既有框架结构抗震加固设计策略

既有框架结构抗震加固设计策略

王宪雄

武汉和创建筑工程设计有限公司，湖北 武汉 430000

摘要：目前，随着社会的不断发展及建筑行业发展规模的不断扩大，我国的建筑工程领域迎来了新的发展机遇，但也面临着较大的发展挑战。整体来看，已逐渐趋向于新建与维修改造并存的发展环境。在当前的建筑行业，框架结构因具有较多的优势，如空间灵活、材料成本偏低，受到了较为广泛的应用，而针对于既有框架结构的改造加固，是当前建筑领域需着重关注的一项任务。

关键词：既有框架结构；抗震加固；设计策略

Seismic strengthening design strategy of existing frame structure

Wang xianxiong

Wuhan Hechuang Construction Engineering Design Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430000

Abstract: At present, with the continuous development of society and the continuous expansion of the development scale of the construction industry, China's construction engineering field has ushered in new development opportunities, but it is also facing greater development challenges. On the whole, it has gradually tended to the development environment of coexistence of new construction and maintenance and transformation. In the current construction industry, the frame structure has been widely used because of its many advantages, such as flexible space and low material cost. The transformation and reinforcement of the existing frame structure is a task that needs to be paid attention to in the current construction field. Keywords: existing frame structure; Seismic reinforcement; Design strategy

对于既有框架结构，抗震加固是增强稳定性安全性，维护其使用效益并延长使用寿命的重要举措。既有框架结构大多历经多年发展，本身的抗震性能与稳定性能相对较差，所以工程人员需针对具体的工程情况，选择合适的加工方案，也要合理的使用抗震技术，有效增强整体框架结构的抗震性能，提高其使用质量。本文选择既有框架结构为研究对象，分析当前加固改造抗震设计的标准、针对于既有框架结构抗震加固设计的方案与策略。

一、加固改造抗震设计标准

目前，针对于建筑抗震设计，我国发布了诸多与之相关的文件资料，如全面实施的《建筑抗震设计规范》。在该规范中，明确指出了在加固改造抗震设计工作中，工程人员可参考的参数及需达到的标准。此外，针对于抗震设防要求，在后续的文件中也进行了诸多阐述，明确指出在抗震设防工作中需以国家地震动参数区规划图为基础。通过这一方法，可切实提高整体的加固改造抗震设计质量，切实规避既有框架结构产生的安全风险及隐患。

二、既有框架结构抗震加固设计方案

（一）直接加固

    是既有框架结构抗震加固设计中最直接的一种加固方法。工程人员需在了解工程实际情况及既有框架结构抗震承载力复核结果的前提下，针对性选择加固对象，如未满足承载力要求的混凝土结构[1]。但直接加固法的应用条件相对较严苛。例如，若既有加固结构的抗震设计标准相对较高、需要加固的部分较少，可优先选择直接加固法。但若加固范围过大，则不推荐使用这一方法，防止造成较大的成本消耗。

（二）消能减震

    消能减震是在既有框架结构中通过加设减震装置的方式，耗散外部振动形成的能量，从而降低外部振动对于既有框架结构造成的安全隐患。相比其他抗震加固方法来看，消能减震加固手段的成本偏低，灵活性较高。实验表明，消能减震加固方法的应用可最高降低40%的振动反应。在具体加固工作中，工程人员需先判断既有结构框架加固改造前后所形成的抗震等级，同时也要对建筑功能进行适当的调查。若整体的抗震加固方案目标为将丙类框架改为乙类框架，则不优先选择消能减震方案。

（三）架设钢支撑

    在既有框架结构中，加设钢结构可有效分摊梁柱的承载，使得整个结构可承担一部分的外力作用，促进整个结构抗震能力的有效增强。结合现行抗震设计规范中的相关规定来看，在架设钢支撑时，工程人员需先对具有框架结构的抗震等级加以预测，而后合理设立钢支撑结构的整体规格。完成钢支撑结构的设计工作后，工程人员还需通过实验检测的方式，检测其与具有框架结构之间的融合程度，综合评判整个钢筋混凝土框架的抗震性能与抗震等级，针对性的加以调整，有效维护既有框架结构的稳定性与安全性。

三、既有框架结构抗震加固设计策略

（一）剪力墙的设计与要求

剪力墙的设计是既有框架结构抗震加固设计工作中的一大要点。

首先，工程人员应充分体现剪力墙的设计效能。例如，在既有框架结构中，常规剪力墙应能提高底层框架的承受能力，使整个底层框架所承受的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的10%~50%[2]。而针对剪力墙整体结构占比，工程人员可根据原有框架结构的承载能力进行适当调整。此外在设置剪力墙时，工程人员需立足于抗震性能化这一目标进行相关操作，侧重减少剪力墙的加固量。

其次，工程人员需对剪力墙的数量加以适当的控制。既有框架结构抗震加固属于加固改造工程范畴，所以进行的操作越少越好。但工程人员也需考虑工程的实际需求，及相关规范中针对于剪力墙间距的规定，对剪力墙的数量加以合理设计。

最后，在剪力墙设计工作中，工程人员应采取双向布置的方式设计剪力墙结构，以此提高既有框架结构的抗震性能，增强整体的抗震效果。

（二）建筑安全等级以及荷载分项系数的调整

明确建筑安全等级及荷载分项系数，是既有框架结构抗震加固设计工作中设计人员需实现的一大要求。把握相关参数，可促进整个既有框架结构稳定性的有效增强。

结合现行《建筑结构可靠性设计统一标准》中的内容分析来看，在进行既有框架结构抗震加固设计工作中，设计人员需先区分建筑所属类别，在明确建筑类别的基础上，划分其安全等级，并明确结构重要性系数，其中安全等级通常为一级，而系数为1.1[3]。工程人员需要基于这一参数对整个工程方案加以适当的调整，以提高既有框架结构稳定性。

