现代建筑结构抗震设计及加固处理研究

时间：2024-04-24

景涛，郝海舒，李渊

(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西太原 030000)

我国部份省份所处的地理位置地壳运动非常频繁，因此，经常发生地质灾害，加之生态环境的逐渐恶化，近几年各个地区经常出现地震灾害。地震灾害的发生，会对社会经济发展、广大人民群众生命财产安全产生直接影响。尤其是在当前城市发展中，高层建筑增多，如果出现地震灾害，将会引发严重后果。房屋建筑是否具备较强抗震性能，会对建筑能否更好应对地震灾害产生直接影响。基于此，现代建筑发展中，对于建筑结构抗震设计、加固处理，要给予更多重视，提升建筑抗震性能，保证建筑结构稳定性，为人们创造安全生活环境与工作环境。

1 建筑结构抗震加固发展历程

建筑结构抗震加固的发展历程大致可以分为以下4个阶段。

(1)早期探索阶段。早期探索阶段是从20世纪初开始，到20世纪50年代。在这个阶段，人们对建筑结构抗震问题的认识刚刚开始，主要通过提高结构整体性和稳定性的方式，提升建筑的抗震能力。例如，在建筑工程施工中，使用钢筋混凝土结构对砖石结构进行替代，同时，使用钢结构代替原本的钢筋混凝土结构等。

(2)初步发展阶段。初步发展阶段是从20世纪50年代开始，到20世纪70年代。这个阶段，人们逐渐开始关注地震波的特性和结构的动力反应，通过研究结构的动力响应，提高建筑物抗震能力。比如，在建筑结构施工中，使用隔震技术、消能减震技术等。

(3)快速发展阶段。快速发展阶段是从20世纪70年代开始，到20世纪90年代。在这个阶段，人们对地震灾害有着更加深入的认识，并且开始对建筑结构抗震问题进行全面、系统化研究。比如，建筑工程施工中，对抗震设计进行规范，通过对地震作用与结构反应相互关系的充分考虑，决定在建筑结构施工中，采用一系列先进技术。

(4)现代化发展阶段。现代化发展阶段是20世纪90年代至今。这个时期，人们对建筑结构抗震加固的研究更加深入，并将各类先进科学技术应用在建筑工程施工中。比如，采取性能化抗震设计、主动控制技术等，从而提高建筑结构的抗震能力。

总的来说，建筑结构抗震加固的发展历程是一个不断探索、不断创新的过程，随着科学技术的发展，未来建筑结构抗震加固技术将更加先进和完善。随着科学技术的进步与社会的发展，人们对于建筑结构抗震加固的研究会更加深入，建筑结构的抗震效果也能够得到全面提升。

2 现代建筑结构抗震设计与加固的重要意义

现代建筑结构抗震设计与加固具有非常重要的意义。地震作为一种自然现象，破坏力巨大，经常会导致严重的人员伤亡问题和重大财产损失。因此，采取有效的抗震设计和加固措施，确保建筑物在地震中能够保持完好，或者减轻对建筑的破坏程度，对于减少地震灾害损失具有重要作用[1]。抗震设计与加固的重要意义，具体体现在以下4个方面。

(1)保障人民生命财产安全。通过提高建筑物的抗震性能，可以保证建筑物整体稳定性、安全性，即便发生地震灾害，房屋建筑自身也能够具备较强的抵御能力，降低地震引起的人员伤亡和财产损失，保护人民的生命财产安全。

(2)维持社会稳定。地震灾害的发生，往往会对社会经济和民生造成严重打击。通常情况下，出现地震灾害后，会对社会经济发展、社会稳定产生严重影响。通过加强建筑物抗震设计与加固，有助于减轻地震灾害的影响，降低对社会经济和民生的破坏程度，从而有利于维护社会稳定。

(3)促进建筑行业发展。抗震设计与加固的推广和应用，将推动建筑行业的技术创新和发展，提高建筑工程质量和性能，从而促进建筑行业的可持续发展。建筑工程项目中，通过有效的建筑结构抗震设计与加固，能够满足人们对于建筑的需求，促使建筑企业可以在人们的心中树立良好形象，进而推动建筑行业朝着更好方向发展。

