浅析耗能隔震加固方法技术发展与应用

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【摘 要】 本文结合学校加固工程特点以及屈曲约束耗能支撑的性能，提出了屈曲约束耗能支撑在教学楼加固中的设计、施工方法。通过弹性以及弹塑性分析方法研究了采用屈曲约束支撑加固后教学楼的抗震性能。

【关键词】 屈曲约束耗能支撑；抗震加固；建筑隔震

【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2011）04-005-02

1引言

由于以往社会经济水平的限制及规范法规的不完善，存在着大量未考虑抗震设防、或虽考虑抗震设防但抗震设防目标比较低以及抗震功能性考虑欠周的建筑。为确保这些建筑的安全使用、发挥应有的建筑功能，需要对其进行抗震鉴定与加固。另外，许多历史建筑、宗教建筑、有重要意义的建筑等也需在不破坏原有建筑风貌的基础上进行抗震加固。因此，能否充分利用原有结构，对其实施加固改造，并以较少的投资、较短的工期达到业主所期望的建筑物的某种性能水准，已成为结构工程领域又一迫切需要解决的问题。本文就建筑物抗震加固技术方法进行分析，重点对于隔震加固方法对比传统抗震加固方法的有点进行分析，指出隔震加固方法更为适合现代建筑抗震设计。

2传统抗震加固方法

传统的加固方法随着科学技术的发展，以及对地震机制和结构破坏机理的研究认识越来越深入，不断取得新的发展。常见的工程加固原因有：①已有建筑物的耐久性，使用不当，管理不当，年久失修，结构有损伤破坏，不能满足目前使用要求或安全度不足时；②由于灾害性事件（如地震、水灾、火灾、风灾和爆炸等）的影响，结构产生开裂和破坏时；③当对建筑物进行改建、扩建、加层，或装修中需要对结构构建不止有所改变而影响原结构受力体系时；④由于设计和施工的原因导致建筑物出现质量问题时；⑤由于业主对结构的性能目标要求的提高，希望通过加固方式来提高结构的性能水准；⑥历史性建筑和有重大意义的建筑，在保护结构原有面貌的前提下提高结构的抗震承载力。根据结构的形式、使用情况和实际鉴定结果，工程人员总结出了以下几种常用的抗震加固方法：

2.1砖砌体的混凝土板墙加固。混凝土板墙加固类似于钢筋网水泥面层加固，具有较大的灵活性。首先，可根据结构综合抗震能力指数提高程度的不等增设不同数量的混凝土板墙。板墙可设置为单面或双面，甚至可在楼梯间部位设置封闭的板墙，形成混凝土筒。其次，采用混凝土板墙加固时，可根据业主的意图采用“内加固”或“外加固”方案。采用混凝土板墙加固可更好地提高砖墙的承载能力，控制墙体裂缝的开展。

2.2增设抗震墙加固。该方法是目前对钢筋混凝土结构和劲性钢筋混凝土结构的建筑物进行抗震加固的最基本的方法，为增加抗震墙，既有建筑物中大致可通过三种方式形成抗震墙：①在柱与梁构成框架的空间内增设抗震墙；②将已有的墙体加固成抗震墙；③通过封堵墙体上的开洞形成抗震墙。此法利用新增的抗震墙来承担主要的地震作用，减小结构的变形。

2.3框架柱的加固。当结构受建筑使用功能的限制，无法采用抗震墙加固时，这时可采用对原结构框架柱进行加固，通过加固可提高原构件的承载力，改善构件的延性，可使“强梁弱柱”体系改变为“强柱弱梁”体系，从而达到抗震加固的目的。加固柱子的施工方法根据加固目的的不同可分为提高强度施工方法、提高延性施工方法和使结构刚度趋于均匀的施工方法等。

2.4增设支撑加固。在钢筋混凝土结构和钢结构等各种结构的柱和梁构成框架的空间内，通过增设支撑进行抗震加固，其施工方法的优点是重量较轻，工期较短，可确保结构的强度和延性。在建筑的框架中增设支撑施工的同时，房屋的内部还能照常使用，但如果采用钢支撑，则由于其通常都是按受拉杆件设计，在往复地震作用下容易产生屈曲破坏，且耗能能力有限，震后需要替换。

