淺談建筑結構抗震設計與加固補強

梁旭（廣東誠實建設工程設計有限公司,廣東梅州514000）

2008年汶川大地震已經過去十多年，我國工程同仁一直致力于提高建筑結構的抗震能力，向抗震設計水平較高的發達國家學習，進行不斷嘗試，取得長足進步，但仍有諸多不足。

1 建筑結構抗震設計的重要性

《建筑抗震設計規范GB2011-2010（2016年版）》已于2016年8月1日正式實施，本次修訂進一步提高了部分行政區域的抗震設防烈度。在國民經濟水平不斷提高的大背景下，本次規范的修訂及實施，凸顯相關職能部門對建筑結構抗震設計的關心與關注。

我國處在世界兩個最活躍的地震帶上，東瀕臨環太平洋地震帶，西部和西南部為阿爾卑斯—喜馬拉雅地震帶，是世界上多地震的國家之一。根據地震史料記載，我國所有省份均曾發生過5級與5級以上地震。其中除了浙江、貴州兩省外，全國各省都有6級以上地震發生。建筑結構在設計時如未考慮抗震或不重視抗震設計，將給人民群眾的生命健康和財產損失帶來災難性的后果。

2 建筑結構抗震設計中遇到的核心問題

2.1 重視前期結構方案設計

一些設計單位和業主不重視結構方案設計，只會盲目要求建筑外觀好看，標新立異。由于設計周期較短具有普遍性，為了節省時間，往往出現建筑方案設計脫離結構方案設計的情況。建筑設計師對結構平面、立面、特殊結構的把握不如結構設計師，會出現很多完全可以避免的結構不規則情況，對抗震不利。

建筑設計與結構設計是相輔相成，互為骨肉，有我有你的。一個好的建筑，一個滿足抗震設計要求的建筑，離不開初始結構平面、結構立面及內部柱網主梁的布置。如果一個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幾倍的成本去處理，也未必能取得好的效果。

2.2 注意結構體系的選用

結構體系應根據建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經過技術、經濟和使用條件綜合比較確定。

結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力；應具備必要的抗震承載能力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力；對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力。

2.3 選取合理的結構平面和立面

平面不規則，分為扭轉不規則、凹凸不規則和樓板局部不連續；豎向不規則，又分為側向剛度不連續、豎向抗側力構件不連續和樓層承載力突變。我們在結構方案布置時，盡量避免出現上述六種平立面不規則情況。如果發現建筑有特殊要求，不得不采用不規則平立面，需要進行專門研究和論證，采取特別加強措施。

2.4 將抗震概念設計貫穿設計全過程

結構抗震設計，不僅僅是科學，也是門藝術。建筑抗震理論，遠未達到十分科學嚴密的水平，單靠簡單軟件建模，不能完全真實反映實際工程情況，理論計算很難考慮周全。應該增設多道抗震防線，保證建筑物具有足夠的抗震能力[1]。

概念設計不是憑空產生的。首先要深刻理解各種結構的工作原理與力學性質，熟悉各類結構的設計原則；深刻理解各個結構在地震作用中扮演的角色，把握結構構件主次關系；通過內力調整，控制破壞先后順序，提高關鍵抗震構件的延性和冗余度，哪怕遇上地震來襲，也要達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標。

2.5 不得忽視結構材料與施工的要求

抗震結構對材料和施工質量的特別要求，應在設計文件上注明。

砌體結構中，普通磚和多孔磚的強度等級不應低于MU10，砌筑砂漿強度等級不應低于M5；混凝土小型空心砌塊的強度等級不應低于MU7.5，其砌筑砂漿強度等級不應低于Mb7.5。混凝土結構中，混凝土的強度等級，框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節點核心區，不應低于C30；構造柱、芯柱、圈梁及其他各類構件不應低于C20；抗震等級為一、二、三級的框架和斜撐構件(含梯段)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25；鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%。鋼結構中，鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應大于0.85；鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率不應小于20%；鋼材應有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。

3 既有建筑結構抗震能力的鑒定

既有結構延長使用年限、改變用途、改建、擴建或需要進行加固、修復等，均應對其進行評定、驗算或重新設計。對可靠性不足或業主要求提高可靠度的承重結構、構件及其相關部分采取增強、局部更換或調整其內力等措施，使其具有現行設計規范及業主所要求的安全性、耐久性和適用性。

3.1 建筑結構勘測

混凝土結構經可靠性鑒定確認需要加固時，應根據鑒定結論和委托方提出的要求，按《混凝土結構加固設計規范》和業主的要求進行加固設計。加固設計的范圍，可按整幢建筑物或其中某獨立區段確定，也可按指定的結構、構件或連接確定，但均應考慮該結構的整體牢固性。

在對建筑抗震能力進行正式鑒定之前，需要檢測鑒定人員了解工程情況，熟悉建筑結構圖紙，并了解房屋建筑內部的節點連接、支撐構造情況。深入現場，實測現場數據，核對與原有設計圖紙的出入，并做好相應記錄。另外，檢測鑒定人員在開展現場勘測時，必須保證監測全流程的真實性，以此來保證勘測結果的準確性。

3.2 分析現有建筑結構的抗震能力

在完成建筑結構勘測工作后，應按實測數據，進行軟件建模計算。按實際功能需求，最新規范標準錄入模型并計算，查驗不滿足現行規范抗震要求的結構構件。找出整棟建筑的抗震薄弱部位，把查驗出來的問題，分為“應及時加固補強”和“宜加固補強”兩類。做出相應方案和概算后，提供給業主比選參考。

4 現有建筑結構加固設計研究

4.1 加固設計內容分析

為了盡可能提高加固補強效果，需要具有針對性地開展加固設計工作，對比各種加固方案的經濟性和適用性。在加固設計過程中，應該堅決貫徹預防為主的加固設計原則，盡量把靜定結構做成超靜定結構，提高房屋建筑在地震災害出現時抵抗能力的冗余度，保證房屋建筑結構能夠抵御地震對建筑構件造成的損害。

4.2 加固設計的注意事項

結構加固用的混凝土，其強度等級要比原結構、構件提高一級，且不得低于C30，不僅是為了保證新舊混凝土界面，以及新混凝土與新加鋼筋或其他加固材料之間，能有足夠的粘結強度，還因為局部新增的混凝土體積一般較小，澆筑空間有限，施工條件遠不及全構件新澆的混凝土。調查和試驗表明，在小空間模板內澆筑的混凝土均勻性較差，其現場取芯確定的混凝土強度，可能要比正常澆筑的混凝土低10%以上，故有必要適當提高其強度等級。

對高溫、高濕、低溫、凍融、化學腐蝕、振動、收縮應力、溫度應力、地基不均勻沉降等影響因素引起的原結構損壞，應在加固設計中提出有效的防治對策，并按設計規定的順序進行治理和加固。

混凝土結構的加固設計，應綜合考慮其技術經濟效果，避免不必要的拆除或更換。在面對地震災害較為嚴重的區域時，還應該通過額外加設防震構件的方式，提高建筑結構的抗震能力。在開展加固設計的過程中，應該重視可行性分析，因為現有建筑結構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礎之上額外進行加固，若加固設計不規范，還有可能導致建筑物承受二次損傷[2]。

5 結語

總而言之，現有建筑結構的抗震設計與加固設計的重要性毋庸置疑，重視結構抗震設計，認真做好加固補強設計，能夠有效提高建筑結構質量，增強房屋建筑的安全性。期待全社會更多人，了解建筑結構抗震設計與加固設計的重要性，給予更多的關注度，大家共同努力，一定會把我國房屋結構抗震水平推向一個新的高度。