試析結構抗震與減震加固方法的應用

■張仟朋 ■唐山開灤勘察設計有限公司，河北 唐山 063000

結構抗震是建筑物加固過程中的一個重要工作。我國是一個地震災害頻發(fā)的國家，隨著我國科學技術不斷發(fā)展，建筑物抗震減震技術也在不斷進步，建筑物抗震減震相關的標準越越來越高，但仍然有大量的建筑物原有抗震能力達不到國家規(guī)定的標準，需要進一步進行抗震和減震加固［1］。建筑物的結構抗震加固并非是針對架構中某一部件進行局部加固，而是需要對建筑物結構進行整體抗震性能加強。

1 結構抗震與減震加固方法應用概述

北京體育館是二十世紀六十年代的建筑物，其主館的面積為四萬平方米，長度設計為一百二十二米，寬度設計為一百零七米，高度設計為二十八米，在二十世紀是我國非常著名的管類建筑工程。在北京奧運會舉辦前被安排為奧運會的排球比賽場所，并被列為北京奧運會改擴建建設的一個項目。北京體育館主要有屋蓋和下部建筑兩部分組成，屋蓋的結構是一種正交斜放鋼結構網(wǎng)架，下部建筑是一個鋼筋混凝土框架結構。目前該體育館的已經(jīng)使用近五十年，由于年代的限制，其建筑技術水平和設計經(jīng)驗不能夠和當今社會相并論，其設計中對抗震減震的考慮并不充分，整體結構存在比較嚴重的抗震安全隱患。建筑工程質量監(jiān)督檢測中心對北京體育館進行測量后，表示其混凝土結構中的部分建筑與屋蓋鋼網(wǎng)結構的一些桿件在設計時并未考慮抗震設計，導致其已經(jīng)存在承載力不足的問題，并為更好服務于北京奧運會而對其結構進行了抗震和減震加固處理［2］。

2 抗震和減震加固的方法

2．1 增設構件加固法

增設構件加固法是目前使用最為普遍有效的結構抗震加固法的一種，能夠有效提高建筑物的結構抗震能力以及變形能力。增設構件加固法的主要方法有增設抗震墻、增設支撐、增設鋼架等加固方法。當建筑物原有墻體之間的距離不符合當前的結構抗震規(guī)定，或者其抗震承載力達不到相關規(guī)定標準時，就需要采取增設抗震墻加固方法［2］。這種方法能夠讓增設的抗震墻分擔主要的地震應力作用，最大限度減小建筑物的結構變形。在進行抗震墻加固過程中，需要對增設墻體和建筑物原有構件的連接進行考慮，在保證其得到可靠連接的同時，還需要避免對原有建筑物結構部件造成損害。另外，在增設抗震墻時還需要注意，抗震墻一般都有比較大的剛度，需要考慮建筑架構的整體剛度均勻性，以免導致薄弱層出現(xiàn)轉移。增設抗震墻加固法的優(yōu)點在于應力傳遞比較簡單，增設后建筑物的剛度和強度都會得到很大提升，且抗震性更好，所需成本低。但也存在著墻體重量較大，基礎結構需要有很好的承載能力，且施工產生的噪音、振動很大，施工時間比較長等缺點［3］。

2．2 增強構建加固法

增強構建加固法是在無法使用增設構件加固時使以及用的方法，即對建筑物原有的構件進行加固處理，提高其承載力，改善其延性，進而達到提高其抗震性能的目的。這種加固方法主要分為外粘型鋼加固、粘貼鋼板加固、粘貼纖維增強復合材料加固等方法［4］。在需要大幅度提高建筑物截面承載以及抗震性能的剛勁混凝土梁柱等建筑物構件加固時，使用外粘型鋼加固法比較合適。這種加固方法主要是利用灌漿或者焊接等方式用型鋼將構件的四邊或者兩個角從外部包裹住，讓型鋼和建筑物原有構件一起承擔荷載以及地震應力作用，以對建筑物原有構件進行約束來提高其承載和變形能力。這種加固方法的主要優(yōu)點在于施工簡單、工作量小，建筑物的截面尺寸變換小，自重變化小，但承載力得到明顯提高，且建筑物的整體構件剛度和延性也得到了改善。鋼筋混凝土受彎、偏心受壓和受拉，使用粘貼鋼板加固法比較合適，這種加固法主要是將利用建筑結構膠將鋼板粘在混凝土結構表面之上，這種方法會讓應力同時作用于鋼板和混凝土構件，達到提高建筑物承載性能的目的［5］。這種方法的主要優(yōu)點在于加固方式簡單、迅速，對建筑的外形等方面的影響不大。

