题是在加固时要注重整体性，以防止由于局部加固过强导致结构的薄弱位置转移。提高抗震能力主要方法有：1)加强自身整体法；2)外包加固法；3)外加构件法；4)增强连接加固法；5)替换构件加固法。

结构反应随着地震作用的增大而增强，所以如果减小结构反应就必须降低地震作用。降低地震作用是变相的对结构加固，它提高了结构的抗震安全度保证其安全。减少地震作用的方法有：1)隔震加固法；2)消能减震加固法；3)结构被动控制下的减震加固方法。

1.2现有抗震加固注意事项

1)在对现有建筑加固时要加强其整体性，保证新旧结构在连接处也达到设计要求，新旧结构在连接处的承载能力和耐久性一般取决于粘结面的处理；2)建筑物在加固时往往与加层相结合，在施工时应当先加固然后再加层，在做加层处理时其地基的承载力必须考虑长期作用，同时还要对加层后的建筑整体性进行评估；3)对于既有建筑物加固的可行性分析和经济评估是抗震加固最为重要的一项工作，这项工作不仅关系到加固工作能否顺利进行，还关系到加固后建筑物的安全，所以在对建筑加固时这项工作要十分慎重。

2　工程实例

2.1工程概况

某办公大楼采用钢筋混凝土框架结构，原结构共有4层，其中1层层高4.2 m，其余层高为3.3 m，采用强度等级C25的混凝土，平面布置如图1所示。改建后加高一层为5层，建筑物所在地区的设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.1g,场地分类为Ⅱ类场地,设计地震分组为第一设计地震分组。

由于对柱子采取四角包钢的方法所以柱子刚度得到提高，其刚度计算方法如下：

其中，EC0,Ea分别为混凝土和加固钢材的弹性模量；IC0为原结构截面惯性矩；Aa为加固构件截面惯性矩；aa为受拉与受压两侧型钢截面形心间的距离。

碳纤维能有效约束混凝土的横向变形,提高混凝土的抗压强度和极限压应变，尤其是对核心混凝土强度的提高。本文采用碳纤维加固选取Lam and Tang(2002b)约束混凝土应力—应变曲线进行等效输入。

2.2结果对比

两种加固方法都有效提高了混凝土抗压强度，降低了轴压比，符合规范要求，达到了加固目标效果，但由于两种加固方法自身特点不同，导致一些加固效果也有所不同。

2.2.1多遇地震下计算结果

表1　加固前后结构周期、频率

由表1可知采用包钢加固方法对结构的周期产生较为明显变化，而采用碳纤维布包裹的方法对于结构的周期基本没有产生影响，因为采取四角包钢的方法增大了柱子的刚度，导致整个建筑的周期变短频率增大。

对加固前后构件弹性内力的变化及时程反应分析可知：在多遇地震下采用四角包钢的加固方法，会导致构件本身或其余构件的弹性内力发生改变，有可能导致加固后的内力突然增高，但是在进行截面抗力验算时是依据原结构进行弹性内力分析的，这有可能致使其弹性内力高于截面抗力。但是做碳纤维加固时，这种加固方法在提高构件承载力的同时对体系的弹性性能几乎没有影响。

采用外包钢的方法使建筑物的层间角大幅度的减小，同时此方法对于使底层层间角的减小最为明显，对其余楼层的减小变化不大。所以采用此方法存在一定隐患，可能使结构内力变化以及重分布，致使构件内力提高明显。而采用包裹碳纤维布的方法却没有显著变化。

2.2.2罕遇地震下计算结果

对于外包钢的方法，在罕遇地震作用下，地震波致使底层层间角和最大塑性层间角都得到相应的减小，但是顶层的绝对位移却有所提高。这种现象的发生说明在罕遇地震的作用下，采用外包钢的加固方法导致薄弱层发生转移，尤其是可能出现的部位不一定是刚度突变之处，也有可能是其他位置。

本文共采用了两种加固方法，这两种加固方法对结构整体周期的影响作用较为明显，其中采取包钢的方法明显改变了建筑的周期，使加固后的建筑物周期减小频率增加，这种周期的改变可能增强地震对建筑物的影响，甚至有可能产生共振作用，而采用包裹碳纤维布的加固方法仅仅是提高了建筑物的承载能力，对周期并未产生改变。采用碳纤维布的加固方法并没有对层间位移产生改变，所以柔性加固不适合改变层间位移的工程，但柔性加固对弹性性能没有改变，所以采用此种方法不需要再进行弹性性能验算。对于外包钢的加固方法，它会致使建筑整体结构在地震作用下的层间角都得到减小，能够达到预期效果，但此方法会致使局部构件刚度增大，导致构件的内力重分布，从而增大弹性内力，这在抗震加固时必须引起足够的重视。

采用何种加固方法与加固方案具有十分紧密的联系，在做抗震加固时不仅应将加固方法与加固方案紧密结合，同时必须考虑经济等其他因素以达到理想的加固效果。在对混凝土框架结构进行加固时应当避免“刚度软弱层”和“强度薄弱层”的出现，避免结构产生危险转移。

3　结语

对建筑物进行抗震加固是解决既有房屋抗震性能不足的一种重要手段，本文通过对一座框架结构办公楼采用了两种加固方法，来对建筑结构抗震加固进行说明。当今加固方法形式种类繁多，采用何种加固方法与实际加固情况密切相关。在加固时不仅要考虑加固方法是否与加固方案相匹配，还应考虑经济价值等诸多因素。

[1]罗开海，程绍革，白雪霜，等.屈曲约束耗能支撑力学性能分析[J].工程抗震与加固改造，2007(4)：62-63.

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[3]王华琪，丁洁民，何志军，等.防屈曲支撑框架结构的应用研究[A].第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C].2005.

Study on seismic reinforcement design of architectural structure

Li Limei

(HebeiJianweiEngineeringDesignConsultingCo.,Ltd,Shijiazhuang050000,China)

The paper introduces existing seismic reinforcement methods and architectural reinforcement matters. Taking the office building as an example, applying two kinds of reinforcement methods, it studies the seismic reinforcement design of architectural structure, with a view to select rational and effective seismic reinforcement method and to reduce loss owning to the earthquake.

seismic reinforcement, architectural structure, reinforcement method, earthquake

1009-6825(2016)08-0057-02

2016-01-06

李丽梅(1967- )，女，工程师

TU352

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