余迪

【摘 要】地震是嚴重的自然災(zāi)害之一，對建筑的破壞十分巨大，威脅著我們的生命、財產(chǎn)安全，因此人們對于建筑物的抗震性格外的關(guān)注。在鋼筋混凝土框架技術(shù)日趨成熟的今天，在高層建筑與大型建筑中應(yīng)用廣泛，框架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究成為了建筑設(shè)計時要考慮的重要問題。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；框架；抗震性

地震是人類很難預(yù)測與預(yù)防的自然災(zāi)害，而造成地震中傷亡人數(shù)巨大的一個重要原因是房屋的抗震性不好。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展與科技的進步，高層建筑已經(jīng)成為了城市的主流建筑，而地震帶來的威脅變得尤為突出，地震對人身財產(chǎn)安全造成的危害、后果不堪設(shè)想。因此，加強建筑物的抗震設(shè)計是我們需要持續(xù)努力的方向，尤其是我國城市最多見的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，需要在已有建筑升級改造與新建筑設(shè)計上多下功夫。

一、鋼筋混凝土房屋的抗震特點

鋼筋混凝土高層建筑在力學(xué)控制上主要以豎向荷載為主，層數(shù)越多，水平荷載對于高層建筑穩(wěn)定的影響越大。自從我國1976年發(fā)生的唐山大地震之后，京津唐地區(qū)在對于高層建筑防震設(shè)計上引起了足夠的重視，并制定與出臺了《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定》。至2002年又出臺了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，相對之前的抗震設(shè)計要求規(guī)范要提高了很多。

鋼筋混凝土建筑層建筑的抗震設(shè)計特點：一是由于水平荷載的影響要比豎向荷加得快。地震引起的內(nèi)力隨高度按線性比例增加，水平荷載越往上荷載越大。而由它們所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力則與高度的平方成正比。二是任何材料在承受壓力時，可以利用材料的強度使其變彎，不可能全部發(fā)揮材料承受壓力的潛力，構(gòu)件軸心受力比偏心受力或受彎更為合理，并且建筑層數(shù)越多，彎剪內(nèi)力越大，結(jié)構(gòu)的材料性能越難以充分發(fā)揮承重潛力。三是當(dāng)建筑物高度越高，地震荷載對結(jié)構(gòu)起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移速度更快。由此可見，建筑抗震特性與高度有直接的關(guān)系，在荷載、彎矩、位移等方面都有明顯的影響。

二、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要實現(xiàn)的目標(biāo)

1.地震給鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)帶來的危害

一是側(cè)向位移使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，尤其是對豎向構(gòu)件的影響，當(dāng)側(cè)向位移增大時，偏心加劇，當(dāng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力值超過一定數(shù)值時，將會引起整幢房屋的倒塌破壞。二是使居住的人們感到恐慌與不適。三是使填充墻等其他結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，使電梯軌道變形、其他電器元件損壞等等，不但增加了危害的復(fù)雜性也增加了建筑后期的不穩(wěn)定性。

2.現(xiàn)行建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)

建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)是隨著結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論與實踐的發(fā)展而變化的，也是隨著建筑設(shè)計技術(shù)與建造工藝的發(fā)展而發(fā)展的，在人類和地震災(zāi)害不斷的作斗爭的過程中，不斷積累經(jīng)驗教訓(xùn)，因而建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)也有些許改變，在做好建筑抗震設(shè)計之前，必須要清楚現(xiàn)行建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)，必須按照標(biāo)準(zhǔn)辦事。

現(xiàn)有鋼筋混凝土建筑物抗震目標(biāo)，從既安全又經(jīng)濟的抗震原則出發(fā)，世界各國的抗震研究工程師先后提出了較為一致的抗震設(shè)防的目標(biāo)。這就是在多遇的小震作用下，建筑物不應(yīng)發(fā)生破壞，在中等地震作用下允許建筑物發(fā)生破壞，其破壞程度應(yīng)在稍加修理或不需要修理就可繼續(xù)使用，在罕遇的地震作用下，允許結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重破壞，但應(yīng)確保主體結(jié)構(gòu)的安全，防止倒塌傷人。我國2001年出臺的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中“小震、中震和大震”是根據(jù)地震災(zāi)害的危險性，用概率分析的方法給出，進而給出了新建建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，其中中震即設(shè)防烈度。在《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》TJ23-1977規(guī)定的房屋抗震標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，“設(shè)防烈度地震影響下不倒塌傷人或砸壞重要生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)修理后仍可繼續(xù)使用”。

