建筑物功能改变引起的抗震加固优化设计研究

2024-04-15路新星山东固特邦土木科技有限公司山东济南250000

中国房地产业 2024年3期

关键词：抗震建筑物荷载

文／路新星山东固特邦土木科技有限公司山东济南 250000

引言：

随着城市化进程的加快，许多建筑物的使用功能发生了变化。为了确保这些建筑物在改变使用功能后的抗震安全，需要对其进行抗震加固优化设计[1]。本文旨在研究建筑物功能改变引起的抗震加固优化设计问题，为相关设计人员提供参考。

1.建筑物功能改变抗震加固优化设计相关理论

1.1 抗震加固的基本原理

抗震加固的基本原理是通过对建筑物进行结构补强和改造，提高其抗震承载力和变形能力，减轻地震作用对建筑物的破坏。抗震加固设计需要综合考虑建筑物的使用功能、结构体系、材料性能、施工条件等因素，通过科学的方法进行优化设计，确保建筑物的抗震安全性和经济合理性。

1.2 抗震加固的设计方法

抗震加固的设计方法包括增加构件截面、增加支承点、改变结构体系、增设阻尼器、粘贴纤维复合材料等。这些方法可以通过提高结构强度、刚度和延性，改善构件的受力状况，提高整个结构的抗震性能。在设计过程中，需要根据建筑物的实际情况，综合考虑各种因素，选择合适的加固方法和技术措施，确保加固效果满足抗震要求。

1.3 优化设计的理念与策略

优化设计的理念与策略是指在抗震加固设计中，通过采用科学的方法和技术手段，对设计方案进行优化，以达到提高抗震性能、降低工程造价、缩短工期等目的。优化设计需要从整体出发，综合考虑建筑物的使用功能、结构体系、材料性能、施工条件等因素，通过不断的调整和改进设计方案，实现设计方案的优化。常见的优化策略包括：减轻结构自重、增强构件连接、采用新材料、改善结构体系等。

2.抗震加固优化设计的原则和方法

2.1 建筑结构的可靠性和耐久性原则

建筑结构的可靠性和耐久性原则是设计抗震加固方案时需要遵循的重要原则，这一原则充分体现了结构设计的安全性、适用性和耐久性。在设计过程中，要从结构整体出发，综合考虑各种因素，包括材料的选择、技术的运用和工艺的要求等，以确保加固后的结构能够满足使用要求，具有良好的抗震性能和较长的使用寿命[2]。

2.2 建筑结构的抗震设计和计算方法

建筑结构的抗震设计和计算方法是指在进行抗震加固设计时，需要准确计算出地震作用对结构的影响，对结构进行抗震验算，以确保结构符合抗震要求。抗震设计和计算方法主要包括地震作用的计算、结构的抗震验算和抗震措施的制定。地震作用的计算是指通过对地震波的分析，计算出地震作用对建筑物的影响，为抗震设计提供依据。结构的抗震验算则是指通过将计算出的地震作用与建筑物的实际抗震能力进行对比，评估建筑物的抗震性能，并确定是否需要进行抗震加固。抗震措施的制定是指根据建筑物的结构特点和实际情况，制定合理的抗震措施，如增设抗震墙、支承角钢等，以提高建筑物的抗震能力。

2.3 建筑材料的选择和施工工艺要求

建筑材料的选择和施工工艺要求是对建筑结构抗震加固方案的关键环节。在选择材料时，要考虑材料的力学性能、耐久性和抗震性能等因素，确保材料能够满足抗震加固的要求。在施工过程中，要严格按照施工工艺要求进行操作，确保工程质量，提高结构的抗震性能。此外，还要加强对施工过程的管理，确保施工质量，从而提高建筑物的抗震能力。

3.建筑物功能改变引起的抗震影响分析

3.1 荷载变化对结构抗震性能的影响

当建筑物的使用功能发生变化时，其荷载分布和类型也会随之改变。增加的荷载可能使结构承受更大的地震作用，导致结构构件变形增大、脆性破坏的可能性增加。同时，荷载变化还可能影响结构刚度、周期和阻尼比等动力特性，改变结构在地震作用下的响应。因此，需要对荷载变化后的结构进行重新设计和验算，确保其满足抗震要求。荷载的变化对结构抗震性能有着重要的影响[3]。随着建筑物使用功能的改变，其承受的荷载类型和分布也会发生变化。当增加的荷载作用于结构时，可能会导致结构构件变形增大，甚至会发生脆性破坏。此外，荷载的变化还会影响结构的动力特性，如刚度、周期和阻尼比等，进而改变结构在地震作用下的响应行为。为了确保结构满足抗震要求，需要对荷载变化后的结构进行重新设计和验算。

