歷史建筑抗震加固技術(shù)現(xiàn)狀與展望

李文峰 蘇宇坤

歷史建筑的抗震安全問題，是歷史建筑保護和利用的重點和難點之一。本文從歷史建筑的定義與保護原則、加固原則、加固方法等方面，對歷史建筑抗震加固技術(shù)現(xiàn)狀進行介紹，并對歷史建筑抗震加固技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

歷史建筑的定義與保護原則

根據(jù)國務(wù)院2008年頒布的《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》，歷史建筑是指經(jīng)城市、縣人民政府確定公布的具有一定保護價值，能夠反映歷史風貌和地方特色，未公布為文物保護單位，也未登記為不可移動文物的建筑物、構(gòu)筑物。

從認定和管理方法到保護原則等方面，歷史建筑不同于文物建筑。歷史建筑保護的原則與文物建筑有一定相近之處，但也有較大區(qū)別。文物建筑保護應(yīng)遵循“不改變文物現(xiàn)狀”的原則。文物建筑的利用不能改變現(xiàn)狀，也不得損毀、改建、添建或拆除。而歷史建筑保護的原則是不得拆除，對其維修應(yīng)保持外形和風貌不變，允許對其進行內(nèi)部改造。

歷史建筑示例

我國歷史建筑存量大、范圍廣。以北京為例，北京市政府2019年批準公布的第一批歷史建筑有429處，包括居住建筑、辦公建筑、文化教育建筑、醫(yī)療建筑、商貿(mào)建筑、工業(yè)建筑等，如人民大會堂、百萬莊小區(qū)（圖1）等。

上海市已多批次批準公布了數(shù)量眾多的歷史建筑， 如匯豐銀行大樓（圖2）、原駐滬日軍司令部等，涵蓋了不同的歷史時期。

圖1 歷史建筑示例——北京市百萬莊小區(qū)

圖3 某歷史建筑外墻現(xiàn)狀

歷史建筑的抗震性能現(xiàn)狀

歷史建筑建成年代一般較為久遠，建造時未進行抗震設(shè)防，且建筑結(jié)構(gòu)材料性能存在老化問題（圖3）。同時，歷史建筑在長時間的使用過程中，大多會經(jīng)歷建筑功能改變和裝修改造。在改造過程中，常會對主體結(jié)構(gòu)進行拆改，也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震性能的惡化。因此，一般的歷史建筑抗震性能相對較差，需進行抗震加固。

歷史建筑存在的抗震問題

歷史建筑的建成年代涵蓋了不同的歷史時期。建筑功能包括居住建筑、公共建筑等不同類型。建筑結(jié)構(gòu)類型包括了磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)類型常見的抗震問題如表1所示。

表1 歷史建筑常見的抗震問題

歷史建筑抗震加固的原則

歷史建筑抗震加固需遵循的原則為：應(yīng)保持風貌不變，以內(nèi)部加固為主，不應(yīng)改變具有典型特征的結(jié)構(gòu)形式，盡量實現(xiàn)加固的可識別與可逆。分述如下：

圖4 歷史建筑風貌保護示例

1.內(nèi)部加固

受保護要求的限制，歷史建筑的抗震加固只能以內(nèi)部加固為主，不允許改變建筑風貌。在實際工程實踐中，一般不能進行建筑外墻外部的加固。確實需要時，建筑外立面允許出現(xiàn)一些局部的、不改變風貌的加固措施，如圖4中紅色云線所示的內(nèi)部新增鋼拉桿的端部錨固板。

2.建筑結(jié)構(gòu)形式的保護

對于某些歷史建筑，其建筑結(jié)構(gòu)形式屬于受保護的范圍。例如我國各個區(qū)域現(xiàn)存的大量的木結(jié)構(gòu)民居，其木構(gòu)架本身是其建筑典型特征。在抗震加固時，不應(yīng)改變其結(jié)構(gòu)形式。

3.可識別與可逆原則

由于保護歷史建筑的重要性將逐步提高，加固技術(shù)也將進一步發(fā)展，文物建筑加固中所遵循的可識別和可逆原則，對于某些重要的歷史建筑也同樣適用。

歷史建筑修繕與抗震加固的關(guān)系

歷史建筑的修繕，是需長期進行的，涉及建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護構(gòu)件等多方面的維護與局部加固，但不一定能提高建筑的抗震性能；抗震加固一般是針對性解決抗震薄弱問題，提升建筑抗震性能的整體加固?？拐鸺庸掏菤v史建筑整體修繕、改造的一項內(nèi)容。

與修繕工程相比，抗震加固的技術(shù)標準更為統(tǒng)一、明確，且有最低要求。歷史建筑的抗震加固，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑抗震鑒定標準》和《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。

流程方面，抗震加固流程相對較長且更為嚴格。歷史建筑的抗震加固包括抗震鑒定、加固設(shè)計、加固施工、驗收等步驟。由于歷史建筑的重要性，其抗震加固方案一般情況下還需要進行專項論證和評審。

抗震加固方法

與普通建筑的抗震加固相同的是，歷史建筑的抗震加固也需針對不同的結(jié)構(gòu)類型及其存在的問題，選擇適宜的抗震加固方法。例如，磚混結(jié)構(gòu)可采用增設(shè)鋼筋網(wǎng)砂漿面層（圖5）、鋼絞線網(wǎng)聚合物砂漿面層、鋼筋混凝土板墻等方法對建筑內(nèi)墻和外墻內(nèi)側(cè)進行加固。

