鋼筋混凝土結構抗震加固淺析

康凌

摘 要：隨著近年地震的頻繁發生，各地建筑物受到了或輕或重的損壞，抗震加固成為研究的重點。在這種情況下，國家制定了新的抗震加固規范和建議。在震區的多層框架結構由于當地抗震烈度的提高同樣需要進行加固。該文就鋼筋混凝土結構的抗震加固進行了探討，首先分析了抗震加固的研究背景和地震知識的相關理論，包括地震的類型，成因和強度等。其次討論了鋼筋混凝土抗震加固的原則，論述了目前常用的鋼筋混凝土結構加固方法，給出了各種方法的特點和適用范圍以及抗震加固時應考慮的若干問題，最后提出了加固方法將來可能發展的方向。

關鍵詞：鋼筋混凝土 結構抗震 抗震鑒定 加固方法

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0131-02

當前，世界多地區地震頻發，對建筑物都造成了程度不同的損害，給人民的生命財產安全帶來了諸多危險。為減少地震帶來的傷害，加大建筑物抵御地震的強度，需要在建造建筑物時，加大抗震性能，確保建筑物在受到地震的損害時能夠盡最大程度減小對人的傷害。因此，研究抗震技術、探究抗震方法，強化對建筑物抗震理論的研究，有助于豐富抗震性能的技術發展。

1 研究背景

建筑抗震設計主要是由于地球地震的發生及其所帶來的損失。地震主要源于地殼結構的變化或者運動而引起的地殼巖層的破裂。發生地震后便從震源開始向周圍傳播振動波，振動波傳到地面便對地面物體產生影響，即形成地面運動。比如，房屋的倒塌、山體滑坡、地陷等等都可能成為地震的后果。地震所產生的后果在學術上也被稱作為地震反應。

正是因為我國擁有廣大的國土面積，并且我國正處在地球三大地震帶中環太平洋地震帶、歐亞地震帶兩地帶之間的范圍較廣，在印度板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊的相互擠壓下，導致我國地震頻發，國土面積中60%的領域會受到地震的潛在威脅60%[1]，給人民的生命財產安全帶來較大的挑戰。根據有關地震研究機構的統計，針對全世界150多次大地震的分析，約有90%的人員傷亡和財產損失是由建筑物倒塌導致的，建筑物的抗震級別、建筑質量直接影響著地震對建筑物的損害程度[2]。因此，加固建筑物的抗震性能，提高建筑物的質量，是有效應對地震損害的重要舉措，對當前建筑質量較差、屬于危房等的房屋驚醒抗震鑒定和加固是亟需進行的一項重要二急迫的任務 [3]。

2 地震基本理論

2.1 地震的類型與成因

從地震原因來分析，地震可以劃分為五種：第一，人工地震。人工地震主要是由于人類活動而產生的地震現象，比如地下發生的核爆炸、工業爆破等等所引起的地面震動，越來越多的研究證明也興修水庫、開采油氣等也有可能誘發地震。第二，誘發地震。誘發地震主要是因為油田注水和水庫儲水等因素而導致的地震，誘發地震基本上在油田或者水庫等區域發生。第三，塌陷地震。塌陷地震主要是由于礦井發生塌陷或者地下溶洞出現陷落而導致的地震。塌陷地震發生的次數少，規模小，所產生的影響或者損失也小。第四，火山地震。火山地震主要是因為火山的爆發而導致的地震，比如氣體爆炸和巖漿噴沖所產生的地震，火山地震一般情況下發生在火山活動區域。

2.2 地震的強度

在地震發生后，地震測量成為相關工作者的重要工作，地震測量主要是對地震進行評級，判斷地震發生的強度。地震強度主要是通過震級進行衡量，地震震級主要是表現其強度的等級，一般利用M符號來標示。地震震級的高低與其所釋放出來的能量多少有關，通過地震震級以體現地震的規模。同時每次地震的發生只能有一個地震震級指標。目前世界上常用的地震震級為里氏震級，里氏震級主要是指在鎮中一百千米的位置所存在的地震儀所記錄的振幅常用對數，振幅以A表示，它表示震動所產生的地動最大位移水平，其單位往往用m表示[4]。震級的計算公式表示為：

