1、建筑结构抗震加固方法及发展趋势摘要：我国是个地震灾害多发的国家,一次大地震往往造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此如何加强现有建筑结构的抗震能力，进行抗震加固是非常重要的。从唐山大地震以来,在国家建设主管部门的领导下,我国的抗震加固工作取得了巨大成就,抗震加固确是保证生产发展和人民生命安全积极而有效的措施。本文讨论了我国建筑结构抗震加固的发展过程，分别对建筑结构的传统和新型抗震加固方法进行了简要论述，指出了建筑结构抗震加固中存在的主要问题，并简述了建筑结构抗震加固可能的发展方向趋势。 关键字：抗震加固；传统加固；新型加固；发展趋势 中图分类号：TU7 文献标识码：A 1. 引言 我国是个多地震的
2、国家，绝大多数省份都发生过 6 级以上的地震，2008 年在四川汶川发生的“512”大地震更是造成了大量人员伤亡和财产损失。历次地震经验教训让我们有所反思, 如何对现有不满足抗震要求的房屋进行抗震加固,保证结构安全,让今后的地震给我们造成的损失降到最小？是我们结构工程师所要考虑的一个重要问题。 抗震加固是对未进行抗震设防或已进行抗震设防但未达到抗震设防标准的建筑物,进行结构补强和提高其抗震力的措施。抗震加固可以极大地减小建筑物的破坏,从而减少人员伤亡和财产损失。 2.我国建筑抗震加固发展过程 我国抗震加固的研究工作始于唐山地震后，开始在全国范围内进行建筑结构的抗震加固工作，并进行了大量的试验研
3、究。我国建筑抗震加固的发展过程可分为三个阶段： 第一阶段,大致由 1966 年邢台地震开始到 1976 年唐山地震,是抗震加固的试点起步阶段。探索了抗震加固的基本技术和管理方法,在实践中证明了抗震加固的必要性和有效性。 第二阶段,自 1976 年唐山大地震后至 1989 年基于概率可靠度理论的国家标准 GBJ 11-89建筑抗震设计规范正式发布是抗震加固蓬勃发展阶段。建立了抗震加固的基本管理体制 ,在国家的统一安排下,7 度及以上抗震设防地区完成了一批现有建筑加固。在这个阶段,抗震加固提出了提高强度、提高变形能力和加强整体性的三种目标,以外加圈梁、构造柱、夹板墙和钢构套为基本手段,形成了增强自
4、身法、外加构件法和替换法等基本加固方法。 第三阶段,大致由 GBJ11-89建筑抗震设计规范开始执行起,是抗震加固综合发展阶段。这个阶段的特点是:抗震加固的要求扩大到 6 度设防区,制定了与 GBJ 11-89 设计规范配套的加固的技术标准,强调建筑结构抗震能力的综合分析开发, 并将抗震鉴定、加固与建筑功能改造紧密地结合在一起。此阶段不断有新技术、新材料应用于结构抗震加固中,如隔震加固和消能减震加固技术等。 3.抗震加固的必要性 根据国际上和国内的成功经验, 在地震发生之前对现有的结构物进行抗震加固可以提高现有结构的使用寿命和抗震能力, 保障人民生命安全和国家财产免受损失,从而最大限度的减少地
5、震造成的损失。汶川地震后, 广大工程技术人员提出“对已建重要建筑物实施可行的加固是抵御地震灾害、延长建筑物使用寿命的有效措施，可极大限度的减少强烈地震造成人员伤亡及财产损失”的呼吁, 充分表明了我国建筑结构抗震加固的严重性和迫切性。 国外对既有建筑的抗震加固十分重视,已建立了较为完善的标准法规。在我国,既有建筑的抗震加固任务变得日益迫切 4.建筑结构抗震加固方法 建筑结构抗震加固方法随着经济水平、技术水平和人们观念的发展而发展,以往的抗震加固是以结构的安全性为重点。进入 90 年代以来,随着我国经济实力的增强,抗震加固新技术(如消能减震) 、新材料(如碳纤维、结构胶) 以及新工艺(如钻孔、植筋
