建筑工程抗震设计与加固技术研究

摘要： 本文聚焦建筑工程领域，深入探究抗震设计原理、方法以及加固技术应用策略。剖析地震对建筑破坏机制，阐述抗震设计遵循的规范标准、选址布局、结构选型关键要点，详述从基础到上部结构各部位抗震设计细节，介绍既有建筑加固原因、时机与多种加固技术手段，探讨面临挑战与应对，旨在提升建筑抗震性能，保障人民生命财产安全，推动建筑工程抗震领域发展。

一、引言

地震作为极具破坏力的自然灾害，对建筑工程安全构成严重威胁。在地震频发区域，建筑抗震设计与加固至关重要。科学合理的抗震设计可使新建建筑在地震来袭时有效抵御灾害，保障人员安全；对既有建筑适时加固，能提升其抗震能力，适应不断提高的抗震设防要求，二者共同为城市抗震防灾筑牢根基。

二、地震对建筑的破坏机制剖析

（一）惯性力作用

地震发生时，地面剧烈运动，建筑由于惯性保持原有静止或运动状态，从而产生惯性力。当惯性力超过建筑结构构件承载能力，如梁、柱受拉压、剪切力过大，会引发构件开裂、变形甚至断裂，致使建筑整体结构失稳，造成倒塌风险。

（二）共振效应

若建筑自振频率与地震波某频段接近或一致，会引发共振现象。共振大幅放大建筑振动幅度，使结构承受远超常规地震力冲击，加剧结构破坏。不同结构形式、高度建筑自振特性各异，设计需规避共振风险，确保建筑抗震稳定性。

（三）地基失效

强烈地震可致地基土液化、沉降、滑坡等问题。液化使地基承载力骤降，建筑发生不均匀沉降，墙体开裂、倾斜；坡地建筑受滑坡影响，基础位移，结构受附加剪力破坏，地基失效常引发建筑灾难性后果，是抗震设计关键考量。

三、建筑工程抗震设计的关键要点

（一）遵循抗震规范标准

各国及地区依据地震历史、地质构造制定严格抗震设计规范。设计人员须精准掌握规范要求，依建筑所在地区抗震设防烈度、场地类别等参数确定设计地震分组、地震加速度等关键指标，从结构计算到构造措施全方位落实规范，确保设计合规有效。

（二）合理选址与布局

选址避开地震活动断层、软弱土、易滑坡地段等不良地质区域。建筑布局依场地地形、周边环境优化，群体建筑间距满足抗震要求，避免地震时建筑相互碰撞；合理规划建筑长宽比、高宽比，增强整体稳定性，减少地震扭转效应影响，降低地震破坏风险。

（三）科学结构选型

依建筑功能、高度、重要性适配结构形式。低层住宅可选砌体结构，加强圈梁、构造柱设置提升抗震；多层公共建筑常用框架结构，利用梁柱刚接形成空间体系耗能；高层建筑结合框架 - 剪力墙、筒体结构，发挥剪力墙、筒体抗侧力优势，合理分配刚度，保障结构在地震下安全。

四、建筑工程各部位的抗震设计细节

（一）基础抗震设计

1.基础选型优化

依据地质勘察结果，软土地基选桩基础，将荷载传至深部稳定土层，减少沉降；硬土地基可采用筏板基础，增强整体性。桩基础设计合理桩径、桩长、桩间距，考虑地震水平力作用下桩身受力特性，确保基础抗震可靠。

2.基础与上部结构连接加强

强化基础与上部结构连接节点构造，如设置足够数量、直径的锚固钢筋，确保地震力传递顺畅，防止结构底部脱节，保障建筑整体协同抗震，使基础与上部结构形成有机抗震整体。

（二）上部结构抗震设计

1.框架结构抗震设计

遵循 “强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件” 原则。加密柱端箍筋提高柱延性，确保地震下塑性铰先在梁端形成，耗散能量；合理设计梁、柱纵筋配筋率，控制构件抗弯、抗剪能力，防止脆性破坏；加强梁柱节点核心区箍筋配置与混凝土强度，保障节点可靠传力。