（三）隔震技术的应用

    在既有框架结构抗震加固设计工作中选择合适的隔震技术，可切实提高整体的加固效果，促进既有框架结构具备更高的稳定性及安全性。通常情况下，隔震技术作用的主要呈现方式与原理为利用建筑的上部结构与隔震装备有效延长框架结构的自震周期。并且隔震技术的应用可使得既有框架结构避开共震区，在以柔克刚的状态下，提高既有框架结构的稳定性。

1. 技术优势分析

    隔震技术是既有框架结构抗震加固的重要手段之一，其具有较高的安全性与经济性，可有效降低各种外力作用对具有框架结构造成的影响与破坏。相比于传统的加固技术，隔震加固技术可以被看作是传统技术的补充。并且，采取隔震加固技术，可消除对建筑上部结构造成的影响。除此之外，若整个既有框架结构为高层建筑，在采取传统加固手段时，往往要对上部所有楼层进行处理，但隔震加固技术可指针对处理上部结构局部楼层，整体的施工效率会更高。

2. 基础参数设计

在应用隔震技术对既有框架结构进行加固设计时，工程人员需做好全面的准备工作，要调查了解并分析隔震技术的基础参数。例如，在前期准备工作中，工程人员既要了解既有框架结构的抗震设防烈度，也需通过实地调查的方式，了解既有框架结构的场地类别，以针对性的设计抗震分组。基于调查所得的基础参数，工程人员需建立相关结构的非线性模型，并综合分析整体结构的静力弹塑性。通过这一方法，进一步提高整体框架结构的稳定性，避免产生异常情况。

除此之外，针对于基础参数的设计，工程人员还需了解设计特征周期、既有框架结构的自振周期等数据，通过这一方法更进一步了解既有框架结构的等效总重力荷载[4]。了解相关内容后，工程人员还需假设隔震结构的等效阻尼，通过这一方式计算获取等效阻尼比取值，以提高整体减震的有效性。

3. 隔震支座设计

隔震支座是工程人员在实施隔震设计时需关注的一大柔性构件，其能够有效的分割建筑下部结构与上部结构，也能够充分吸收外部因素造成的震动能量，控制能量的扩散，从而维护既有框架结构的稳定性及抗震性。

隔震支座的特点相对较明显，集中表现在以下几个方面：第一，其具有较高的耐久性与抗击周期疲劳性能。并且，耐酸性与耐水性也相对较高，大多等同甚至会高于建筑的使用寿命；第二，其具有较高的竖向承载力，甚至能够承受整个既有框架结构所形成的荷载；第三，其具有较高的水平变形能力，当外界因素对具有框架结构造成震动影响时，隔震支座可自动发生柔性变形，并对外部能量形成有效吸收，控制能量的上部传递，维护上部结构稳定性；第四，其具有较高的弹性复位功能，当外部震动所形成的影响消除后，隔震支座会自动支撑建筑恢复至原位，以充分维护建筑物的使用性能。

在设计隔震支座时，工程人员需对支座的数量加以确定。首先，要明确结构柱的位置，针对结构柱的位置设计数量。通过这一方法，对既有框架结构形成有效支撑。此外，工程人员还需适当的分析具有框架结构的静力状态，计算隔震支座形成的剪应力等值、剪变力等值，调整支座的大小，以进一步提高支撑效果。

在隔震支座安装工作中，工程人员需先针对既有框架结构选择安装的节点，而后通过无损切割的方式处理整体结构的底层部分，安装支撑体系。接下来通过置换安装融入隔震支座，确保隔震支座稳定无误后，以现浇手段处理隔震层顶板，以此完成整个既有框架结构的抗震与加固操作。

为充分体现隔震支座的加固性能，在设计工作中，工程人员要做好相应的管理工作与质量控制工作。例如，要基于建筑抗震设计规范中的相关要求，对隔震支座的质量进行检验，着重检查支座的形状、尺寸、外观、质量，也需检查相关部件的出产检验报告，确保满足工程需求[5]。

综上，对既有框架结构加以抗震加固设计是当前建筑领域的一项重任，这一任务的推进可促进新建与维修并存样态的顺利实现。在抗震加固设计工作中，工程人员需把握相应的设计标准，并找准设计要点，以直接加固法、消能减震法或架设钢支撑等多种不同的手段，提高具有框架结构的抗震性能与加固性能。此外，工程人员也要把握剪力墙的设计要求，合理调整建筑安全等级及荷载分项系数，合理选用抗震技术，切实增强既有框架结构的稳定性。

参考文献：

[1]顾夏英,冯军艇,孙杰.既有框架结构基于构件的抗震加固细部构造研究[J].建筑施工,2022,44(12):2956-2958.

[2]张玉明,李佳琦,谭天乐.既有框架结构的高标准抗震加固改造设计探讨[J].结构工程师,2022,05(10):1-8.

[3]余伟.某既有框架结构抗震加固设计[J].四川建筑,2021,41(05):25-28.

[4]廖祥辉.某校单跨式框架结构抗震加固技术研究[D].济南大学,2021.

[5]吴繁超.既有框架结构加固中隔震技术的应用[J].浙江水利水电学院学报,2019,31(06):49-53.