鋼筋混凝土框架結構抗震加固

胡萬達

1 引言

為適應網絡和業務發展的需求，促進資源盤活，提高綜合效益，確保機房內設備安全、穩定、可靠地運行，一批鋼筋混凝土框架結構的工廠、倉庫被改造為IDC機房。由于這些框架結構原本是按標準設防類設計或建造年代比較久遠，抗震性能不滿足現有規范對IDC機房的要求，所以需要對原框架結構進行抗震加固，提升結構的抗震性能。因此，研究鋼筋混凝土框架結構抗震加固的方法具有重要的現實意義。

2 鋼筋混凝土框架結構抗震加固原則

通過對建筑物結構構件、結構受力途徑的優化和改善，從而提升建筑物抗震性能，減少地震發生時受到的損壞。再對鋼筋混凝土框架結構進行抗震加固時，應遵循以下原則：

（1）整體原則：在制定建筑物的抗震加固方案時，應從建筑物的整體考慮，避免出現局部構件的抗震性能增強，而結構的整體抗震性能卻下降。

（2）體系加固原則：在進行抗震加固時，個別構件加固后引起的剛度變化，可能會對整個結構體系造成一定的影響。因此，不僅要考慮單獨構件的抗震性能加固，還要同時考慮結構體系的整體抗震性能加固。

（3）經濟原則：在對建筑進行抗震加固時，應綜合考慮其經濟效果，盡量不損傷原結構，并保留具有利用價值的結構構件，盡量減少對建筑構件的更換或者拆除。

此外，還應提前委托有檢測鑒定資質的單位，對房屋結構進行安全性評定和抗震鑒定。加固改造設計必須符合現行國家、行業規范標準的要求。加固改造施工單位應具有特種專業（結構補強）承包資質。

3 鋼筋混凝土框架結構抗震加固方法

3.1 加大截面法

采取加大鋼筋混凝土框架結構構件的截面面積，可以有效的提升建筑物內墻體的承載力和抗震性能。（如圖1）可廣泛用于框架結構的梁、柱構件加固；近年來，混凝土鉆孔設備的不斷改良，再加上高性能結構膠的出現，可以在梁柱節點的核芯區增加1-2道封閉箍筋，增強了原有梁柱節點區的抗震性能，提升了加大截面法抗震加固的效果。

3.2 外包鋼法

外包鋼法是指將型鋼包裹在鋼筋混凝土框架結構的構件四周，從而達到提升構件抗震性能的目的。一般情況，適用于受限于建筑現狀或者施工環境，無法采用加大截面法的方式進行抗震加固的情況。外包鋼法分為分干式和濕式兩種形式。濕式外包法相對受力可靠，施工簡便且工作量較小，缺點是用鋼量較大，要注意現場的環境溫度不宜超過60℃，同時對可能存在的化學腐蝕介質要做好相應的防護措施。

圖1 加大截面法（柱示意圖）

（1）當用外包鋼加固梁時，將角鋼貼在梁的陽角外側，同時角鋼應穿過梁板的型鋼綴板，采用焊接的方式，與梁底鋼綴板進行加固。同時，角鋼的兩端應與柱進行連接（如圖2所示）。

圖2 外包鋼加固梁示意圖

（2）當外包鋼加固柱時，將角鋼貼在柱的四角外側，在角鋼和樓板交接位置，角鋼穿過樓板，并對其進行焊接加固。在進行柱的包鋼加固時，要注意頂層和底層的角鋼，應與相對應的連接部位進行加固處理（如圖3）。

圖3 外包鋼加固柱示意圖

3.3 增設抗震墻或翼墻

通過在框架結構的適當部位，設置剪力墻，改變了原來的框架結構的結構體系，成為新的框架-剪力墻結構。這樣不僅提升了結構的側向剛度，地震發生時減少了結構的水平位移，而且由于剪力墻可以承擔較大部分的地震作用，減輕了原框架結構中梁、柱的受力。

