基于“有機更新理論”談建筑結構抗震加固技術發展趨勢

北京市地震局 任志林 康現棟

基于“有機更新理論”談建筑結構抗震加固技術發展趨勢

Talking about development tendency of structural earthquake-resistant technology based on“organic renewal theory”

北京市地震局 任志林 康現棟

經汶川地震后，人們越來越意識到房屋結構抗震設防和加固的必要性，對建筑結構抗震加固技術開始有了深入的研究。目前，我國抗震加固主要以傳統加固方法為主。這些抗震加固方法雖對提高建筑結構的抗震性能很有幫助，但加固施工費時費力，工期較長，且經濟性不佳。加之在施工中造成嚴重的振動、噪聲和粉塵污染，已難以適應當代經濟社會可持續發展的要求，因而需要著力研究與推廣新型抗震加固方法。本文通過對傳統與新型抗震加固技術的比較，基于城市“有機更新理論”的核心思想，分析建筑結構抗震加固技術發展趨勢，認為建筑結構“不入戶加固”的新型附加子結構加固方法，體現出當前經濟社會可持續發展的適用性。

“有機更新”理論原是吳良鏞提出的城市規劃理論，其核心思想是城市改造應順應城市原有的肌理，實現有機秩序。基于“有機更新”理論核心思想，建筑結構抗震加固技術發展的理想模式是，盡量減小甚至消除加固施工對建筑功能的中斷和影響，在不降低使用性能的條件下實現抗震性能的提升，就像有機體的新陳代謝那樣，在發揮正常功能的同時完成有機體的更新。下面對傳統抗震加固技術與三種新型附加子結構加固技術進行對比，說明新型加固技術的優點。

傳統抗震加固技術概述

我國傳統的建筑結構抗震加固技術，主要通過提高承載力和增加結構變形能力，即延性來實現。其中以提高承載力為目標的抗震加固方法，對于提高結構的抗震性能、減少地震損傷有很好的效果。典型做法主要有：（1）增設抗震墻。抗震墻具有很大的承載力和抗側剛度，是非常有效的抗側力構件。與既有結構組成的抗震剪力墻體系可以增加結構的承載能力和整體性，能夠有效地阻止部分結構的側向傾移，但施工比較復雜。（2）增設鋼支撐框架。結構中斜撐也具有很大的承載力和抗側剛度，與抗震墻相比，斜撐主要承受軸力作用，受力狀態比較明確。采用鋼支撐進行加固時，鋼支撐連接在混凝土框架的節點上，容易受到管道等布置部位的限制，且產生的剪力容易引起混凝土節點的開裂破壞。

以增加結構延性為目標的抗震加固方法，主要集中于對框架梁柱的加固。典型的做法包括：（1）粘鋼加固法。用結構膠把薄鋼板粘貼在混凝土柱表面，使鋼板與混凝土協同工作的一種加固方法。（2）粘碳纖維加固法。用黏結劑把碳纖維粘貼在混凝土柱表面，增加延性。試驗表明，上述加固方法均能有效地提高鋼筋混凝土柱的變形能力，增加結構的延性。然而，這種基于延性的加固方法允許結構構件在地震中產生較大的損傷，使得結構在震后難以修復而不得不拆除重建，造成很大的經濟損失。

建筑結構傳統抗震加固技術，雖然在一定程度上可以提高結構的抗震性能、減少地震損傷，但出現的種種問題也使得基于延性和承載力的抗震加固技術造成很大的經濟損失，難以適應當前經濟可持續發展和基于性能的地震工程發展的需求。基于性能抗震設計的基本思想是，被設計的建筑物在使用期間滿足各種預定功能或性能目標要求。不同于以往按照規范條文設計，基于性能的設計方式，可以顧及房屋使用者對建筑物安全功能需求的多樣性，更加明確抗震性能及其相應風險水平的評估和經濟效益的定量分析。因此，研究基于性能設計的新型加固方法，是建筑結構抗震加固技術的發展趨勢。

“不入戶”附加子結構加固技術

“不入戶”附加子結構基本概念

附加子結構加固方法，是將附加子結構與既有結構通過有效措施結合起來，形成一個新的整體結構。既實現整體結構抗震能力的提升，還可以改善既有結構的受力狀態，形成更合理的損傷屈服機制，從而減小結構的層間位移和總位移，使結構的抗震性能得到更充分的利用，達到抗震加固的目的。

“不入戶”附加子結構加固施工作業只在建筑物的外部進行，而不進入建筑物內部，結構布置靈活，施工周期短，可最大限度地減少對建筑物正常使用的影響。

附加鋼支撐加固

附加混凝土框架加固

附加鋼支撐框架加固

“不入戶”附加子結構加固的設計原則

附加整體子結構抗震加固，著眼于改善原結構的受力狀態與變形模式，提高結構的抗震承載力、變形能力和耗能能力。主要有以下設計原則：（1）附加子結構要具有足夠的剛度和承載力，防止結構局部屈曲；（2）附加子結構在平面布置上要均勻對稱，避免剛度突變；（3）附加子結構與既有結構要有可靠連接，保證兩者的整體性能。承載力不足要進行局部補強，必要時可增設可靠基礎。

“不入戶”附加子結構典型類型

“不入戶”附加子結構加固技術，因為不中斷建筑的正常使用，施工周期短，不會對房間內部裝修、環境及房間的正常使用等造成過多影響，具有顯著的經濟效益而被廣泛的應用。目前，新型抗震加固典型類型主要有附加鋼支撐、附加混凝土框架、附加鋼支撐框架三種。

（1）附加鋼支撐加固。附加鋼支撐桿件的兩端與混凝土框架的梁柱節點連接，本身具有很大的剛度和承載力。這一方法在為結構提高抗震承載力的同時，還改善原有結構的受力狀態和變形模式，使側向變形沿高度分布更加均勻，從而減小了結構的層間位移和總體位移，提升了部分結構的抗震性能。附加鋼支撐加固，主要適用于抗震設防要求較低的地區，以及主要由風荷載控制的多層和高層建筑。

（2）附加混凝土框架加固。附加混凝土框架加固與附加鋼支撐加固相似，都是通過增加抗側剛度和承載力，提升結構的抗震性能。雖然附加混凝土框架提供的抗震承載力低于附加鋼支撐，但卻可以避免因框架加固斜撐對窗戶視野和采光的影響，具有建筑功能意義上的吸引力，主要適用于抗震設防要求較低的地區。目前，預應力混凝土框架大大地提高了抗震承載力，是一個主要的發展趨勢。

（3）附加鋼支撐框架加固。附加鋼支撐框架通常分布于結構全高，與既有結構結合成一個整體，在鋼支撐與混凝土框架的基礎上，更好地增加了結構的抗側剛度與抗震承載力，同時結構整體性與空間作用得到很大的加強，受力狀態更加均勻、穩定，顯著改善結構在大震下的耗能能力，具有很高的實用價值。附加鋼支撐框架加固主要適用于抗震設防要求較高的地區，以及需要大幅度提高承載力和抗震能力的建筑。

結論

現代社會，經濟的可持續發展促使我國建筑功能相關技術不斷提升，傳統的建筑結構抗震加固技術已經不能滿足時代發展的要求，很多新型抗震加固方法應運而生。本文介紹的“不入戶”整體附加子結構抗震加固方法，既可以使建筑加固有效地改善結構的整體受力狀態，提高結構的抗震性能，還可以滿足工作周期短、不中斷建筑結構正常使用的功能要求。這一加固方法經濟、合理、高效，具有推廣價值。目前有關新型附加子結構加固技術的規范和標準還不完善，需要進一步研究。