6、) 的出现,从而使抗震加固的手段愈来愈多。此外，抗震加固工作往往结合城区的改造规划、建筑功能的更新改造来进行,人们不仅重视结构的安全性和适用性,更希望对原有建筑风貌得以完整地保留,这对于具有重大纪念意义、城市标志性建筑的抗震加固中显得尤为重要。 41 传统抗震加固方法 针对不同的结构类型，有不同的抗震加固方法。常用的传统抗震加固方法有以下几种： 4.1.1 钢筋混凝土结构抗震加固方法 对钢筋混凝土结构的抗震加固，主要有以下几种加固方法： （1）加大截面法。又称外包混凝土加固法，即通过在原混凝土构件外，叠浇新的钢筋混凝土，增大结构构件截面面积及配筋，达到结构抗震加固的目的。 （2）改变受力体系加
7、固法。通过增加结构抗侧力构件，如混凝土抗震墙、钢支撑等，改变在地震作用下结构的受力方式，将地震作用的绝大部分，转由新增抗震墙和钢支撑承担，使原有构件的承载力满足抗震要求，由此达到对原结构的抗震加固的目的。 （3）粘钢加固法。是指用粘结剂（结构胶）把薄钢板粘贴在混凝土构件的表面，使钢板与混凝土协同工作，提高构件承载力、抗裂性、延性,从而提高构件抗震性能的一种抗震加固方法。 （4）粘碳纤维加固法。采用粘结材料将碳纤维片材粘贴于构件表面,从而达到对结构构件进行抗震加固的目的。 4.1.2 砖混结构加固方法 砖混结构在我国建筑工程中,特别是在住宅、办公楼、学校、医院、商店等建筑中获得了广泛应用。由于砌
8、体结构材料的脆性性质,其抗剪、抗拉和抗弯强度低,在国内外历次强烈地震中,砌体结构破坏是相当严重的。砖混结构房屋的抗震加固一般分为外加固法和内加固法。 （1）外加固法 外加固法是在砖柱的四周（或砖墙的两侧）包以型钢（或钢板） ，横向网缀板将钢构件链接起整体。 (2) 内加固法 内加固法基本原理同外加固法，也需要增设构造柱，圈梁及拉杆，必要时，如原有抗震墙体间距过大，需加设抗震墙体。 4.1.3 其它结构类型的抗震加固方法 该类方法主要有针对钢结构、木结构和其它钢筋混凝土结构类型的方法,这类结构型式在抗震加固实践中较少,加固方法也较少。 42 新型抗震加固方法 近些年来，在结构抗震加固领域中涌现了
9、一些新型抗震加固方法。 4.2.1 隔震加固法 该法是隔震技术在抗震加固领域中的应用,通过隔震层的设置将地震变形集中到隔震层上,从而起到减小原结构地震反应的目的。目前较多的做法是基础隔震，即在上部结构和基础之间设置隔震装置，阻隔地震能量向上部结构传递，从而减少结构地震反应。如美国对盐湖城大厦、洛杉矶政府大楼等几十栋建筑就是采用此法进行了抗震加固；日本对一些办公楼、机场等大型公共建筑也是采用此方法进行了抗震加固,效果十分明显。 4.2.2 消能减震加固法 消能减震加固法的原理是在结构抗侧力构件中设置消能部件或阻尼器,通过其局部变形提供附加阻尼以耗散或吸收由地震输入结构中的能量,减少主体结构地震反
10、应，从而避免结构产生破坏或倒塌。消能减震技术主要用于大型公共建筑的抗震加固,该加固方法的关键是消能减震装置的选择及布置。目前,消能减震装置的种类很多,有：摩擦性耗能器；钢弹塑性耗能器；铅积压阻尼器；粘弹性阻尼器；粘滞阻尼器等,应用较多的是粘滞阻尼器。 5.建筑结构抗震加固中存在的主要问题 虽然目前建筑结构的抗震加固已经有不错的发展，也涌现出很多新型的抗震加固方法，但在建筑结构抗震加固中仍然存在以下一些问题: (1)由于现有旧房很多都存在改造问题，建筑结构的抗震加固不仅是要考虑结构安全，还要求扩大使用面积，改善使用功能，并保持或美化建筑物的外观造型因此抗震加固时要首先区分是以加固为主适当改造，还
