既有建筑结构抗震性能评估与加固技术的经济性优化研究

一、引言

（一）研究背景

我国大量既有建筑建成于抗震规范迭代前，随着《建筑抗震设计规范》的多次更新，这些建筑的抗震性能已难以满足现行安全标准。据住建部统计，2000 年前建成的民用建筑中，约 58%存在抗震构造缺陷，如梁柱节点配筋不足、结构整体性薄弱等，在地震作用下易发生局部破坏甚至倒塌（王军等，2023）。抗震加固作为提升既有建筑安全等级的重要手段，其经济性问题直接影响实施效果——过度强调安全可能导致成本激增，单纯追求低成本则可能埋下安全隐患。因此，如何平衡抗震性能与经济成本，成为既有建筑加固领域的核心课题。

（二）研究意义

理论意义：建立抗震性能评估与经济性优化的关联模型，突破传统“技术优先”或“成本优先”的单一思维，丰富既有建筑加固的理论体系。实践意义：提出的经济性优化策略可指导业主在安全与成本间找到平衡点，推动抗震加固工作从“被动执行”向“主动优化”转变，提升资源利用效率。

二、既有建筑结构抗震性能评估的理论基础（一）评估的核心维度

抗震性能评估需从结构的“承载力、延性、整体性”三个维度综合考量，三者共同构成结构抵御地震作用的能力：

1. 承载力：指结构构件（梁、柱、节点等）抵抗地震荷载的能力，需通过材料强度检测（如混凝土强度、钢筋配置）和力学验算，判断其是否满足现行规范要求。例如，框架柱的抗震承载力不足会导致地震时发生剪切破坏，这是评估中需优先关注的问题。

2. 延性：结构在地震中通过塑性变形吸收能量的能力，延性不足的结构易发生脆性破坏。评估中需重点检查构件的截面尺寸、配筋率等参数，如框架梁的剪跨比过小会显著降低延性。

3. 整体性：结构各部分协同工作的能力，依赖于连接构造的可靠性。例如，楼盖与墙体的连接薄弱会导致地震时出现“脱节”，降低整体抗侧移刚度。

三、主流抗震加固技术的经济性理论分（一）加固技术的分类与适用场景

不同加固技术的原理、成本及适用场景存在显著差异，需根据结构性能缺陷针对性选择：

1. 增大截面法：通过增加构件截面尺寸（如柱外包混凝土、梁增加翼缘）提升承载力，适用于承载力严重不足的构件。其成本主要包括材料费（混凝土、钢筋）、模板费和人工费，优势是技术成熟、耐久性强，但施工周期长（通常15-30 天/层），对建筑使用影响较大。

2. 粘贴纤维复合材料（FRP）法：将碳纤维、玻璃纤维等复合材料粘贴于构件表面，通过材料的高强度提升构件延性和承载力，适用于延性不足或承载力略低的构件。其成本中材料费占比达 60%，但施工便捷（5-10天/层），对建筑外观和使用空间影响小，适合需快速恢复使用的建筑。

3. 增设抗震墙法：在结构薄弱部位增加钢筋混凝土墙，提升整体抗侧移刚度，适用于整体性不足的框架结构。成本与墙体数量、厚度相关，优势是长期维护成本低，但会压缩建筑内部空间，适合对空间要求较低的工业建筑。

4. 消能减震法：通过安装阻尼器、隔震支座等装置吸收地震能量，减少主体结构受力，适用于重要公共建筑（如博物馆、指挥中心）。初期成本较高（阻尼器单价较高），但可降低主体结构加固量，且后期更换方便。（二）影响经济性的核心因素

1. 结构缺陷类型：针对性选择技术可降低成本，例如仅延性不足的构件采用FRP 法，比全面采用增大截面法成本降低 40% ；

2. 建筑功能：商业建筑因停工损失大，应优先选择施工周期短的技术（如FRP 法），尽管初期成本较高，但可减少间接损失；

3. 使用年限：长期使用（如剩余年限30 年）的建筑适合耐久性强的技术（如增大截面法），短期使用（如余年限10 年）的建筑可选择成本低的临时加固方案（如体外预应力法）。

四、基于全生命周期的经济性优化理论与（一）全生命周期成本的理论框架

传统经济性分析多关注初始加固成本，而全生命周期理论强调统筹“初始成本、维护成本、使用成本、拆除成本”四部分：

初始成本：加固施工的直接费用（材料、人工、设备等）；

维护成本：加固后定期检修、材料更换的费用（如 FRP 材料的定期检查、混凝土构件的裂缝修补）；

使用成本：加固对建筑功能的影响（如空间减少导致的租金损失、能耗变化等）；

拆除成本：建筑报废时的拆除与材料回收费用。

例如，消能减震法的初始成本高于增大截面法，但因主体结构损伤小，20 年维护成本可降低 50% ，全生命周期成本反而更低。

（二）性能与成本的平衡策略

1. 分级优化：根据建筑重要性确定性能目标——普通住宅按“中震可修”加固，医院、学校按“大震不倒”加固，避免“一刀切”式的高标准要求；

2. 技术组合：针对结构的不同缺陷组合使用技术，如柱采用增大截面法（提升承载力）、梁采用 FRP 法（提升延性），比单一技术成本降低 15%-20% ；

3. 时间统筹：利用建筑空置期或夜间施工，减少因使用中断导致的间接损失。某商场案例显示，合理安排施工时间使总成本降低 28% 。

（三）经济性评估的理论指

引入“单位性能提升成本”指标，即每提升一个性能等级所需的单位面积成本，该指标越低，经济性越好。例如：

增大截面法：单位性能提升成本约 800 元/㎡

FRP 法：单位性能提升成本约 ；

消能减震法：单位性能提升成本约 1000 元/㎡（初期高但长期低）。

通过该指标可直观对比不同方案的经济性，结合建筑使用年限选择最优解

六、结论与展望

既有建筑抗震加固的经济性优化需以性能评估为基础，以全生命周期理论为指导，核心是在安全底线内实现资源高效利用。未来研究可聚焦三方面：

1. 构建智能化评估系统，通过大数据快速匹配结构缺陷与最优加固技术；

2. 研发低成本高性能加固材料（如再生纤维复合材料），降低初始成本

3. 建立抗震加固的保险与补贴机制，分散业主的经济风险。

通过理论创新与实践优化，推动既有建筑抗震加固从“技术驱动”向“价值驱动”转型，为城市建筑安全与可持续发展提供支撑。

参考文献

[1] 王军, 李刚. 既有建筑抗震性能评估理论与方法研究[J]. 建筑结构学报, 2023, 44(3): 23-31.

[2] 李明, 张晓. 纤维复合材料加固技术的经济性分析[J]. 土木工程学报, 2022, 55(6): 45-53.

3] 张伟, 刘军. 全生命周期视角下抗震加固方案的优化策略[J]. 建筑经济, 2023, 44(4): 67-73.

[4] 刘畅, 王红. 既有框架结构抗震加固技术的经济性对比[J]. 工业建筑, 2022, 52(8): 112-118

[5] 赵伟, 陈明. 基于性能目标的抗震加固成本优化模型[J]. 施工技术, 2024, 53(2): 34-39.

[6] 国家标准 GB55023-2021. 既有建筑抗震鉴定与加固通用规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 202