3.2 使用功能改变对结构抗震性能的影响

建筑物使用功能的改变可能会对其抗震性能产生影响。例如，将厂房改造为办公楼，增加了楼面荷载和隔墙，可能导致结构刚度和周期发生变化。此外，使用功能的改变还可能影响到建筑内部的强弱分布和整体性，从而改变结构在地震作用下的受力和变形模式。因此，需要对使用功能改变后的结构进行重新设计和验算，确保其满足抗震要求。使用功能的改变对结构抗震性能具有重要影响。例如，将厂房改造成办公楼的过程中，可能会增加楼面荷载和隔墙，进而导致结构刚度和周期发生变化。此外，使用功能的改变还会影响建筑内部的强弱分布和整体性，使得结构在地震作用下的受力和变形模式发生改变。

3.3 结构体系改变对结构抗震性能的影响

改变结构体系可能会对结构的刚度、强度、承载力和耗能能力等方面产生影响。例如，将框架结构改为剪力墙结构，会改变结构抵抗水平地震作用的机制。因此，需要对结构体系改变后的结构进行重新设计和验算，确保其满足抗震要求。结构体系的改变对结构抗震性能具有重要影响[4]。例如，将框架结构改为剪力墙结构后，结构抵抗水平地震作用的机制会发生变化。改变结构体系可能会对结构的刚度、强度、承载力和耗能能力等方面产生影响。因此，为了确保结构体系改变后的结构满足抗震要求，需要对其进行重新设计和验算。

实验组患者主诉良好达到100%(55例),并表示愿意再次接受检查治疗;常规组患者主诉良好,且表示愿意再次接受诊疗的患者占比76.36%(42例),两组数据比较具有统计学意义(P<0.05,X2=14.7423)。

4.建筑物功能改变引起的抗震需求分析

4.1 建筑物功能改变对结构抗震性能的影响

随着建筑物使用功能的改变，其承受的荷载、振动特性和破坏模式都可能发生变化，进而影响结构抗震能力。例如，将办公楼改为商场，可能会增加楼板负荷，导致结构强度减弱；或将仓库改为医院，振动敏感设备可能导致结构抗震性能降低。因此，必须对功能改变后的结构进行抗震评估，以确保其安全性和可靠性。建筑物功能改变对结构抗震性能的影响是一种复杂的问题，涉及到多个方面。首先，荷载的变化将直接影响结构的受力状态，例如楼板负荷的增加将导致梁、柱等承重构件的应力发生变化，可能导致构件的强度和刚度不足。其次，振动特性的变化将影响结构的动力响应，例如将仓库改为医院，由于医院中存在大量的振动敏感设备，结构在遇到地震荷载时可能会产生较大的振动响应，从而导致结构破坏。最后，破坏模式的变化也将对结构的抗震性能产生影响，例如将办公楼改为商场，由于商场的人流量较大，竖向逃生通道的重要性增加，结构破坏模式可能从梁、柱的破坏转变为楼梯间的破坏，导致结构安全性降低[5]。因此，在功能改变后，必须对建筑物的结构抗震性能进行重新评估，以确保建筑物在改变功能后仍能满足抗震要求。

4.2 抗震评估的方法与流程

抗震评估的方法与流程通常包括以下几个方面：首先，进行现场调查与资料收集，了解建筑物的历史、现状和使用功能；其次，进行结构检测与鉴定，评估现有结构的安全性和完整性；再次，进行抗震分析与评估，包括抗震计算、构件承载力验算等；最后，根据评估结果提出相应的抗震改进措施，如加固、维修或重建等。抗震评估应由专业机构进行，以确保评估结果的准确性和有效性。在进行抗震评估时，第一步是进行现场调查与资料收集，了解建筑物的历史、现状和使用功能。这包括调查建筑物的建造年代、结构形式、材料类型、施工工艺等，以及了解建筑物的现实状况，如损坏、变形、渗水等。资料收集主要包括建筑物的设计图纸、施工记录、验收报告等。第二步是进行结构检测与鉴定，评估现有结构的安全性和完整性。结构检测包括对建筑物的变形、裂缝、腐蚀等进行测量和监测，以了解结构的现实状态。鉴定主要包括对构件的强度、刚度、稳定性等进行计算和评估，以确定结构的安全性和完整性。结构检测与鉴定是抗震评估的重要依据，可以为后续的抗震分析与评估提供基础数据。第三步是进行抗震分析与评估，包括抗震计算、构件承载力验算等。抗震分析主要是通过建立数学模型，对建筑物在遭遇地震荷载时的响应进行模拟，以评估建筑物的抗震性能。构件承载力验算主要是通过计算构件的应力、应变等参数，以评估构件的承载能力是否符合抗震要求。抗震分析和构件承载力验算是抗震评估的关键环节，可以为抗震改进措施的制定提供依据。最后，根据评估结果提出相应的抗震改进措施，如加固、维修或重建等。抗震改进措施的制定要根据抗震评估的结果，综合考虑建筑物的现实状况、使用功能、经济性等因素，以确定最合适的抗震改进措施[6]。抗震改进措施的实施可以大大提高建筑物的抗震性能，确保建筑物在地震时不会发生破坏。