2.5设置外部框架加固。在建筑物的新增设高强度、高刚度的扶垛和空间框架，并与已有建筑的主体结构连接，可保证已有建筑物的必要支撑力和延性。该法适用于中、低层建筑，前提条件是建筑物四周必须有足够的空地用来设置外部框架。这种方法还适用于对建筑物的改、扩建工程。

3隔震加固方法的发展

隔震技术能够减小结构的水平地震作用，已被理论和国外强震记录所证实。国内外的大量试验和工程经验表明：隔震一般可使结构的水平地震作用降低60%左右，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震破坏，提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性，增强震后建筑物继续使用的能力。随着隔震技术在新建建筑中的应用技术不断成熟和完善，研究人员把隔震技术用到对既有建筑的抗震修复与补强上。其思路是在充分利用已有结构的抗震能力的基础上，在需加固结构的下部或层间部位设置隔震装置，以隔离和吸收地震能量向加固结构传递，减小结构的地震反应，提高结构的抗震性能。隔震加固的形式分为基础隔震加固和层间隔震加固。

近年来，越来越多国家开展了隔震技术的研究，纵观世界隔震技术的发展，可以看出近年来隔震技术有如下特点：①隔震技术的应用范围越来越广，数量越来越多。早期主要应用于核电站等重要建筑，近年来已在各种民用建筑中得到广泛应用。②隔震建筑的结构形式日趋多样化，已从早期主要应用于砌体结构、混凝土结构发展到钢结构、组合结构等。③隔震设计规程日趋完善。美国、日本、新西兰和意大利四个国家已颁布了建筑隔震设计规程。我国也在2001年编制的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中增加了“隔震和消能减震设计”的内容，同时还编制了《叠层橡胶支座隔震技术规程》(GECS126:2001)。

4屈曲约束支撑在加固中应用

屈曲约束支撑有优良的滞回耗能性能和施工安装方便、经济、设计灵活且不影响建筑物美观等诸多优点,使其不仅成为新建结构抗震设计的较佳选择,也成为已有结构抗震加固和改造的重要手段。屈曲约束支撑对已有结构的抗震加固不仅用于钢结构体系,还可用于混凝土结构体系;不仅可用于房屋建筑结构,还可用于桥梁、通信铁塔等结构设施。在日本,每年有一半的屈曲约束支撑用于各类建筑抗震加固中,通过测算,屈曲约束支撑为抗震加固最为经济与便捷的加固手段。

5隔震加固方法对比传统抗震加固方法的优点

基于隔震的加固技术具有以下特点：①在强震作用下，隔震装置率先进入非弹性状态，大量吸收或隔离地震能量，使上部结构保持弹性或不进入明显的塑性状态，因此，隔震技术可以保证建筑物在强烈的地震作用下仍能保持很高的安全度。大量的实验结果和实际地震记录表明，隔震结构可以降低地震作用至传统结构的1/2～1/8。②隔震加固技术节省工程造价。隔震加固技术由于通过增加刚度较小的隔震层来减小地震对上部结构的作用，因此在加固工程中可以不对上部结构进行加固或者进行很小的修复补强即可。特别是当隔震加固技术和结构平移一起使用的时候，总的迁移成本为新建工程的30～70%，同时总的施工周期比新建工程节省65～70%。将结构平移和基础隔震加固这两种技术联合使用非常适合复杂工程的情况，并能带来巨大的社会效益和经济效益。③隔震加固技术适用于广泛的工程形式。隔震技术适合各种工程情况，不论是一般民用建筑还是重要性建筑或生命线工程。它不仅能保证结构本身的安全，还能保护建筑内部的设施不受破坏。同时，隔震加固技术可以用于各种结构体系，如砖石结构、钢筋混凝土结构、钢结构等。④隔震支座安放位置有很多可选方案，可使建筑布置更为灵活，这样就可以确保在加固时不影响结构的外观，保持建筑物的原有风貌。这一特性可以满足实际工程中各种不同的综合性需要，所以隔震加固技术特别适合对历史纪念性建筑的修复补强。