建筑结构抗震设计及加固改造施工技术

中图分类号：TU352 文献标识码：A

引言

现代化城市的显著标志之一便是高层建筑，它们以其繁杂的构造和较高的承重负荷而闻名，这些建筑的安全可靠性与稳固性对都市居民的生活水平及社会秩序的维系至关重要。随着建筑物的使用年数增加以及外部环境的不断作用，结构衰老、抗震能力不足等问题开始凸显。鉴于此，建筑物结构加固技术随之产生，成为确保建筑安全性和延长其使用周期的一个关键途径。

1 影响建筑结构抗震性能的因素

1.1 材料与构件的影响

建筑材料的选择直接影响结构的抗震性能。钢材、混凝土、预应力混凝土等常见材料具有不同的力学性能，决定了结构的强度、刚度和延展性。钢材具有良好的延展性和抗震能力，但在高温或火灾等特殊环境下，钢材的强度会大幅下降，因此抗震设计时需要考虑防火处理。混凝土具有较高的抗压强度，但其脆性较大，抗震性能相对较弱，因此通常采用钢筋混凝土来增强延性和韧性，提升抗震性能。预应力混凝土通过预应力技术改善了材料的力学性能，在抗震时表现出较好的塑性变形能力，适用于大跨度结构。在构件方面，梁、柱、剪力墙等关键构件的尺寸、配筋和连接方式对抗震性能有重要影响，合理的构件设计能够有效分散地震荷载，增强结构的稳定性。

1.2 结构几何形状与布置的影响

建筑结构的几何形状和布置对抗震性能有显著影响。规则形状的建筑在地震荷载作用下比不规则形状的建筑更能均匀分布震动，从而减少局部破坏。不规则形状的建筑可能会导致局部结构产生较大的变形或振动，从而引发倒塌或严重破坏。抗震设计时应尽量避免不规则布局，如突出的梁柱、过于复杂的外形等，以减少地震荷载的集中作用。建筑物的质量与刚度分布也会影响抗震性能。建筑物刚度分布不均匀可能会导致建筑物产生不均匀变形，增加地震力的传递和作用。在设计时应保证建筑物刚度和质量合理分布，避免出现不均匀的振动响应。

2 建筑结构抗震设计及加固改造施工技术

2.1 结构加固法

对建筑结构进行抗震性能测试并进行整体加固是提升建筑结构安全性的重要方法，能有效提升建筑结构稳定性，延长其使用寿命。在实际应用中，施工方应根据建筑物的抗震设防类型，选择合适的结构构造系统，并采用合适的建筑材料与施工工艺，确保地震不会对建筑结构造成影响。如设计师可选择钢筋混凝土层、钢结构等作为建筑的结构框架，并在容易变形的部分进行焊接、螺栓连接等加固、处理，以提高建筑整体结构的抗震性能与稳固性。对于已经出现裂纹或裂缝等问题的建筑，需要对建筑结构本身进行检测，查明出现裂缝问题的核心部位，并根据实际需要采取钢筋混凝土层外包或钢结构外包等形式进行加固。

2.2 构件加固法

部分建筑结构的抗震承载力相对较高，只需对薄弱部分进行抗震与加固设计便可有效增强建筑结构安全性，这种方法造价更低，更适用于现代建筑的加固处理。现今常采用增加构件截面、增加支撑体等方法来进行加固，如可采用碳纤维布加固法对建筑混凝土梁板等构件进行加固，只需经过打磨、处理后，将碳纤维布粘贴在构件表面，就可完成加固或局部受损区域的修复。当建筑已出现一定的损伤时，还可通过植筋锚固的方式进行加固，如地震后出现裂缝的建筑承重柱等，便可植入钢筋再进行混凝土灌浆，既能修补地震所造成的建筑损伤，也避免了大规模、复杂的拆改工作。

2.3 大跨度建筑的抗震分析

大跨度建筑通常指跨度超过 30m 的建筑，常见于体育馆、展览馆、机场航站楼等。由于大跨度建筑结构的灵活性和跨度较大，容易导致结构震动幅度加大，因此抗震设计的难度较高。大跨度建筑的抗震分析首先需要考虑其柔性特点，设计时通常采用预应力钢筋混凝土、钢结构等材料，增强结构的刚度和稳定性。为了有效分散地震荷载，通常会通过引入支撑系统、加固外立面、优化构件布局等方式来提高抗震性能。建筑物的构造形式应尽量避免产生局部的薄弱环节，如避免出现过于复杂的几何形状或不均匀的质量分布。减震和隔震技术在大跨度建筑中也能发挥重要作用，尤其是液体阻尼器、摩擦阻尼器等能够有效减缓地震力的传递，减少结构的震动响应。对于特殊的大跨度建筑，抗震设计还需要根据建筑的使用性质、功能需求及地震区划来确定最合适的设计方案，确保建筑在地震中的安全性。

2.4 智能监测技术在加固中的应用

利用先进的传感器技术、物联网以及大数据的深度分析，智能监测系统能够对建筑物的整体健康状况进行不间断的跟踪，收集包括结构应力、位置移动、振动频率等关键数据，为建筑物的加固工程提供了精准的数据支持。特别是在高层建筑中，这一技术的运用显得尤为关键，它可以在加固过程中及时揭示可能存在的结构隐患。在建筑加固的实施阶段，智能化监测技术主要应用于施工监测和完工后的长期观测两个环节。在施工阶段，智能监测设备能够同步追踪建筑结构的应力波动，保障加固工程严格遵循设计标准，避免施工过程中的误差影响加固效果。而在加固工程收尾之后，智能监测系统将继续对建筑的关键区域进行监控，实时反馈结构健康状况，如裂缝发展、形变趋势等数据，便于管理者及时干预，预防潜在的结构损伤。智能监测技术的优势在于其精确且即时的结构状态信息，助力技术人员精准调整加固措施，显著降低因人工监测带来的不准确。同时，该系统有效减少了人工巡查的次数，大幅削减了维护开销，并保障了加固效果的持久可靠性。尽管初期投资成本较高，且数据处理过程复杂，这些因素构成了推广的障碍，但智能监控系统在提升高层建筑加固安全性和效率方面发挥了显著作用，其发展潜力巨大。

2.5 节点加固法

若建筑构件与构件之间的连接性减弱，导致建筑结构承载力降低时，可对二者之间的连接节点进行加固来提高建筑的抗震性能。现今人们常采用拉杆加固法、注浆锚杆加固法等方式进行加固，来提高两个构件之间的延展性与强度。以螺栓连接与焊接为例，这种加固方式通常用于钢结构之间的加固，可将原有连接进行拆除后，通过打孔或焊缝的方式将高强度螺栓与二者连接起来，从而增强二者的承载力。需要注意的是，节点之间的加固连接应选用与原有连接材料性质相匹配的材料，确保其强度、承载力等性能指标均符合行业设计规范。若构件之间出现裂缝等问题，人们可采取焊缝形式进行节点加固，可显著加强桥梁建筑结构整体抗震性能。

结束语

综上所述，高层住宅建筑抗震性能关乎居民生命财产安全，其优化策略意义重大。显然，建筑结构的抗震与加固设计并不简单，需要设计师采取合适的方法来提高其结构设计的抗震性能与安全性，从而降低地震灾害对建筑的负面影响，更好地保障广大人民群众的生命健康与财产安全。

参考文献：

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