(4)保护历史文化遗产。许多历史文化遗产由于其独特的历史、艺术和科学价值，需要进行特殊的保护。抗震设计与加固在保护历史文化遗产方面具有重要作用，可以使这些珍贵文物在地震中得以保存，进而传承历史文化。

综上所述，现代建筑结构抗震设计与加固具有重要意义，是保障人民生命财产安全、维持社会稳定、促进建筑行业发展和保护历史文化遗产的重要手段。因此，建筑工程项目落实中，工作人员对于建筑结构抗震设计与加固的重要性，要有正确认识。结合实际情况，积极开展建筑结构抗震设计与加固工作，实现建筑行业的可持续发展。

3 现代建筑结构抗震设计措施

3.1 科学设计抗震方案

抗震方案设计是现代建筑结构抗震设计中的一项重点工作，抗震方案设计是否合理，会对后续建筑工程施工、施工进度以及施工质量产生直接影响。因此，要确保抗震方案设计的合理性，引导后续工程项目建设工作的顺利实施。从实际工作落实中不难发现，设计单位、业主，并没有意识到现代建筑结构抗震方案设计的重要性，在设计过程中，将设计重点集中在怎样迎合业主需求。加之目前建筑行业发展迅速，很多工程项目的整体开发周期变短，所以，在设计时为尽快完成设计开展施工，设计单位、设计人员，甚至出现脱离建筑物本身进行抗震方案设计情况，并未科学评估建筑物自身的平面结构、立面结构，导致抗震方案设计不合理，后续施工、建筑结构稳定性受到严重影响[2]。为避免此类情况发生，必须根据建筑工程项目需求，完成抗震方案设计工作。选择专业能力较强的设计单位与设计人员，在设计工作开始之前，设计人员要做好调查工作，了解整个工程项目具体情况，充分考虑建筑自身平面结构、立面结构。在对此类信息有着准确把握基础上，开始进行抗震方案设计，这对提升抗震方案设计有效性、可操作性而言具有重要意义。抗震方案设计完成后，需要上交给相关部门进行审核，审核通过后才能应用在建筑结构施工中，推动后续各环节建设工作的顺利开展。如果审核发现问题，及时联系设计人员进行调整，避免方案设计不合理影响后续工作。

3.2 科学选择结构体系

在建筑结构体系选型中，相关工作人员要充分考虑抗震设防烈度、抗震类型、现场地质情况、建筑高度、施工技术、施工材料等各类因素。注意平衡建筑物经济性、技术水平与建筑物功能，在此背景下，确保建筑结构设计的有效性[3]。选型过程中，相关工作人员要做好计算简图制定工作，模拟建筑物自身的地震传递渠道，在此基础上，确保选型的合理性，避免建筑物不同部位结构，在地震当中遭到破坏失去有效载荷能力，发生严重安全事故，在提升建筑物抗震能力、承载能力中具有重要作用。通过有效的结构选型，确保在出现不同震级情况时，建筑物能够吸收地震应力，保障建筑物抗震效果。

3.3 合理设计结构平面与立面

建筑结构平面与立面设计时，经常面临平面规则问题，造成平面不规则的主要原因是：平面的凹凸与扭转，在部分情况下，楼板局部连续性较差，也会引发平面不规则现象。引发立面不规则的主要原因是：建筑结构竖向抗侧力构件和侧向刚度连续性不足。如果楼层承载能力发生变化，也会引起立面不规则现象。比如，地震期间楼层承载能力变化，造成纵向立面不规则。在建筑结构抗震设计中，设计人员要对上述问题进行充分考虑，采取有效措施，保证建筑结构立面、平面设计合理性。

比如，在建筑结构立面设计中，要进行规则立面设计，科学的规则立面设计，可以提高建筑的刚度，使其在地震作用下的变形减小[4]。避免出现突出屋面、楼层错层等薄弱部位。规则立面设计，需要工作人员对建筑立面设计要求进行充分考虑，比如，可以设计实心墙，相较于空心墙而言，实心墙更能抵抗地震作用。此外，墙体的厚度和高度比也应合理设计，从而提高墙体的抗震能力，保证墙面的平整性，防止出现凹凸等现象，影响建筑抗震性能。

