建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固的研究探討

鄧銳 李文杰

摘要：近年來，我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展迅速，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全要求變得越來越高。通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，以及加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出個(gè)人觀點(diǎn)，希望為關(guān)注類似問題的人群提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);加固;研究探討

引言

近年來，地震災(zāi)害屢屢發(fā)生，對(duì)社會(huì)及人類造成了不可磨滅的傷害，嚴(yán)重地限制了城市的建設(shè)與發(fā)展。在這樣的環(huán)境下，人們開始逐漸意識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性，并在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中融入了抗震設(shè)計(jì)。但是由于設(shè)計(jì)人員對(duì)于抗震設(shè)計(jì)方面的知識(shí)了解甚少，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過程中存在很多亟待解決的問題。因此，本文就現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與加固處理展開詳細(xì)的探析，分析并闡述了抗震設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的重要程度，同時(shí)也針對(duì)性能抗震設(shè)計(jì)的含義以及抗震設(shè)計(jì)期間常見的問題展開了探討，基于分析我國(guó)抗震加固發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上提出了合理的建筑結(jié)構(gòu)加固處理技術(shù)，以期能夠?yàn)榱私ㄖ袠I(yè)的發(fā)展提供一個(gè)借鑒。

1現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

經(jīng)過大量的地震災(zāi)害后，人們逐漸意識(shí)到了建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)的重要性，并提出了“概念設(shè)計(jì)”而良好的“概念設(shè)計(jì)”能夠在一定程度上決定建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。其目的就是為了能夠合理地去選擇建筑物的結(jié)構(gòu)形式，以合理的建筑結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步滿足人們對(duì)建筑物的“大震不倒”的要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要不斷地提高對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)水平，在最終選擇建筑方案時(shí)可避免業(yè)主的干涉，盡量避免因建筑物的大小、形狀及布局等因素而出現(xiàn)較明顯的缺陷。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也不容易受到業(yè)主的經(jīng)濟(jì)觀和使用觀的影響，因?yàn)檫^于盲目地將建筑結(jié)構(gòu)下部的延展性降低就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中抗震墻的數(shù)量、形式等方面存在不合理現(xiàn)象，影響建筑物的整體質(zhì)量。

2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中遇到的核心問題

2.1重視前期結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

一些設(shè)計(jì)單位和業(yè)主不重視結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，只會(huì)盲目要求建筑外觀好看，標(biāo)新立異。由于設(shè)計(jì)周期較短具有普遍性，為了節(jié)省時(shí)間，往往出現(xiàn)建筑方案設(shè)計(jì)脫離結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的情況。建筑設(shè)計(jì)師對(duì)結(jié)構(gòu)平面、立面、特殊結(jié)構(gòu)的把握不如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，會(huì)出現(xiàn)很多完全可以避免的結(jié)構(gòu)不規(guī)則情況，對(duì)抗震不利。建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相輔相成，互為骨肉，有我有你的。一個(gè)好的建筑，一個(gè)滿足抗震設(shè)計(jì)要求的建筑，離不開初始結(jié)構(gòu)平面、結(jié)構(gòu)立面及內(nèi)部柱網(wǎng)主梁的布置。如果一個(gè)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(jié)構(gòu)體系的選用

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑;應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力;應(yīng)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(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力。

2.3選取合理的結(jié)構(gòu)平面和立面

平面不規(guī)則，分為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù);豎向不規(guī)則，又分為側(cè)向剛度不連續(xù)、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)和樓層承載力突變。我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)方案布置時(shí)，盡量避免出現(xiàn)上述六種平立面不規(guī)則情況。如果發(fā)現(xiàn)建筑有特殊要求，不得不采用不規(guī)則平立面，需要進(jìn)行專門研究和論證，采取特別加強(qiáng)措施。