（1）

例如，不久前在我國新疆和田地區于田縣發生了里氏7.6級的地震，幸好沒有造成較大的人員傷害。

地震發生后所產生的后果，即地震烈度。地震烈度主要是地震發生后，某地區建筑物及其他地面物體所遭受的影響程度，一般以I來表示。I的確定主要是根據人們對地震的感覺或者地面物品如家具發生振動的情況，以及建筑物所發生的破壞程度而綜合確定。目前，在我國所使用的地震烈度分為12級，每次地震的發生只能產生一個震級，可所產生的地震烈度卻有許多個。再者，地震烈度的大小主要跟某地和地震震中的距離有關，跟震中距離越遠，其地震烈度將越小，跟震中的距離越近，其所產生的地震烈度則越大。地震中心區域的地震烈度最大，即震中烈度。在探討地震烈度中，還有一個概念叫地震基本烈度，地震基本烈度主要是指某地一般情況下在未來某時期內可能遇到的最大的地震烈度。由于每個地區的地質條件、歷史地震狀況、地形條件等不同，它們的基本地震烈度也將有所不同。

3 鋼筋混凝土結構抗震加固綜述

3.1 建筑物加固改造的目的

地震對建筑物造成損害的主要原因就在于建筑物的安全性較差、建筑質量不高、抗震性能較差。因此，對建筑物的可靠性進行檢測，確定其能否抵御地震的損害，對抗震性能較差的建筑物進行加固，提高其抗震性能，有助于保護人民群眾的生命財產安全。自20世紀50年代以來，政府有關部門就組織對抗震性能較差的房屋進行了加固，近幾十年來，國內有許多建筑物得到加工加固的實例也是不勝枚舉，積累了豐富了實踐經驗[5-7]。許多學者也發表了大量文獻資料.對于如何加固房屋的結構、如何處理房屋構件的損壞等都提出了很多有益的技術，對于進一步推進防震技能都起到了非常大的作用。一般說來，對建筑物進行補強加固主要目的在于：（1）提高建筑物結構、構件的強度；（2）提高建筑物結構、構件的穩定性；（3）提高建筑物結構、構件的剛度；（4）提高建筑物結構、構件的耐久性。由于房屋的結構、構件的破損程度不同，補強加固的要求和目的也不甚相同。因此，在對建筑物進行加固時，應當有針對性的采取不同的加固技術、使用不同的加固方法及措施，有針對性加固這些房屋的堅固性，才能提高房屋的抗震性能。endprint

3.2 鋼筋混凝土抗震加固原則

所謂抗震加固，實質上就是指，通過改善建筑物結構的構件、結構受力等途徑，加固建筑物構件的堅固性，以提高結構的抗震能力，從而最大程度的減小地震對建筑物結構的破壞.其抗震加固原則如下：

（1）總體效應原則。即在制定建筑物的加固方案時，應從整體上考慮整個建筑的加固效果，應避免出現局部構件加強而整體抗力下降的現象，這樣的統籌規劃有助于實現建筑物整體性抗震性能的最優化。（2）構件加固與結構體系加固的原則。當某些構件不滿足安全度要求時必須進行加固，但結構體系的加固往往會被忽視.例如個別構件加固后引起剛度和強度分布情況的變化，應從整個結構體系安全的角度來考慮.另外結構構件之間的連接的加固對結構整體性的影響也是很大的[8]。（3）局部加固與整體加固的原則。當對個別構件加固后不影響整個結構體系的受力性能時，可以進行局部加固，例如設備爆炸引起個別梁板的破壞，這時只要將受破壞的梁板加固到原有抗力就可以。當結構整體不滿足要求時，例如當結構在地震作用下的側向變形不滿足要求時，宜對結構整體進行加固[9]。（4）臨時性加固與永久性加固的原則。臨時加固的要求可降低一些，主要采取一些臨時措施防止建筑物在短時間內能夠實現理想的抗震效果。而永久性加固的要求應高一些，需要從整體和部分對建筑物的構件進行加固。