建筑平面设计中，也同样需要工作人员充分考虑工程项目整体情况。要确保建筑物的基底坐落在坚固稳定的土壤上，避免软弱的土层或易于液化的土层。同时尽可能采用简单规则的建筑平面设计方式，减少不规则形状的平面，例如，L形、T形、U形等。还要注意保证建筑质量和刚度的分布均匀，避免质量或刚度过于集中。

3.4 科学选用抗震材料

现代建筑结构抗震设计中，科学选用抗震材料是一项重点工作。在抗震材料选用中，要充分考虑以下4个方面。

(1)强度和刚度，材料的强度和刚度，会对建筑物的抗震性能产生直接影响。一般来说，高强度、高刚度的材料，实际抗震性能良好。从实际建筑工程施工中不难发现，钢结构和钢筋混凝土结构的抗震性能要优于砖石结构[5]。因此，建筑结构抗震设计中，工作人员可以选择钢筋混凝土结构，或者钢结构，为建筑物整体抗震性能提升奠定基础。

(2)延性和韧性，材料的延性和韧性，主要是指材料在受力状态下的变形能力。延性和韧性好的材料，能够在地震作用下产生较大的非弹性变形，从而消耗地震能量，提高建筑的抗震性能。因此，可以将混凝土和钢材等材料应用在建筑抗震设计中，此类材料具备良好的延性和韧性。

(3)复合作用，在抗震设计中，工作人员可以考虑使用多种材料的复合作用，从而提高建筑的抗震性能。比如，钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土，具有很好的复合作用，在提高结构抗震性能中发挥着重要作用

(4)质量，材料的质量会对建筑物抗震性能产生很大影响，高质量的材料能够提高建筑的抗震性能，延长建筑的使用寿命。因此，为确保选用的材料质量，能够满足施工要求，安排专门工作人员做好调查、审核工作。材料选购之前，调查市场中不同类型材料的价格、性能等，还要对不同供应商资质、信誉情况有着准确把握[6]。在合适时机进行材料选购，同时与资质高、信誉好的供应商，创建良好、长久合作关系。在将施工材料运输到施工现场后，工作人员要对材料性能、相关证件等进行审核，审核通过后，才能应用在建筑结构抗震施工中。

综上所述，科学选用抗震材料时，需要综合考虑材料的强度、刚度、延性、韧性、复合作用和质量等因素。在实际应用中，要根据建筑物的用途、地理位置、气候条件、经济条件等因素进行合理选择。在最大程度上，确保选用的抗震材料，符合施工要求，减少不合理情况出现。

4 现代建筑结构抗震加固措施

4.1 自身加固法

现代建筑结构抗震加固中，自身加固法主要包括以下3种类型。

(1)增加结构构件截面加固法。通过增加结构构件的截面尺寸、提高结构构件的承载力、延性和刚度等方式，提高建筑结构的抗震性能[7]。该种加固方式，适合应用在梁、柱、墙等各类混凝土构件和钢构件加固中。柱加大截面加固法如图1所示。

图1 柱加大截面加固法

(2)耗能构件加固法。在建筑结构的某些部位，设置阻尼器、金属屈服阻尼器、粘弹性阻尼墙等专门的耗能构件，消耗地震输入结构的能量，减小地震反应，降低地震对建筑主体结构的影响。该种加固方式，适合应用在高层建筑、桥梁等结构当中。

(3)结构隔震加固法。将隔震层设置在结构基础与上部结构之间，比如，设置橡胶支座、摩擦滑动支座等，将地震能量隔离在隔震层中，从而减小上部结构的地震反应，提高结构的抗震性能。该种加固方式，适合应用在既有建筑和新建建筑的抗震加固环节。

4.2 外包加固法

现代建筑结构抗震加固中的外包加固方式主要是：在建筑物的外部采用加固材料和技术，提高建筑结构的抗震性能。该种加固方式可以在不改变原有建筑结构的前提下，提高结构的承载力、变形能力和耗能能力，从而降低地震作用下的建筑受损程度。比如，采取增大截面法，在原有构件周围浇筑新的混凝土截面，从而提高构件的承载力和刚度。该种方式适用应用在梁、柱、墙等构件的加固。还可以采取复合材料加固法，采用高性能纤维复合材料，比如碳纤维、玻璃纤维等材料对构件进行包裹，提高构件的承载力和延性。