3房屋建筑工程結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)的應(yīng)用

3.1 增設(shè)屈曲約束支撐加固法

結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況分析，明確案例，框架–支撐體系是框架與普通支撐組合的結(jié)構(gòu)體系，但是普通支撐存在一定缺陷，普通支撐在軸向壓力作用下容易發(fā)生屈曲，且承載力和剛度會(huì)下降，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，且由于支撐過早屈曲導(dǎo)致鋼材的性能得不到充分發(fā)揮，降低了鋼材的使用率。屈曲約束支撐是防屈曲減震構(gòu)件的一種，它克服了普通支撐受壓屈曲的缺點(diǎn)，具有在受拉和受壓狀態(tài)下都不會(huì)發(fā)生屈曲的特性。屈曲約束支撐的中心是內(nèi)核芯板，與普通支撐不同的是，外部設(shè)置有套管，一般套管為鋼套管，內(nèi)核芯板被置于鋼套管內(nèi)，在鋼套管和芯板之間有填充材料，一般為混凝土或砂漿。為了減小芯板受軸力時(shí)傳給填充材料的力和受壓情況下膨脹，通常還在芯板與填充材料之間留有一定間隙或加入一層無粘結(jié)材料。屈曲約束支撐所受的荷載，全部由芯板內(nèi)核承擔(dān)，鋼套管和填充材料僅約束內(nèi)核芯板受壓屈曲，以此達(dá)到支撐在受拉和受壓2種情況下都能發(fā)生屈服。屈曲約束支撐具有承載力高、延性和滯回性能好的特點(diǎn)，以及在加固工程中布置方便。

3.2 剪力墻加固法

分析工程項(xiàng)目實(shí)際情況來看，其房屋建筑結(jié)構(gòu)樓層蓋板長(zhǎng)度與寬度比、結(jié)構(gòu)形式、砂漿混凝土強(qiáng)度、柱截面處尺寸，以及填充墻與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)等，均不符合當(dāng)前我國(guó)關(guān)于抗震鑒定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)的要求。綜合多項(xiàng)影響因素的鑒定結(jié)果分析來看，目前該項(xiàng)目的綜合抗震能力指數(shù)<1.0，需要對(duì)該房屋建筑結(jié)構(gòu)采取加固技術(shù)措施;另外，在對(duì)該房屋建筑結(jié)構(gòu)變形鑒定中，能夠確定第1層與第2層之間存在著較大建筑結(jié)構(gòu)層間位移角變形，無法滿足GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，因此，該房屋建筑結(jié)構(gòu)評(píng)定結(jié)果為不滿足GB50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求。針對(duì)上述建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況分析，確定采取剪力墻加固方法，剪力墻本身平面內(nèi)的抗側(cè)力強(qiáng)度與剛度都非常大，因此在建筑結(jié)構(gòu)的布置過程中，應(yīng)盡可能布置在建筑結(jié)構(gòu)中的有利位置，從而可以有效達(dá)成抵抗水平地震作用下對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的破壞。加固方法實(shí)施過程中，采用剪力墻加固方法，需要合理布置剪力墻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的有效改善，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的有效控制，進(jìn)一步達(dá)成建筑物抵抗外力作用的能力提升。目前，剪力墻構(gòu)件的特征非常明顯，其自身截面尺寸較大，并且受力非常復(fù)雜。因此，在對(duì)剪力墻加固實(shí)施中需要采取彈塑性分析，并建立與之相關(guān)的受力模型，能夠更好了解該加固方法下構(gòu)件在受力水平作用力的抵抗情況。現(xiàn)階段的加固處理主要是以建筑結(jié)構(gòu)以及承載力不足等方面的加固為主，就整體角度而言缺少了對(duì)結(jié)構(gòu)的辨別和掌控。例如：在處理加固多層磚混結(jié)構(gòu)墻體時(shí)，關(guān)鍵在于增強(qiáng)墻體的鋼度，從而與相鄰樓層的產(chǎn)生一定的鋼度差，這樣的加固方式對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能而言存在一定不利影響。另外，在進(jìn)行加固處理之后的構(gòu)件其承載力有著明顯的提升，但是卻造成了防火等級(jí)下降的情況。這些問題都在一定程度上表明了在進(jìn)行加固處理時(shí)需要就整體角度進(jìn)行把控，通過加固處理的方式來妥善地解決存在的問題。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和加固處理是非常必要的，當(dāng)基于合理的角度上明確建筑結(jié)構(gòu)的具體形式之后，就需要科學(xué)地布置建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，只有這樣才能夠最大限度地避免因抗震不利而造成的嚴(yán)重后果。因此，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重點(diǎn)，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

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