基于“有机更新理论”谈建筑结构抗震加固技术发展趋势

北京市地震局 任志林 康现栋

基于“有机更新理论”谈建筑结构抗震加固技术发展趋势

Talking about development tendency of structural earthquake-resistant technology based on“organic renewal theory”

北京市地震局 任志林 康现栋

经汶川地震后，人们越来越意识到房屋结构抗震设防和加固的必要性，对建筑结构抗震加固技术开始有了深入的研究。目前，我国抗震加固主要以传统加固方法为主。这些抗震加固方法虽对提高建筑结构的抗震性能很有帮助，但加固施工费时费力，工期较长，且经济性不佳。加之在施工中造成严重的振动、噪声和粉尘污染，已难以适应当代经济社会可持续发展的要求，因而需要着力研究与推广新型抗震加固方法。本文通过对传统与新型抗震加固技术的比较，基于城市“有机更新理论”的核心思想，分析建筑结构抗震加固技术发展趋势，认为建筑结构“不入户加固”的新型附加子结构加固方法，体现出当前经济社会可持续发展的适用性。

“有机更新”理论原是吴良镛提出的城市规划理论，其核心思想是城市改造应顺应城市原有的肌理，实现有机秩序。基于“有机更新”理论核心思想，建筑结构抗震加固技术发展的理想模式是，尽量减小甚至消除加固施工对建筑功能的中断和影响，在不降低使用性能的条件下实现抗震性能的提升，就像有机体的新陈代谢那样，在发挥正常功能的同时完成有机体的更新。下面对传统抗震加固技术与三种新型附加子结构加固技术进行对比，说明新型加固技术的优点。

传统抗震加固技术概述

我国传统的建筑结构抗震加固技术，主要通过提高承载力和增加结构变形能力，即延性来实现。其中以提高承载力为目标的抗震加固方法，对于提高结构的抗震性能、减少地震损伤有很好的效果。典型做法主要有：（1）增设抗震墙。抗震墙具有很大的承载力和抗侧刚度，是非常有效的抗侧力构件。与既有结构组成的抗震剪力墙体系可以增加结构的承载能力和整体性，能够有效地阻止部分结构的侧向倾移，但施工比较复杂。（2）增设钢支撑框架。结构中斜撑也具有很大的承载力和抗侧刚度，与抗震墙相比，斜撑主要承受轴力作用，受力状态比较明确。采用钢支撑进行加固时，钢支撑连接在混凝土框架的节点上，容易受到管道等布置部位的限制，且产生的剪力容易引起混凝土节点的开裂破坏。

以增加结构延性为目标的抗震加固方法，主要集中于对框架梁柱的加固。典型的做法包括：（1）粘钢加固法。用结构胶把薄钢板粘贴在混凝土柱表面，使钢板与混凝土协同工作的一种加固方法。（2）粘碳纤维加固法。用黏结剂把碳纤维粘贴在混凝土柱表面，增加延性。试验表明，上述加固方法均能有效地提高钢筋混凝土柱的变形能力，增加结构的延性。然而，这种基于延性的加固方法允许结构构件在地震中产生较大的损伤，使得结构在震后难以修复而不得不拆除重建，造成很大的经济损失。

建筑结构传统抗震加固技术，虽然在一定程度上可以提高结构的抗震性能、减少地震损伤，但出现的种种问题也使得基于延性和承载力的抗震加固技术造成很大的经济损失，难以适应当前经济可持续发展和基于性能的地震工程发展的需求。基于性能抗震设计的基本思想是，被设计的建筑物在使用期间满足各种预定功能或性能目标要求。不同于以往按照规范条文设计，基于性能的设计方式，可以顾及房屋使用者对建筑物安全功能需求的多样性，更加明确抗震性能及其相应风险水平的评估和经济效益的定量分析。因此，研究基于性能设计的新型加固方法，是建筑结构抗震加固技术的发展趋势。

“不入户”附加子结构加固技术

“不入户”附加子结构基本概念

附加子结构加固方法，是将附加子结构与既有结构通过有效措施结合起来，形成一个新的整体结构。既实现整体结构抗震能力的提升，还可以改善既有结构的受力状态，形成更合理的损伤屈服机制，从而减小结构的层间位移和总位移，使结构的抗震性能得到更充分的利用，达到抗震加固的目的。

“不入户”附加子结构加固施工作业只在建筑物的外部进行，而不进入建筑物内部，结构布置灵活，施工周期短，可最大限度地减少对建筑物正常使用的影响。

附加钢支撑加固

附加混凝土框架加固

附加钢支撑框架加固

“不入户”附加子结构加固的设计原则

附加整体子结构抗震加固，着眼于改善原结构的受力状态与变形模式，提高结构的抗震承载力、变形能力和耗能能力。主要有以下设计原则：（1）附加子结构要具有足够的刚度和承载力，防止结构局部屈曲；（2）附加子结构在平面布置上要均匀对称，避免刚度突变；（3）附加子结构与既有结构要有可靠连接，保证两者的整体性能。承载力不足要进行局部补强，必要时可增设可靠基础。

“不入户”附加子结构典型类型

“不入户”附加子结构加固技术，因为不中断建筑的正常使用，施工周期短，不会对房间内部装修、环境及房间的正常使用等造成过多影响，具有显著的经济效益而被广泛的应用。目前，新型抗震加固典型类型主要有附加钢支撑、附加混凝土框架、附加钢支撑框架三种。

（1）附加钢支撑加固。附加钢支撑杆件的两端与混凝土框架的梁柱节点连接，本身具有很大的刚度和承载力。这一方法在为结构提高抗震承载力的同时，还改善原有结构的受力状态和变形模式，使侧向变形沿高度分布更加均匀，从而减小了结构的层间位移和总体位移，提升了部分结构的抗震性能。附加钢支撑加固，主要适用于抗震设防要求较低的地区，以及主要由风荷载控制的多层和高层建筑。

（2）附加混凝土框架加固。附加混凝土框架加固与附加钢支撑加固相似，都是通过增加抗侧刚度和承载力，提升结构的抗震性能。虽然附加混凝土框架提供的抗震承载力低于附加钢支撑，但却可以避免因框架加固斜撑对窗户视野和采光的影响，具有建筑功能意义上的吸引力，主要适用于抗震设防要求较低的地区。目前，预应力混凝土框架大大地提高了抗震承载力，是一个主要的发展趋势。

（3）附加钢支撑框架加固。附加钢支撑框架通常分布于结构全高，与既有结构结合成一个整体，在钢支撑与混凝土框架的基础上，更好地增加了结构的抗侧刚度与抗震承载力，同时结构整体性与空间作用得到很大的加强，受力状态更加均匀、稳定，显著改善结构在大震下的耗能能力，具有很高的实用价值。附加钢支撑框架加固主要适用于抗震设防要求较高的地区，以及需要大幅度提高承载力和抗震能力的建筑。

结论

现代社会，经济的可持续发展促使我国建筑功能相关技术不断提升，传统的建筑结构抗震加固技术已经不能满足时代发展的要求，很多新型抗震加固方法应运而生。本文介绍的“不入户”整体附加子结构抗震加固方法，既可以使建筑加固有效地改善结构的整体受力状态，提高结构的抗震性能，还可以满足工作周期短、不中断建筑结构正常使用的功能要求。这一加固方法经济、合理、高效，具有推广价值。目前有关新型附加子结构加固技术的规范和标准还不完善，需要进一步研究。