張濤 吳建奇

摘? ? 要：總結(jié)了國內(nèi)外已用于工程實踐的抗震加固新技術(shù)，比較的各種加固方法的優(yōu)缺點和應(yīng)用條件，提出了抗震加固方案的選取要以滿足建筑物的設(shè)防目標(biāo)與性能要求為原則。各種新的抗震加固技術(shù)可用于指導(dǎo)國內(nèi)建筑物的抗震加固工程實踐。

關(guān)鍵詞：抗震加固;新技術(shù);比較與應(yīng)用;方案選取

1? 引言

近期，地震發(fā)生較頻繁，造成了巨大破壞并引起廣泛的影響。在加強對地震監(jiān)測的同時，如何保證既有建筑的抗震性能，尤其是做到“大震不倒”，盡量減少人員的傷亡成為工程師們最為重視的問題。新抗震規(guī)范的頒布保證了新建建筑物抗震性能的提升，但是對于既有建筑，大部分都不會滿足新抗震規(guī)范要求，那么如何對既有建筑更好的進行抗震加固，成為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的加固技術(shù)不僅僅受施工周期、經(jīng)濟條件和建筑場地的限制，而且不能夠很好地滿足現(xiàn)有建筑對抗震設(shè)防的要求 。

2? 地震作用對建筑的影響

傳統(tǒng)的加固方法大都通過增加結(jié)構(gòu)剛度的截面法、包鋼法等進行，但是這也會增大結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度。地震作用的特點是“遇強則強”，這樣一來，結(jié)構(gòu)受到的地震作用會變得更大，而新的加固方法采用耗能減震或基礎(chǔ)隔震的理念，是一種“剛?cè)岵被颉耙匀峥藙偂钡目拐鸺庸谭椒ā?/p>

3? 加固新技術(shù)

3.1? 耗能減震加固新技術(shù)

耗能減震技術(shù)是利用安裝在建筑物中的消能器，利用建筑物的變形，驅(qū)動消能部件中的消能器做功消耗能量，減小建筑物的振動反應(yīng)，從而達到提高建筑物抗震能力的一項新技術(shù)。適用范圍：框架結(jié)構(gòu)、高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架筒體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、排架廠房和體育場館等，對于這些結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能提高尤為顯著。優(yōu)點是安全、經(jīng)濟、施工周期短、耗能明顯（實驗表明，耗能占到地震作用于上部結(jié)構(gòu)總能量的90%），而且技術(shù)也比較成熟。

（1）增設(shè)摩擦型阻尼器。摩擦耗能裝置由摩擦元件構(gòu)成，這些元件相互滑動產(chǎn)生摩擦力，從而耗散結(jié)構(gòu)的部分振動能量。在已有房屋的外側(cè)設(shè)置含有摩擦減震器的減震斜撐，采用預(yù)應(yīng)力鋼材與已有結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體，通過減震器來吸收地震能量。

（2）增設(shè)金屬阻尼器。金屬阻尼器的耗能機理是通過金屬元件的彈塑性變形來耗能。金屬阻尼器的造價相對比較低，主要有軸向屈服型尼器、制震板（HADAS）、蜂窩型阻尼器。

（3）增設(shè)粘彈性阻尼器。粘彈性阻尼器由粘彈性材料與約束鋼板交替疊合而成，通過粘彈性材料的滯回變形來減小結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。粘彈性阻尼器是一種主要與速度相關(guān)的減振裝置，在任何位移下都發(fā)揮耗能作用，不過造價比較高。粘彈性阻尼器中有一種形式是制震壁，制震壁通常裝在上下樓層的橫梁間，是一種槽化的阻尼器，由一片內(nèi)部鋼板和兩片外部鋼板所構(gòu)成的U形結(jié)槽，在內(nèi)外鋼板間注入高黏性的特殊物質(zhì)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，利用黏性物質(zhì)的阻尼力與熱能轉(zhuǎn)換消減地震能量，減緩建筑物結(jié)構(gòu)上的晃動。因為制震壁通常是被建材包起來，在外觀上不會影響建筑物的美觀。

（4）增設(shè)粘滯性阻尼器。粘滯性阻尼器由缸體、活塞和液體構(gòu)成，活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動。它是根據(jù)流體運動，特別是流體通過節(jié)流孔時會產(chǎn)生粘滯阻力的原理制成的，是一種無剛度、速度相關(guān)型的阻尼器，造價較高。

（5）力臂式減震工法。力臂式減震工法是日本近年來出現(xiàn)的新工法，該工法利用設(shè)有減震器的肘結(jié)力臂式機構(gòu)來放大結(jié)構(gòu)的層間變形從而提高耗能效率，減少地震反應(yīng)。

（6）制震頂棚系統(tǒng)。制震頂棚系統(tǒng)是在頂棚和墻之期間設(shè)置制震設(shè)備來減少地震時頂棚的振動，從而提高頂棚的耐震性能的系統(tǒng)。制震設(shè)備均勻的布置在頂棚外四周的墻壁上。制震設(shè)備可以簡單的在原有頂棚上安裝，因而該系統(tǒng)對于新建和修復(fù)都能適用。