2.剪力墙结构抗震设计

合理布置剪力墙位置、数量，均匀分布于建筑平面，控制墙体间距，提高结构抗侧刚度。优化剪力墙洞口设计，避免削弱墙体太多，确保墙体在地震作用下稳定承载，同时加强边缘构件配筋，提升墙体延性与耗能能力。

五、既有建筑的抗震加固策略

（一）加固原因与时机

既有建筑因设计年代抗震标准低、功能改变、结构老化等需加固。老旧砌体房屋圈梁构造柱不足，抗震性能差；建筑用途变更，如仓库改商场，荷载增大，原结构承载不适应。在建筑改造、抗震鉴定不达标的情况下，应及时实施加固，提升抗震能力。

（二）加固技术手段

1.外包钢加固法

对梁、柱构件，采用角钢、钢板外包，通过结构胶或焊接连接。角钢约束构件，提高抗压、抗弯能力，增强延性，适用于不允许增大截面尺寸的加固场景，施工便捷，对建筑使用影响小。

2.粘贴纤维复合材料加固法

用碳纤维布、玻璃纤维布粘贴于构件表面，纤维方向依受力配置。利用纤维高强度特性分担构件拉力，提升抗弯、抗剪性能，自重轻、耐腐蚀，广泛用于楼板、梁加固，不改变结构外形，美观且高效。

六、建筑工程抗震设计与加固面临的挑战与应对

（一）技术创新挑战

1.新型结构体系抗震设计难题

新结构形式如装配式建筑、张弦结构抗震设计经验少。装配式建筑节点连接在地震下可靠性待验证，张弦结构受力复杂，设计需创新理论方法，模拟分析难度大，制约新技术推广应用。

应对策略：科研院校联合企业开展抗震试验研究，积累数据；建立数值模拟模型，优化设计方法；制定专项设计规范，为新型结构抗震设计提供依据，推动技术成熟落地。

2.高性能材料应用困难

高强、高性能材料如高性能混凝土、纤维增强复合材料在抗震设计应用受限。材料性能与结构协同工作机理不明，施工工艺复杂，如高性能混凝土振捣要求高，易出现缺陷，影响结构抗震质量，需攻克技术瓶颈。

应对策略：加强产学研合作，深入研究材料 - 结构相互作用；优化施工工艺，编制操作指南；开展示范工程，积累应用经验，促进高性能材料广泛用于抗震领域。

（二）成本效益矛盾

1.抗震设计前期成本增加

提高抗震设防标准，建筑设计需更多分析计算、采用高成本结构形式、材料，如高层选筒体结构成本高于框架，增加建设投资，业主经济压力大，部分追求短期利益者抵触，阻碍抗震设计提升。

应对策略：从全生命周期成本分析，展示抗震设计降低震后损失、维修成本，长期效益显著；政府出台补贴、税收优惠，鼓励业主提升抗震标准，平衡成本效益，保障建筑抗震质量。

2.既有建筑加固资金筹措难

既有建筑加固资金量大，业主、社会资本积极性不高。老旧小区居民经济能力有限，难以承担分摊费用；商业建筑业主担忧影响运营收益，资金投入谨慎，导致加固推进缓慢，抗震隐患长存。

应对策略：政府设立专项加固基金，给予财政补贴；探索金融创新，如低息贷款、抗震性能保险，吸引社会资本参与；推动业主委员会协商共担费用，多渠道解决资金难题，加速既有建筑抗震加固。

七、结论

建筑工程抗震设计与加固是保障生命财产安全的核心任务，虽面临挑战，但借技术创新、成本调控、人才培养之力，突破重重难关，必将提升建筑抗震能力，为城市抵御地震灾害铸就坚固防线，推动建筑工程迈向抗震防灾新高度。

参考文献

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