當增設鋼筋混凝土抗震墻或翼墻時（如圖4），應符合下列要求：

（1）抗震墻在進行設置時，應盡量處于框架的軸線位置；一般情況下，會在柱的兩側，對稱性的設置翼墻。

（2）在建筑中設置抗震墻后，建筑的結構整體可以按照框架-剪力墻結構進行抗震性能的對比分析，翼墻與柱形成的構件可按整體偏心受壓構件計算。

（3）施工注意事項：①在進行施工時，應對建筑物原本的梁柱進行鑿毛處理。②在進行混凝土澆筑之前，首先應對其進行澆水，確保施工過程中混凝土處于濕潤狀態。為了避免混凝土出現裂縫等問題，施工完成后，還應加強相關的養護工作。

圖4 增設抗震墻或翼墻示意圖

3.4 碳纖維加固法

由于碳纖維材料的抗拉強度強，是同等截面鋼材的7～10倍，彈性模量更是比鋼筋高出數倍，因此，通過將碳纖維材料粘貼在結構構件的表面，可以大大提升結構的抗震性能。此種加固方法的優點是：抗震加固性能能夠得到明顯的提升，自身重量輕，密度只有鋼材的1/10，既不會增加建筑結構的截面面積，也不會增加荷載。缺點是成本較高，且對施工工藝要求比較高。

在進行施工時，首先應對混凝土表面進行清潔、打磨和修補處理，然后將調配好的粘結劑，均勻的涂抹在混凝土表面。最后在進行碳纖維片材粘貼時，注意混凝土表面應保持干燥，溫度不低于零下10℃。常見的碳纖維片材加固方式還有以下幾個方面：

（1）梁、板構件的受彎承載力的加固：施工時，在相對應的受拉區域粘貼碳纖維片材，并注意兩者的方向保持一致。

（2）梁、柱構件的受剪加固：施工時，常采用封閉式的粘貼或者側面粘貼的方式進行，同時應注意纖維方向與構件軸向的夾角為90°。

（3）柱的抗震加固：封閉式粘貼的方法施工，注意纖維方向與柱軸向的夾角為90°。

3.5 消能減震法

隨著科學技術的進步，對鋼筋混凝土框架結構進行抗震加固的方法也越來越科學化。近年來，消能減震技術不斷被應用到各種鋼筋混凝土框架結構當中。

通過在建筑物的結構中放置一定數量的消能設備，當地震發生時，消能裝置會增加結構體系的阻尼系數，減少地震對結構的破壞作用。如果發生的地震較高時，進入彈塑性狀態的消能裝置，可以消耗地震的作用力，從而提升了建筑物的抗震性能。常見的消能設備裝置有：屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器和粘性流體阻尼器等。

與傳統的加固技術相比，消能減震法主要優勢有：

（1）現場施工過程中，可以做到無濕作業，原建筑的正常功能使用不受影響。

（2）既能提升建筑的抗震性能，又不改變建筑的外貌。

（3）改善結構抗震性能效果明顯，可滿足各種抗震設防類別的要求。

（4）施工成本低、施工周期短。

3.6 隔震加固法

在建筑物內設置隔震層，當發生地震時，將地震產生的作用力集中到隔震層上，從而減少地震對原結構的破壞。常見的隔震方法有：橡膠墊隔震、滾珠或滾軸隔震、擺動隔震、彈簧隔震等。目前，這種方法在國外應用較為廣泛，例如美國加利福尼亞的奧克蘭市政大廳，該建筑在1989年的大地震中，受到了嚴重損壞，在進行抗震加固時，采用了基礎部位增設隔震裝置的抗震加固方法。

4 結語

綜上所述，隨著經濟的不斷發展，結構加固也得到了迅速發展，變得多種多樣。通過對原鋼筋混凝土框架結構進行抗震加固處理，來滿足現有規范對IDC機房的抗震性能要求。對從事IDC改造的工作者來說，必須提升自身的專業能力，通過科學的結構加固手段，合理的對鋼筋混凝土框架結構進行抗震加固處理，提升建筑物的抗震性能，推動IDC行業的安全穩定發展。

[1]趙雪蓮，劉祖華.鋼筋混凝土框架結構的抗震加固[J].山西建筑，2007，33（3）：53～54.

[2]吳成龍，劉香.鋼筋混凝土框架結構抗震加固方法淺述[J].福建建筑，2014（2）：9～11.

[3]張衛兵，李紅培.淺談鋼筋混凝土框架結構的抗震加固方法[C].土木建筑學術文庫，2010.

[4]運國權.淺談鋼筋混凝土框架結構的抗震加固設計[J].工程技術：文摘版：00052.