（7）調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（turned mass damper， TMD）。它是一個彈簧、阻尼器和質(zhì)量快組成，當(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵的作用下產(chǎn)生振動，帶動TMD系統(tǒng)一起振動，系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用于結(jié)構(gòu)，調(diào)和結(jié)構(gòu)受到的地震作用，從而達到減少結(jié)構(gòu)振動的目的，是一種被動控制系統(tǒng)。美國世貿(mào)中心、波士頓Lohn Hanlock大樓和悉尼電視塔就是采用的這種減震方法。目前主要用于高層和超高層建筑，造價往往較高。

3.2? ?隔震加固新技術(shù)

基礎(chǔ)隔震就是在建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置（或系統(tǒng)）形成隔震層，把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開來，利用隔震裝置的高阻尼特性來隔離或耗散地震能量，以減少建筑物的地震反應(yīng)。 此法的使用對象為中低層建筑，城市生命線工程及重要建筑（核工業(yè)建筑、醫(yī)院、通訊等），對高層建筑和軟弱地基上的建筑不宜使用，優(yōu)點是加固效果好，抗震安全度高;不需要對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備、家具等再進行抗震處理，建筑物的功能和用途均不受影響，施工中也可照常使用;保證儀器和設(shè)備的正常使用。但是該方法也有很多缺點，設(shè)置隔震層后，穿過隔震層的設(shè)備管線需進行妥善的柔性連接，以及對下部停車場等功能地下室也會產(chǎn)生影響;造價較高，施工周期比較長，施工技術(shù)要求也較高;若其他構(gòu)件的承載力不能滿足，則需另外加固，增加了工程量?；A(chǔ)隔震主要采取增加橡膠墊支座，滑移支座和滾軸支座等形式。

3.3? ?加大剛度加固法

（1）增設(shè)斜撐加固。此法是利用斜撐來承擔(dān)一部分地震力從而改善建筑物抗震性能的加固方法。按照形狀來分主要有單斜撐、交叉斜撐、膝型斜撐、K型撐、V型斜撐和倒V型斜撐。其本質(zhì)上是通過提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度來增大結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力。此法優(yōu)點是重量較輕，工期較短，可確保結(jié)構(gòu)的強度和延性，而且造價較低。缺點是由于鋼支撐通常都是受拉桿設(shè)計，在往復(fù)地震作用下，容易屈服，耗能能力有限，震后需要替換，該方法在國內(nèi)外應(yīng)用普遍。

（2）增設(shè)框架加固。增設(shè)框架加固是利用新增框架來承擔(dān)一部分地震力從而改善建筑物抗震性能的加固方法。外部增設(shè)框架的形式主要有鋼框架、RC框架、預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力框架和斜拉預(yù)應(yīng)力框架。預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力框架是采用預(yù)應(yīng)力鋼材將鋼筋混凝土預(yù)制梁柱在現(xiàn)場組成框架，并與已有結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體。這種方法的使用條件是適用于中低層建筑，并且建筑物周圍必須有足夠的空地來保證設(shè)置外部框架。優(yōu)點是加固工程在建筑物外部進行，內(nèi)部仍可正常使用。缺點是造價高、工期長，并且建筑物的原立面造型全部變樣，建筑內(nèi)部的采光和通風(fēng)也受到影響。

3.4? 高性能材料

近年來，日本開發(fā)了SRF工法（Super Reinforcement with Flexibility，超高延性加固技術(shù)），是一種將中等強度的黏結(jié)材料黏貼高性能的聚酯增強材料的加固技術(shù)。優(yōu)點是施工簡單、工序少、重量輕和施工后材料沒有毒性和刺激性，缺點是價格較高。

4? 方案選取

好的加固方案不僅僅可以達到理想的加固效果，而且在經(jīng)濟、施工周期和后續(xù)養(yǎng)護方面都是方便的。針對我國經(jīng)濟發(fā)展不平衡，地區(qū)差異較大的國情，不同地區(qū)的經(jīng)濟體對地震災(zāi)害的承受能力不同，基于性能的抗震加固思想就是說選擇一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（遠遠具體于現(xiàn)行的抗震“三設(shè)防水準(zhǔn)”），恰當(dāng)?shù)募庸谭桨?，保證建筑物的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下的性能水平，使建筑物在遭受一定水平的地震作用下，結(jié)構(gòu)的破壞不超過一個特定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)或者說損失在業(yè)主的承受范圍內(nèi)。目前來說，基于性能抗震加固參數(shù)主要是限定建筑物的頂點位移或是層間位移角。通過與業(yè)主方的協(xié)商，在保證滿足業(yè)主要求的情況下，最大的發(fā)揮設(shè)計師的主動性。

5? 結(jié)論

新抗震加固技術(shù)無論在安全性、合理性，還是在經(jīng)濟性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)抗震加固方法，加固方案的選取應(yīng)該以被加固建筑的設(shè)防目標(biāo)與性能要求為原則，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮其他各方面的可行性。

參考文獻：

[1] 周云. 耗能減震加固技術(shù)與設(shè)計方法[M].北京：科學(xué)出版社，2006

[2] 仇保興. 地震災(zāi)后建筑修復(fù)加固與重建技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：

張濤，男，上海同濟大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)。

吳建奇，男，山東建筑大學(xué)工程管理專業(yè)。