蒲靜

【摘 要】時代的發(fā)展，使得建筑行業(yè)技術不斷更新，建筑結構形式多樣化，更加滿足人們的需求。但是，國家建設的不斷發(fā)展，原有的建筑日益增多，這些建筑的結構體系和使用功能不能滿足原有設計要求和人們的要求時，加固改造技術是一種較為合理的措施。本文將從對國內(nèi)外對加固改造技術的研究狀況做一簡單介紹。

【關鍵詞】加固;加層;研究

中圖分類號： TU375.4;TU352.11文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）19-0185-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.090

1 國外的研究現(xiàn)狀

70年代以后，世界各國對舊房的改造利用越來越重視，將重點放在對既有房屋進行現(xiàn)代化改造[1]。進入上世紀90年代以來，在國際上新建建筑市場不斷蕭條的情況下，產(chǎn)生了一種新興產(chǎn)業(yè)，即對舊房屋進行維修改造。這種產(chǎn)業(yè)具有非常好的發(fā)展前景，不斷增大在建筑市場中的比例，為各國經(jīng)濟的發(fā)展提供了新的增長點。

據(jù)有關資料顯示，英、美兩國在1985年時僅商業(yè)、工業(yè)及辦公建筑的改造投資就達965億美元，對舊房屋進行維修改造市場進入全盛時期。瑞典于20世紀80年代的建筑發(fā)展主要放在了對原建筑物的改造上，全國建筑50%的總投資用于維修改造中。前蘇聯(lián)也盡可能減少對舊房的拆除，保留有價值的建筑并定期維修改造，同時在莫斯科和圣彼得堡等城市設立建筑設計院專門負責改造設計。其他如波蘭、意大利、匈牙利、德國、捷克、斯洛伐克等國家自20世紀70年代以來都提出住宅建設的重點是對既有房屋的現(xiàn)代化改造。于1906年～1913年采用鋼結構加層的美國紐約商業(yè)區(qū)B.Altman Department Store[2]，庭院加一層，中廳加四層，塔樓部分加七層，共增加面積235000平方英尺;加層結構為鋼框架結構，鋼柱與原有柱直接連接，采用W12鋼梁和W16鋼桁架，鋼筋混凝土復合樓板中混凝土采用輕質(zhì)的。設計時以荷載的傳遞為主要考慮對象，盡可能對樓蓋系統(tǒng)采用輕型結構。一座建于50年代的墨西哥城的10層辦公樓，在1985年Michoacan Earthquake中因共振而破壞，對建筑進行加強鋼框架來代替ADAS（將阻尼和剛度增大的系統(tǒng)）的加固處理，通過對兩種加固形式的動力特性分析比較，可知，雖然ADAS的抗震性能好于加強鋼框架，但是加強鋼框架可以增大建筑的整體剛度，并且工程造價較低。

許多國家非常重視對古建筑保護修復技術的研究，定期舉行以建筑物修繕改造為主題的學術會議以及出版專業(yè)的學術刊物，例如英國的Concrete Engineering International期刊，印度的the Stmctural Engineer和Indian Concrete期刊等等，這些學術會議和期刊每年都會出版大量關于建筑物加固、改造升級的論文和技術規(guī)程。例如美國相關規(guī)范《Seismic Provisions for Structural teel Buildings》、歐洲相關規(guī)范《Eurocode8：Design of structures for earthquake resistance》。

2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

70年代以來，我國政府越來越重視對舊建筑的加固改造。加層改造無論在實踐方面還是理論研究方面都在不斷的進步。我國先后組織和成立專門分析研究舊建筑的鑒定與加層加固改造的科研協(xié)會，相關部門還頒布了一系列的規(guī)程規(guī)范，如《建筑抗震加固技術規(guī)程》（JGJ116-2009）、《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ08-81-2000）、《磚混結構房屋加層技術規(guī)范》（CECS78：96）、《鋼結構加固技術規(guī)范》（CECS77∶96）。

2006年，付麗麗[3]通過理論分析外包鋼加固混凝土柱的受力性能和破壞狀態(tài)，以及對長柱和短柱的五種加固灌漿情況進行反復加載試驗，研究了外包鋼加固混凝土柱的抗震性能，并且采用分離式有限元模型對外包鋼加固構件進行了非線性有限元模擬;得到復合灌漿料加固的混凝土柱的抗震性能較理想，非線性有限模擬與試驗結果很好的吻合。

2007年，楊曉明，周東明，李海峰[4]通過加層節(jié)點的直接鉆孔連接法、柱中筋直接連接法和U型箍連接法，提出了外包剛性連接節(jié)點。分析可知外包剛性連接有較好的耐久性和抗震性，保證了加層工程的整體受力性能。潘建力等人運用MATLAB語言編制結構內(nèi)力分析程序，對外包鋼加固混凝土空間結構采用反應譜法進行地震計算;分別對三層框架和七層框架進行對比分析，得到外包鋼加固可以減小結構自振周期，提高整體剛度，顯著提高結構豎向和水平荷載的承載力。

2008年，薛彥濤，韋承基，孫仁范，史鐵花，韓雪在能量原理的基礎上推，導出精確計算加層結構采用不同材料時的阻尼比的公式;同時，在以剪切變形為主的結構特點之上，通過兩個算例，推導出只與結構振型、樓層質(zhì)量相關以及用于手算的不同材料加層結構阻尼比的計算公式，并與精確公式相比有較好的精度。