3.抗震鑒定的方法

目前對建筑抗震鑒定是運用模糊數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)的方法，對要鑒定的建筑根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)、工藝、用途、建造過程等賦以一定的數(shù)值，評估建筑結(jié)構(gòu)的綜合抗震能力。通過現(xiàn)行的建筑設(shè)計基本抗震原則和思想，重點著眼于建筑結(jié)構(gòu)的抗震理念與設(shè)計，對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和關(guān)鍵構(gòu)造進行宏觀判斷。借助于“抗震概念設(shè)計”的要求，采用“抗震概念鑒定”從多個側(cè)面的綜合來衡量現(xiàn)有建筑的整體抗震能力，以提高現(xiàn)有建筑的綜合抗震可靠性。抗震性的鑒定一般源于工程師的知識、經(jīng)驗甚至直覺。它不同于僅僅按照規(guī)范進行抗震鑒定的方式，而是依靠規(guī)范以外的思維、分析或計算手段得到的正確判斷進行鑒定。

三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計

1.抗震加固的基本原則

一是在已有的鋼筋混凝土建筑的基礎(chǔ)上，重點對于城市生命線工程和易造成次生災(zāi)害的工程等。加固主要是加強結(jié)構(gòu)整體性和提高抗變形能力，及加強薄弱環(huán)節(jié)和危險部位，提高抗震加固效果。二是抗震加固與修復(fù)的概念不同。抗震加固是在現(xiàn)有建筑在正常使用下達到抗震設(shè)防要求，包括構(gòu)件受損后抗震能力不足的恢復(fù)性加固，構(gòu)件補強性加固，提高結(jié)構(gòu)抗震能力的局部加固或全面加固及改變使用性質(zhì)后的加固。三是提高綜合抗震能力的優(yōu)化原則。對建筑進行抗震加固，一般選擇提高承載力、提高變形能力或既提高承載力又提高變形能力的方法。因此，抗震加固時，要先搞清房屋存在的缺陷，弄清使結(jié)構(gòu)達到規(guī)定設(shè)防要求，盡可能清除原結(jié)構(gòu)不規(guī)則、不合理、局部薄弱層等不利于抗震的因素，還要結(jié)合使用功能，施工方法，對環(huán)境影響等要求，選擇加固方法。

2.抗震加固設(shè)計常用的方法

一是增大截面加固法。針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對于梁板的加固，要采用截面加固法，用增大混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物構(gòu)件的截面面積，達到提高其承載力的方法。對于梁柱加固，要采用外包鋼加固法，即在鋼筋混凝土梁、柱四周包以型鋼的一種加固方法。對于提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu)，采用外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿或撐桿對結(jié)構(gòu)進行加固的方法。

二是碳纖維加固法，碳纖維材料的抗拉強度高于普通鋼筋的 10 倍、彈性模量是鋼筋的數(shù)倍，因此可利用高性能結(jié)構(gòu)膠將碳纖維織物（布）粘貼于構(gòu)件表面，從而達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固補強及改善抗震性能的目的。由于碳纖維對混凝土的約束作用，構(gòu)件受力性能明顯得到改善。碳纖維質(zhì)輕且薄，加固后對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面、荷載增加均不大，不影響原有建筑使用功能，因此極適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固。

三是針對框架結(jié)構(gòu)增設(shè)剪力墻的加固方法。增設(shè)剪力墻加固方法較為常見，需要利用新增的剪力墻承擔(dān)主要的地震力，減小結(jié)構(gòu)的變形，降低框架柱的配筋構(gòu)造要求。結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固后，各樓層屈服強度和剛度的增長率大大高于可能的地震剪力和地震反應(yīng)的增長率。可選用的加固方法有外包鋼加固法，外部粘鋼加固法和外部粘貼碳纖維加固法。

四是間接加固。第一，房屋隔震加固，即把既有建筑物的特定層作為隔震層。隔震層通常放在基礎(chǔ)上，但根據(jù)需要也可放在建筑的某一特定層，在該層所有的鋼筋混凝土框架柱上增設(shè)使豎向剛度增大、水平側(cè)向剛度減小的隔震裝置。在地震作用下，通過隔震層的相對位移，達到大幅度降低結(jié)構(gòu)加速度譜值的目的。第二，消能減震，即減震加固結(jié)構(gòu)通過抗震評估確認既有建筑某層的層承載力不滿足抗震性能目標(biāo)水準(zhǔn)要求時，通過設(shè)置耗能減震裝置，達到增大結(jié)構(gòu)阻尼、減小層間位移的目的。

目前，對于地震的地點、時間和大小還無法進行準(zhǔn)確的預(yù)報，地震的復(fù)雜性與破壞機理對建筑的抗震要求還很多，不能通過單一的設(shè)計原理來確定建筑是否能有效的抗震，且城市的新舊建筑存在形式也很復(fù)雜，如何保證地震時建筑的安全性，還需要不斷的研究。

參考文獻：

[1]雷光宇，李鐵容. 框架填充墻底層薄弱層破壞模式及基本周期取值探討[J]. 四川建筑. 2011（S1）.

[2]繆志偉，葉列平. 罕遇地震作用下鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的耗能機制分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報. 2013（02）.

[3]葉列平，程光煜，曲哲，陸新征. 基于能量抗震設(shè)計方法研究及其在鋼支撐框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報. 2012（11）.