4.3 功能改变后抗震需求与现有结构的匹配性分析

在评估过程中，应关注新旧功能的振动特性、荷载分布和破坏模式等因素，以确定现有结构能否满足新的抗震需求。分析内容包括对结构布置、材料性能、连接节点等进行评估，以确定是否需要进行结构加固或改造。通过匹配性分析，为抗震改进措施的制定提供依据，确保建筑物在功能改变后的抗震安全性。功能改变后抗震需求与现有结构的匹配性分析需要考虑多个因素，包括振动特性、荷载分布和破坏模式等。一方面，振动特性的分析主要是比较新旧功能下的结构动力响应，以确定结构在改变功能后是否能满足抗震要求。另一方面，荷载分布的分析主要是比较新旧功能下的结构承载能力，以确定结构在改变功能后是否能满足抗震要求。其次，破坏模式的分析主要是比较新旧功能下的结构易损性，以确定结构在改变功能后是否能满足抗震要求。通过功能改变后抗震需求与现有结构的匹配性分析，可以确定现有结构是否满足新功能的抗震要求。如果不满足，则需要进行结构加固或改造，以提高结构的抗震。

5.建筑物功能改变引起的抗震加固优化设计方法

5.1 荷载重新核算

在对建筑物进行结构分析和抗震措施优化设计之前，需要全面了解建筑物的使用历史和当前使用状况。为此，应收集相关的设计图纸、施工记录和检测报告等资料。在对这些数据进行深入研究后，分析建筑物的实际荷载，包括恒载、活载和特殊荷载等。根据现行的国家标准和规范，对荷载进行重新核算，以确保建筑物能够满足相关要求和安全标准。需要注意的是，在进行荷载重新核算时，应充分考虑建筑物的实际使用情况[7]。例如，建筑物使用过程中的改建、扩建以及用途变更等因素都可能影响建筑物的荷载。还需关注建筑物所在地区的地震活动情况。通过对地震活动的研究，可以更准确地评估建筑物的抗震性能，从而为后续的结构分析和抗震措施优化设计提供有力支持。

5.2 结构分析与建模

关注对建筑物的结构进行详尽的分析和建模应依据建筑物的实际结构形式、材料特性和构造细节，建立起科学合理的结构分析模型。接下来，借助计算机仿真技术，模拟建筑物在不同地震波作用下的受力反应，借此评估结构的抗震性能和薄弱环节。通过对分析结果的深入研究，为抗震措施的优化设计提供有力的参考。在建立结构分析模型时，必须充分考虑各种关键因素，包括建筑物的结构特点、材料性能以及施工工艺等，以确保模型的准确性。此外，还需要特别注意模拟地震波的选择和输入，使其更贴近建筑物在实际地震作用下的受力反应，进而提高优化设计的有效性和可靠性。

5.3 抗震措施优化设计

在进行建筑物抗震加固优化设计时，需要充分考虑各种因素，以确保建筑物具备良好的抗震性能。以下是一些建议：

（1）增加抗侧力构件，提高结构刚度：通过对建筑物增加抗侧力构件，如钢筋混凝土剪力墙、钢支撑等，可以提高建筑物的刚度，使其在面对地震作用时具有更好的抵抗能力。

（2）采用阻尼器、减震器等消能减震装置：在建筑物设计中，可以采用阻尼器、减震器等消能减震装置，以减缓地震作用对建筑物的冲击。这些装置可以通过消能的方式来减少建筑物的振动，从而提高其抗震性能。

（4）优化抗震措施的选择：在优化抗震措施时，应该关注建筑物的结构特点、使用功能以及施工条件等因素，以便选择最佳的抗震措施。同时，还需要考虑抗震措施的经济性和环保性，以实现建筑物的可持续性。

5.4 加固方案评估与优化

通常需要选取多个备选加固方案，分别从加固效果、施工难易程度、经济性和环境影响等多个维度进行评估和优化。需要根据建筑物的实际状况，如结构形式、材料特性、历史背景等因素，综合考虑各个加固方案的优缺点。在评估过程中，可以利用计算机建模模拟、试验验证等方法，将各个加固方案在实际应用中可能遇到的问题和效果进行对比分析。通过对比分析，可以有效地优选出最佳加固方案，确保建筑物的抗震性能得到显著提升。在评估各个加固方案时，应该关注每个方案的特点、优势和劣势，以及他们在实际应用中可能出现的问题和风险。通过全面、客观地比较，选择最合适的加固方案，以确保建筑物的抗震性能得到最大化的提升。

6.抗震加固优化设计的经济性分析

6.1 抗震加固材料的成本核算

抗震加固材料的成本核算是抗震加固工程中不可或缺的一部分，它对整个工程造价有着举足轻重的影响。在对抗震加固材料进行成本核算时，需要综合考虑各种因素，包括材料的种类、性能、品牌以及市场价格等。同时，需要对各种材料的用量进行精确的计算，以确保成本核算的准确性。在选购抗震加固材料时，需要注重材料的质量，尽量选择质量可靠、价格合理的材料，以确保抗震加固工程的质量并降低工程成本。