3.3 建筑物抗震加固的程序

關于建筑物的抗震加固，其有著一定的程序，主要表示在以下幾個步驟：

首先，按照當前的負荷要求、建筑物工程的現狀、建筑物的設計圖紙，在《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）的原則下，對現在已經存在的建筑物的抗震強度進行鑒定，對這些建筑物中所出現的不符合要求和現行規范的進行登記和改進指導。其實在鑒定過程中，一般涉及到兩個方面的內容，第一，建筑物的整體結構滿足沒滿足以上規范中的抗震要求，這主要涉及到建筑的結構方案、設防烈度等是否跟目前的規范相符。第二，建筑物中單個的構建滿足沒滿足以上規范中的抗震要求，對這些構建的檢測主要是通過水準儀、經緯儀、拔出儀、點荷儀、萬向取芯機、原位軸壓儀、裂縫顯微鏡、回彈儀、超聲儀等儀器進行檢測，對建筑物構建的卻像和抗震強度進行評價，從而判斷其性能。在對建筑物的抗震強度進行鑒定之后，根據鑒定結果設計出合理科學的加固方案[10]。其次，對已確定的加固方案，做進一步的細化。實地考察建筑物的整體抗震性能以及各部分損壞程度，繪制施工圖紙，并對施工工藝、施工方法、施工用料、施工注意事項等提出具體的要求。盡量避免損傷原構件，以防止加固過程中對原有結構造成新的破壞[11]。最后，根據已繪制好的圖紙、已準備好的建筑材料進行施工。施工要嚴格根據抗震加固的方案進行，根據圖紙嚴格施工中用料控制，保證施工的整個進程在根據圖紙要求的同時，又根據建筑物的實際情況進行必要的調整，適時修改加固的方案，完善加固的技術設計，保證建筑物的抗震效果能夠達到需要。

3.4 鋼筋混凝土抗震加固技術

3.4.1 傳統抗震加固技術

（1）增大截面法，又稱外包混凝土加固法，通過在原混凝土構件外，疊澆新的鋼筋混凝土，增大結構構件截面面積及配筋，達到提高結構的承載力和剛度的目的；加大截面法適用于混凝土柱、板、梁等結構構件。這樣有助于擴大地震震動時力的承受面積，最大程度的減少震動對建筑物的損害。

（2）外包鋼加固法，是在加固構件四周包以角鋼，從而提高構件承載力的一種加固方法，分干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。干式外包法，是指角鋼直接包于被加固構件的四周，或雖然填塞有水泥砂漿，但不能保證結合面有效地傳遞剪力；濕式外包法，是指在角鋼和被加固構件之間留有一定的間隙，間隙用乳膠水泥砂漿或注入結構膠填實。該方法可以在幾乎不改變構件截面尺寸的情況下顯著提高構件的承載力、增大延性和剛度。外包鋼加固法適用于混凝土柱、梁等。

（3）調整受力體系的建筑物加固技術，其主要是利用鋼支撐、混凝土抗震墻等抗側力構件將發生地震時建筑物結構所形成的受力結構進行改變，目的是將地震發生后的大部分作用力轉移到鋼支撐或者抗震墻上，使建筑物原構件承受非常小的地震沖擊力，以達到加固的目的 [13]。

（4）粘鋼加固技術。粘鋼加固技術主要是指通過結構膠或者粘結劑在混凝土結構的表明粘貼薄鋼板，從而讓混凝土跟鋼板一起發揮作用，共同承受地震沖擊力。這種加固技術一般應用于抗剪和抗彎承載力結構的加固。

（5）其他加固技術。其他加固技術主要有剪力墻技術和增設支撐體系技術等等，主要是使整個建筑結構變得更加具有剛度，以增強其抗震強度。

3.4.2 抗震加固新技術

抗震加固技術主要包括以下三種：

第一，基礎隔震技術。基礎隔震技術主要是指在建筑基礎和建筑上部結構間安裝系統的隔震裝置，從而對地震所釋放的能量進行阻隔，防止其向上傳遞，以預防對建筑上部結構造成損壞。基礎隔震技術的具體執行主要表現在混合隔震技術、支撐式擺動隔震技術、滾軸和滾珠隔震技術、摩擦滑移隔震技術、疊層橡膠墊隔震技術等。目前，基礎隔震技術在世界建筑中被廣泛應用，其中美國加利福尼亞的著名建筑物“奧克蘭市政大廳”在1989年舊金山7級地震嚴重受損后采取了基礎隔震技術對其進行加固，到現在都矗立不倒。