2．3 隔震減震加固法

隔震減震加固法主要是將隔震技術加入到抗震加固之中，利用隔震層將地震產生的應力均集中到隔震層之上，減小地震能量由下向上的傳遞，進而減小地震對建筑物架構的影響，提高建筑物的抗震能力。隔震減震加固法的主要優(yōu)點在于加固效果優(yōu)秀，不影響建筑物的功能。但也存在工程建設核對維護步驟繁雜的缺點。耗能減震加固是在建筑物某些原有構件上增設耗能阻尼減震裝置，以此減小地震對建筑結構的影響，起到抗震作用。這是一種新的抗震技術，也是一條新的抗震途徑，以增加結構能量達到抗震作用，并非以改變建筑結構的剛度和延性進行結構加固。據(jù)相關研究表明，這種抗震方式相交于傳統(tǒng)的結構抗震加固方法，地震反應測量減小了50%左右，其減震體系構建成本相較于傳統(tǒng)的結構抗震加固方法減少了8%左右，具可以獲得社會經(jīng)濟效益［6］。

3 抗震和減震加固方法的應用

當時為北京體育館的結構抗震與減震加固問題，有很多結構都提出了解決方案，其中由哈爾濱工業(yè)大學提出的一種方案在很大程度上降低了加固改造成本，且有效的避免了抗震體系給體育館功能帶來的影響。該方案主要是對體育館進行結構減震處理，并輔以結構加固，來進行體育館的抗震和減震加固。其具體抗震措施為:給體育館上屋蓋網(wǎng)架結構按章彈性減震支座，限制地震能量向上傳輸，并在下部建筑框架結構的某些位置施加剛性支撐，一次對混凝土結構進行加固處理。對于館內的抗震缺陷位置，增設阻尼效能減震加固等方法進行結構加固。根據(jù)北京體育館的原有結構特點，進行讓俺阻尼器設計與生產。阻尼器的支座選用韌性鋼支撐支座以及新加鋼混墻支座兩種類型，以此擺正阻尼器在地震時，能夠擁有良好的減震消能作用，以此來防止體育館梁柱節(jié)點和鋼支撐在阻尼器為發(fā)揮作用前即出現(xiàn)損傷。阻尼器安裝時，需要先使用手腳架設置一個和阻尼器支座頂端相平行的施工平臺。此外，阻尼器在焊接過程中需要校正正其位置，利用千斤頂將阻尼器與上部鋼板進行緊密接觸。阻尼器的焊接質量對其是否能夠正常進行抗震和減震工作有極大影響，需要格外慎重。阻尼器安裝需要保證其兩端是同時進行焊接的，以免其發(fā)生變形情況，且兩端均必須焊滿。阻尼器底部五只腳需要分層焊接，焊接完一層都必須利用小錘將其焊皮敲掉，然后再繼續(xù)焊接。為了防止焊接時應力過大，焊接需要采取間斷焊接，并在焊接完成后將焊接檢驗合格后再進行后續(xù)工序。

4 結束語

近年來，世界各國地震災害頻發(fā)，人們對建筑物的抗震要求越來越高，傳統(tǒng)的抗震建筑方法已經(jīng)無法滿足當今社會的要求。我國目前的的建筑物結構抗震和減震研究工作正在進行當中，其主要研究的類型有增設構件加固法、增強構建加固法以及隔震減震加固法等幾種常用的抗震加固法。北京體育館應用抗震和減震加固方法進行結構加固，其抗震效果良好，能夠滿足國家規(guī)定的抗震相關標準。

［1］周乾．中國古建筑榫卯結構抗震性能與加固方法研究［D］．2012．

［2］王晶．建筑結構抗震的加固方法［J］．城市建設理論研究(電子版)，2012，(15)．

［3］李艷霞．隔震和消能減震技術的應用［J］．中國公路，2012，(20)．

［4］戚振安．建筑結構抗震加固方法探討［J］．科技傳播，2010，(17)．

［5］王有振．民用建筑的抗震鑒定與加固研究［D］．2011．

［6］曲哲，張令心．日本鋼筋混凝土結構抗震加固技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．地震工程與工程振動，2013，33(4)．