11、是以改造为主同时加固,并区别对待。 (2)加固的抗震设防目标和设防水准，应按安全、经济、合理的要求，结合设计工作寿命期进行协调，不能等同于新建建筑结构的抗震设防目标和设防水准。 (3)采用灵活的抗震加固手段，实现改造及加固要求。 (4)应充分利用成熟的新技术，如粘钢加固、钢筋化学锚固、高效压力灌浆等技术，有条件时还可经过必要的试验研究，运用消能减震和隔震技术 6.建筑结构抗震加固技术的发展趋势 6.1 性能结构抗震加固设计理论 性能结构抗震加固设计(performance-based seismic design) ,也称为基于功能的结构抗震设计、性态抗震设计等,其基本思想是基于投资效益的准则
12、和强调结构“个性”的设计,以结构抗震性能分析为基础的设计方法。随着经济建设的发展,建筑类型的多样化,性能结构抗震加固设计已成为必然的发展趋势,目前强调“共性”,各类建筑大致一样的抗震设防标准的设计方法,必将让位于强调“个性”,各个建筑不同的设防标准的性能结构抗震加固设计。新建建筑如此,既有建筑的抗震加固也不例外,而且随使用功能的变更,其要求将很迫切,这为性能结构抗震加固设计在抗震加固领域的应用创造了良好的条件。 6.2 结构减震控制技术 结构减震控制体系则是通过调整结构动力特性的途径,大大减小了建筑结构在地震中的振动反应,从而保护结构以及结构内部的设备、仪器、管线和装饰物等不受损坏。这是一种采
13、用新概念、新机理的新建筑结构抗震加固技术方法。在很多情况下,它比传统抗震加固方法更加有效、合理和经济,为建筑结构的抗震防护、减振抗风提供了一条崭新的途径。尽管该技术仍处于不断发展和完善的阶段,但到目前为止,该技术在美国、日本、新西兰及我国等许多国家已被应用在多项新建和抗震加固工程上,有些已经受到了实际地震的考验,表现良好,技术和经济效益非常显著,具有良好的发展前景。 7.结语 在 512 汶川大地震之后,许多重要地区、重要建筑都进行了抗震加固。根据资料,在近几年内发生的地震中,进行抗震加固后的建筑已经经受了考验,证明抗震加固确实是积极有效的措施。随着抗震加固知识的不断完善和国民经济的不断发展，
14、对现有建筑物的抗震加固方法越来越多，抗震加固方法已从传统的方法不断趋向新型多样化，抗震加固工作任重而道远,需不断的探索和总结,以保证建筑结构的抗震安全。 参考文献： 1 胡聿贤.地震工程学.北京：地震出版社，2006.1 2 张敬书.我国抗震鉴定和加固技术的发展J. 工程抗震与加固改造,2004.10 3 薛彦涛,范苏榕. 传统抗震加固技术与抗震加固新技术的介绍J.抗震设防工程设计专栏，2006 4 梁朝业. 钢筋混凝土结构抗震加固技术综述J. 湖南城市学院学报(自然科学版)，2008 5 张照福,高冬芹. 建筑抗震鉴定加固的历史现状和展望J. 工程抗震与加固改造，2007.12 6 张敬书,潘宝玉. 现行抗震加固方法及发展趋势J. 工程抗震与加固改造,2005.2 7 田华. 浅谈建筑抗震鉴定加固J. 山西建筑，2008,7 8 程绍革,任卫教. 钢筋混凝土框架结构抗震加固方法综述J. 建筑科学，2009.4