第二，消能減震技術。消能減震技術主要是指在建筑物結構上設計許多阻尼器，利用阻尼器將地震所釋放出來的巨大能量進行消耗，從而減少這些能量對建筑上部結構的沖擊，以防止對建筑物產生破壞。消能減震技術中比較常用的阻尼器主要有：黏滯液體阻尼器、黏彈性阻尼器、摩擦阻尼器、金屬屈服阻尼器等等。效能減震技術在世界上也是一種應用比較廣泛的技術，相對于基礎隔震技術具有一定的優勢，主要表現為：技術執行過程中基本上是無濕作業，對建筑的正常使用不產生任何影響；確保了建筑物的原貌，實現了抗震水平提高和使用功能改善的雙重目標 。endprint

第三，高強聚合物砂漿+高強不銹鋼絞線加固技術，此技術是最近幾年來新發展出來的建筑物加固抗震技術。其主要是通過之前編制好的不銹鋼絞線進行張緊，用膨脹螺栓固定在被加固的混凝土構件表面，然后抹20～40 mm厚高強聚合物砂漿。其原理是通過高強聚合物砂漿與被加固構件混凝土面的黏合力，將被加固構件所受到的外荷載作用力，傳給高強不銹鋼絞線承擔。此技術具有耐火和不生銹、超強度的優點，因此，在世界上開始被許多建筑設計師所青睞。其將來一定會被廣泛應用于建筑建設之中。

4 結語

總而言之，該文結合如何加強剛接混凝土結構的抗震級別，分析了鋼筋混凝土結構中進行抗震加固的基本原則，而且對日常常用的鋼筋混凝土加固方法進行了簡單的介紹，并探討了抗震加固的特點以及需要注意的問題，為鋼筋混凝土結構的抗震加固提出些許建議。可以說，當前隨著地震的頻發，我國正面臨著嚴峻的抗震形式問題，據國家地震部局的分析顯示，自2006年至2020年，我國大陸地區發生10次左右7級以上地震的可能性極大；其中，東部6級、西部7級的地震危險區共計有27個，覆蓋著全國22個省、市。毫不夸張的說，我國多省市都面臨著較為嚴峻的抗震形勢問題，人民的生命財產面臨著較大的安全隱患，多次地震的結果也表明，抗震性能較差的如果房屋、工程設施和設備，地震后必將對這些建筑物造成巨大的損害。當前，隨著國民經濟的發展，人們防震意識的增強，對建筑物防震性能增強的研究越來越多，防震的技術方法也是不斷提高，對于抗震性能增強的方法已由傳統的方法更新為日益現代化的抗震方法。鋼筋混凝土結構抗震加固技術的應用對于提高建筑物的質量、保證建筑物免受地震的損害大有裨益。鋼筋混凝土結構抗震技術避免了傳統抗震結構中“硬碰硬”的設計方法，其技術更為簡單、減震的機理更加明確、抗震的效果更好，更有助于保證建筑物的安全。我們有理由相信鋼筋混凝土結構抗震技術的研究也會越來越多，該技術的應用將會更加成熟。

參考文獻

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[12] 朱伯龍，陸洲導，誤虎南.房屋結構災害檢測與加固[M].上海：同濟大學出版社，1995.

[13] 薛彥濤，范蘇榕.傳統抗震加固技術與抗震加固新技術的介紹[J].工程建設與設計，2006，38（8）.endprint

第三，高強聚合物砂漿+高強不銹鋼絞線加固技術，此技術是最近幾年來新發展出來的建筑物加固抗震技術。其主要是通過之前編制好的不銹鋼絞線進行張緊，用膨脹螺栓固定在被加固的混凝土構件表面，然后抹20～40 mm厚高強聚合物砂漿。其原理是通過高強聚合物砂漿與被加固構件混凝土面的黏合力，將被加固構件所受到的外荷載作用力，傳給高強不銹鋼絞線承擔。此技術具有耐火和不生銹、超強度的優點，因此，在世界上開始被許多建筑設計師所青睞。其將來一定會被廣泛應用于建筑建設之中。

