浅谈建筑结构抗震设计与加固补强

梁旭（广东诚实建设工程设计有限公司,广东梅州514000）

2008年汶川大地震已经过去十多年，我国工程同仁一直致力于提高建筑结构的抗震能力，向抗震设计水平较高的发达国家学习，进行不断尝试，取得长足进步，但仍有诸多不足。

1 建筑结构抗震设计的重要性

《建筑抗震设计规范GB2011-2010（2016年版）》已于2016年8月1日正式实施，本次修订进一步提高了部分行政区域的抗震设防烈度。在国民经济水平不断提高的大背景下，本次规范的修订及实施，凸显相关职能部门对建筑结构抗震设计的关心与关注。

我国处在世界两个最活跃的地震带上，东濒临环太平洋地震带，西部和西南部为阿尔卑斯—喜马拉雅地震带，是世界上多地震的国家之一。根据地震史料记载，我国所有省份均曾发生过5级与5级以上地震。其中除了浙江、贵州两省外，全国各省都有6级以上地震发生。建筑结构在设计时如未考虑抗震或不重视抗震设计，将给人民群众的生命健康和财产损失带来灾难性的后果。

2 建筑结构抗震设计中遇到的核心问题

2.1 重视前期结构方案设计

一些设计单位和业主不重视结构方案设计，只会盲目要求建筑外观好看，标新立异。由于设计周期较短具有普遍性，为了节省时间，往往出现建筑方案设计脱离结构方案设计的情况。建筑设计师对结构平面、立面、特殊结构的把握不如结构设计师，会出现很多完全可以避免的结构不规则情况，对抗震不利。

建筑设计与结构设计是相辅相成，互为骨肉，有我有你的。一个好的建筑，一个满足抗震设计要求的建筑，离不开初始结构平面、结构立面及内部柱网主梁的布置。如果一个在方案上有抗震先天缺陷的建筑方案，后期的抗震措施就要花几倍的成本去处理，也未必能取得好的效果。

2.2 注意结构体系的选用

结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经过技术、经济和使用条件综合比较确定。

结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；应具备必要的抗震承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

2.3 选取合理的结构平面和立面

平面不规则，分为扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续；竖向不规则，又分为侧向刚度不连续、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。我们在结构方案布置时，尽量避免出现上述六种平立面不规则情况。如果发现建筑有特殊要求，不得不采用不规则平立面，需要进行专门研究和论证，采取特别加强措施。

2.4 将抗震概念设计贯穿设计全过程

结构抗震设计，不仅仅是科学，也是门艺术。建筑抗震理论，远未达到十分科学严密的水平，单靠简单软件建模，不能完全真实反映实际工程情况，理论计算很难考虑周全。应该增设多道抗震防线，保证建筑物具有足够的抗震能力[1]。

概念设计不是凭空产生的。首先要深刻理解各种结构的工作原理与力学性质，熟悉各类结构的设计原则；深刻理解各个结构在地震作用中扮演的角色，把握结构构件主次关系；通过内力调整，控制破坏先后顺序，提高关键抗震构件的延性和冗余度，哪怕遇上地震来袭，也要达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。

2.5 不得忽视结构材料与施工的要求

抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。

砌体结构中，普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，砌筑砂浆强度等级不应低于M5；混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5。混凝土结构中，混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20；抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段)，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。钢结构中，钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

3 既有建筑结构抗震能力的鉴定

既有结构延长使用年限、改变用途、改建、扩建或需要进行加固、修复等，均应对其进行评定、验算或重新设计。对可靠性不足或业主要求提高可靠度的承重结构、构件及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施，使其具有现行设计规范及业主所要求的安全性、耐久性和适用性。

3.1 建筑结构勘测

混凝土结构经可靠性鉴定确认需要加固时，应根据鉴定结论和委托方提出的要求，按《混凝土结构加固设计规范》和业主的要求进行加固设计。加固设计的范围，可按整幢建筑物或其中某独立区段确定，也可按指定的结构、构件或连接确定，但均应考虑该结构的整体牢固性。

在对建筑抗震能力进行正式鉴定之前，需要检测鉴定人员了解工程情况，熟悉建筑结构图纸，并了解房屋建筑内部的节点连接、支撑构造情况。深入现场，实测现场数据，核对与原有设计图纸的出入，并做好相应记录。另外，检测鉴定人员在开展现场勘测时，必须保证监测全流程的真实性，以此来保证勘测结果的准确性。

3.2 分析现有建筑结构的抗震能力

在完成建筑结构勘测工作后，应按实测数据，进行软件建模计算。按实际功能需求，最新规范标准录入模型并计算，查验不满足现行规范抗震要求的结构构件。找出整栋建筑的抗震薄弱部位，把查验出来的问题，分为“应及时加固补强”和“宜加固补强”两类。做出相应方案和概算后，提供给业主比选参考。

4 现有建筑结构加固设计研究

4.1 加固设计内容分析

为了尽可能提高加固补强效果，需要具有针对性地开展加固设计工作，对比各种加固方案的经济性和适用性。在加固设计过程中，应该坚决贯彻预防为主的加固设计原则，尽量把静定结构做成超静定结构，提高房屋建筑在地震灾害出现时抵抗能力的冗余度，保证房屋建筑结构能够抵御地震对建筑构件造成的损害。

4.2 加固设计的注意事项

结构加固用的混凝土，其强度等级要比原结构、构件提高一级，且不得低于C30，不仅是为了保证新旧混凝土界面，以及新混凝土与新加钢筋或其他加固材料之间，能有足够的粘结强度，还因为局部新增的混凝土体积一般较小，浇筑空间有限，施工条件远不及全构件新浇的混凝土。调查和试验表明，在小空间模板内浇筑的混凝土均匀性较差，其现场取芯确定的混凝土强度，可能要比正常浇筑的混凝土低10%以上，故有必要适当提高其强度等级。

对高温、高湿、低温、冻融、化学腐蚀、振动、收缩应力、温度应力、地基不均匀沉降等影响因素引起的原结构损坏，应在加固设计中提出有效的防治对策，并按设计规定的顺序进行治理和加固。

混凝土结构的加固设计，应综合考虑其技术经济效果，避免不必要的拆除或更换。在面对地震灾害较为严重的区域时，还应该通过额外加设防震构件的方式，提高建筑结构的抗震能力。在开展加固设计的过程中，应该重视可行性分析，因为现有建筑结构本身便具有一定的抗震能力，所以需要在保留原有抗震性的基础之上额外进行加固，若加固设计不规范，还有可能导致建筑物承受二次损伤[2]。

5 结语

总而言之，现有建筑结构的抗震设计与加固设计的重要性毋庸置疑，重视结构抗震设计，认真做好加固补强设计，能够有效提高建筑结构质量，增强房屋建筑的安全性。期待全社会更多人，了解建筑结构抗震设计与加固设计的重要性，给予更多的关注度，大家共同努力，一定会把我国房屋结构抗震水平推向一个新的高度。