上述幾種磚混結(jié)構(gòu)歷史建筑常用抗震加固方法的特點如表2所示。

圖5 磚混結(jié)構(gòu)增設(shè)鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固施工過程

圖6 混凝土結(jié)構(gòu)增設(shè)鋼絞線網(wǎng)聚合物砂漿面層施工過程

表2 磚混結(jié)構(gòu)歷史建筑常用抗震加固方法的特點

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用增設(shè)支撐、增設(shè)抗震墻等間接加固方法，也可采用增大截面、增設(shè)鋼絞線網(wǎng)聚合物砂漿面層（圖6）、粘貼鋼板、粘貼纖維材料等構(gòu)件直接加固的方法。

上述幾種鋼筋混凝土歷史建筑常用抗震加固方法的特點如表3所示。

表3 鋼筋混凝土歷史建筑常用抗震加固方法的特點

從結(jié)構(gòu)體系角度而言，木結(jié)構(gòu)整體抗震性能相對較好。某些木結(jié)構(gòu)民居存在的抗震問題，需根據(jù)具體情況選擇對應(yīng)的抗震加固方法。一般可采用增設(shè)腋撐、節(jié)點直接加固、完善木構(gòu)架體系等方法進行加固，幾種加固方法的特點見表4。

表4 木結(jié)構(gòu)歷史建筑常用抗震加固方法的特點

減隔震技術(shù)在歷史建筑抗震加固中的應(yīng)用

近年來，減隔震技術(shù)在我國建筑工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，技術(shù)方面已相對成熟。在建筑抗震加固工程中，也得到了較多應(yīng)用。由于減隔震技術(shù)一般可明顯減小加固范圍，能更有效地保護建筑風貌，加固方法本身具有可識別、可逆的特征，因此更適用于歷史建筑的抗震加固。

隔震技術(shù)適用于大多數(shù)的歷史建筑結(jié)構(gòu)類型，特別適用于磚混、鋼筋混凝土等側(cè)向剛度較大的結(jié)構(gòu)類型；采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)時，還可減少室內(nèi)裝修的破壞量，在需要保護房屋內(nèi)部風貌時，有明顯的優(yōu)勢。采用隔震技術(shù)時，基礎(chǔ)托換（圖7～圖10）是設(shè)計施工的重點和難點。

消能減震技術(shù)適用于木構(gòu)架、鋼筋混凝土框架、鋼框架等側(cè)向剛度相對較小的歷史建筑結(jié)構(gòu)類型。該技術(shù)通過耗能機制對建筑結(jié)構(gòu)主體提供保護，具有加固部位少、易于安裝和拆卸等優(yōu)點，在歷史建筑抗震加固中有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

圖7 基礎(chǔ)隔震施工步驟1——地下墻體開洞

圖8 基礎(chǔ)隔震施工步驟2——托梁及抬梁施工

圖9 基礎(chǔ)隔震施工步驟3——支座安裝

圖10 基礎(chǔ)隔震施工步驟4——支座上下支墩施工

歷史建筑抗震加固存在的問題

歷史建筑抗震加固所采用的技術(shù)及方法來源于普通建筑工程的抗震加固，而歷史建筑抗震加固的要求高于普通建筑，其技術(shù)難度和實施難度也明顯高于普通建筑。

由于受風貌保護要求的限制，建筑外部難以采取抗震加固措施，建筑內(nèi)部的抗震加固又不可避免地會對使用造成影響。特別是住宅類的歷史建筑，其產(chǎn)權(quán)多分別屬于不同業(yè)主，且抗震加固還往往會減小房間使用面積，推行的難度可想而知。

另外，受原有結(jié)構(gòu)材料及加固技術(shù)現(xiàn)狀的限制，目前常用的大多數(shù)的構(gòu)件加固方法，如增加截面、粘貼鋼板、粘貼纖維布等，都不能較好地實現(xiàn)可識別與可逆。由于某些歷史建筑未來可能會被列為文物保護單位，且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能也具有保護價值，因此在選擇加固方法時，需慎重考慮建筑的重要性及未來定位變化的可能性。

歷史建筑抗震加固技術(shù)展望

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平和社會文明程度的不斷提高，歷史建筑所承載的歷史價值和人文精神越來越受到重視。而歷史建筑的抗震安全問題也不容忽視，雖然抗震加固技術(shù)已取得很大進展，也有了很多工程積累，但面臨這些難題，抗震加固的材料、方法、工藝還需進一步發(fā)展。

不同類型的歷史建筑，其加固技術(shù)需求不盡相同。對于具有一定規(guī)模的重要公共建筑，加固方式的裝配化、可識別性、可逆性顯得尤為重要，加固措施及其施工機具的小型化也是發(fā)展方向之一。住宅及房間面積局促的小型公共建筑，如何在保證安全的基礎(chǔ)上進一步減少對戶內(nèi)現(xiàn)狀及使用面積的影響，是核心問題和重要的技術(shù)發(fā)展方向。

總體而言，隨著歷史建筑抗震加固的實踐逐步豐富和深入，適宜于其特定需求的新加固方法、工藝將進一步涌現(xiàn)，其抗震加固安全問題也將得到逐步解決。