4 結語

總而言之，該文結合如何加強剛接混凝土結構的抗震級別，分析了鋼筋混凝土結構中進行抗震加固的基本原則，而且對日常常用的鋼筋混凝土加固方法進行了簡單的介紹，并探討了抗震加固的特點以及需要注意的問題，為鋼筋混凝土結構的抗震加固提出些許建議。可以說，當前隨著地震的頻發，我國正面臨著嚴峻的抗震形式問題，據國家地震部局的分析顯示，自2006年至2020年，我國大陸地區發生10次左右7級以上地震的可能性極大；其中，東部6級、西部7級的地震危險區共計有27個，覆蓋著全國22個省、市。毫不夸張的說，我國多省市都面臨著較為嚴峻的抗震形勢問題，人民的生命財產面臨著較大的安全隱患，多次地震的結果也表明，抗震性能較差的如果房屋、工程設施和設備，地震后必將對這些建筑物造成巨大的損害。當前，隨著國民經濟的發展，人們防震意識的增強，對建筑物防震性能增強的研究越來越多，防震的技術方法也是不斷提高，對于抗震性能增強的方法已由傳統的方法更新為日益現代化的抗震方法。鋼筋混凝土結構抗震加固技術的應用對于提高建筑物的質量、保證建筑物免受地震的損害大有裨益。鋼筋混凝土結構抗震技術避免了傳統抗震結構中“硬碰硬”的設計方法，其技術更為簡單、減震的機理更加明確、抗震的效果更好，更有助于保證建筑物的安全。我們有理由相信鋼筋混凝土結構抗震技術的研究也會越來越多，該技術的應用將會更加成熟。

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[13] 薛彥濤，范蘇榕.傳統抗震加固技術與抗震加固新技術的介紹[J].工程建設與設計，2006，38（8）.endprint

第三，高強聚合物砂漿+高強不銹鋼絞線加固技術，此技術是最近幾年來新發展出來的建筑物加固抗震技術。其主要是通過之前編制好的不銹鋼絞線進行張緊，用膨脹螺栓固定在被加固的混凝土構件表面，然后抹20～40 mm厚高強聚合物砂漿。其原理是通過高強聚合物砂漿與被加固構件混凝土面的黏合力，將被加固構件所受到的外荷載作用力，傳給高強不銹鋼絞線承擔。此技術具有耐火和不生銹、超強度的優點，因此，在世界上開始被許多建筑設計師所青睞。其將來一定會被廣泛應用于建筑建設之中。

4 結語

總而言之，該文結合如何加強剛接混凝土結構的抗震級別，分析了鋼筋混凝土結構中進行抗震加固的基本原則，而且對日常常用的鋼筋混凝土加固方法進行了簡單的介紹，并探討了抗震加固的特點以及需要注意的問題，為鋼筋混凝土結構的抗震加固提出些許建議。可以說，當前隨著地震的頻發，我國正面臨著嚴峻的抗震形式問題，據國家地震部局的分析顯示，自2006年至2020年，我國大陸地區發生10次左右7級以上地震的可能性極大；其中，東部6級、西部7級的地震危險區共計有27個，覆蓋著全國22個省、市。毫不夸張的說，我國多省市都面臨著較為嚴峻的抗震形勢問題，人民的生命財產面臨著較大的安全隱患，多次地震的結果也表明，抗震性能較差的如果房屋、工程設施和設備，地震后必將對這些建筑物造成巨大的損害。當前，隨著國民經濟的發展，人們防震意識的增強，對建筑物防震性能增強的研究越來越多，防震的技術方法也是不斷提高，對于抗震性能增強的方法已由傳統的方法更新為日益現代化的抗震方法。鋼筋混凝土結構抗震加固技術的應用對于提高建筑物的質量、保證建筑物免受地震的損害大有裨益。鋼筋混凝土結構抗震技術避免了傳統抗震結構中“硬碰硬”的設計方法，其技術更為簡單、減震的機理更加明確、抗震的效果更好，更有助于保證建筑物的安全。我們有理由相信鋼筋混凝土結構抗震技術的研究也會越來越多，該技術的應用將會更加成熟。

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