2009年，趙千榮，金旭，張建明對加設兩層輕鋼框架的四層鋼筋混凝土框架的實例進行建模，研究了常數(shù)阻尼、Rayleigh阻尼和振型應變能阻尼三種阻尼計算方法對輕鋼増層結構地震反應的影響，得到振型阻尼理論比較合理。潘金炎，江克勤結合某7層綜合辦公樓的實例，詳細介紹了對其混凝土柱進行外包型鋼加固的設計方案和施工技術，得到了與其它加固方法比較，型鋼加固有效提高結構的承載力和剛度，使結構的耐久性、可靠性和安全性得到了保證。

2010年，周利劍，黃兢通過研究某鋼筋混凝土框架結構鋼結構加層設計實例，進行了整體框架的計算分析，對混凝土框架柱與鋼柱的連接、混凝土與鋼梁的連接以及樓梯的加層進行分析。得到新舊構件之間必須采取可靠連接，結構著重考慮抗震作用。

2011年，宗鐘凌，曹雙寅，張皓，潘宇翔，呂鳳偉對錨栓生根、焊接生根和增大截面生根共五個加層連接節(jié)點的足尺模型進行低周反復荷載試驗，研究了破壞形態(tài)、滯回曲線、位移延性、耗能能力等。得出結論：增大截面生根相比焊接生根和錨栓生根具有更優(yōu)的抗震性能，但焊接生根和錨栓生根可操作性較強，施工工藝相對簡單。

2012年，李潤斌、任澤民利用ANSYS有限元軟件設計了四個輕鋼加層不同連接形式節(jié)點：U型鋼箍加固（鉸接）、碳纖維加固（剛接）、鋼板加固和純剛接（剛接），通過加載低周反復荷載，使構件達到屈服直至破壞，分析它們的抗震性能，得到鋼板加固（剛接）的節(jié)點抗震性能最優(yōu)。在此基礎上，提出了一種鋼板碳纖維混合加固連接形式的鋼混節(jié)點（剛接），并建模分析比較，得出此節(jié)點在低周反復荷載作用下的極限承載力沒有提高，但顯著提高了耗能能力以及延性。

2013年，孫蕾在一加層改造實例的基礎上建立有限元模型，分析對比了原結構，加層結構，設普通支撐結構以及增設摩擦耗能支撐結構在多遇和罕遇地震下的層間剪力、層間相對位移、位移速度和加速度時程響應分析;同時分析了摩擦耗能支撐各種參數(shù)。席欣對屈曲約束支撐（BRB）的特性及基本力學性進行了討論，以及對分析方法做了理論分析;同時，建立有限元模型進行數(shù)值模擬，分析了加設屈曲約束支撐前后的模態(tài)及彈性和彈塑性抗震性能，可知BRB增加了結構的抗側剛度，提高了抗震性能。

2014年，欒立維采用15層混凝土框架核心筒結構加層實例，對比加1、3、5層框架結構的周期，可得“鞭梢效應”發(fā)生在一定范圍指標內(nèi)，這對于加層的選型和設計提供一定的參考。朱秀蘭采用ANSYS有限元軟件建立由外包鋼混凝土組合梁、普通組合梁及鋼筋混凝土梁與型鋼柱、鋼筋混凝土柱的不同構件組合而成的六種框架，加載低周反復荷載進行分析比較，得到組合框架中具有外包鋼組合梁構件的結構的剛度、極限承載力和耗能能力優(yōu)于其它梁構件。并使用彈簧單元來模擬外包鋼組合梁中型鋼與混凝土之間的粘結滑移情況，發(fā)現(xiàn)型鋼中的底板、腹板、上翼緣的滑移量依次減小。最后將外包鋼組合梁現(xiàn)澆混凝土組合樓板和普通組合梁現(xiàn)澆組合樓蓋相比，前者具有更大的剛度和承載力。

2015年，陳道政、羅志遠、何池和、王偉強[5]等人以6層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構加一層門式鋼架結構的門診樓為例，通過對原結構的檢測、加層加固方案的設計以及利用SP2000軟件進行模擬檢測，可知對6層框架結構的加層加固設計方案具有安全性和可行性，并且對新舊結構的連接節(jié)點進行外包柱腳加固處理，保證了加層結構的整體性。

3 總結

雖然各國提出很多鋼筋混凝土框架結構的抗震設計理論和計算方法，但是現(xiàn)有對輕鋼加層結構的研究大多數(shù)集中在對現(xiàn)有的工程實例進行模擬分析。現(xiàn)存在的問題有：對加層這種下部鋼筋混凝土框架結構上部鋼結構體系的阻尼比沒有明確的定義;對加層中混凝土結構和鋼結構連接的節(jié)點的加固研究只做了靜力研究，幾乎沒有涉及到動力試驗研究;對于抗震的設計無規(guī)范可依，并缺乏完整系統(tǒng)的研究方法，可靠度理論研究不是很完善;増層的研究大多數(shù)針對的是鋼結構，對輕質(zhì)材料的研究有待進一步發(fā)展。

【參考文獻】

[1]S.Kabraxnan，A.Saatei，S.Misir，Effects of adding illegal storeys to struetural systems， Sadhana， 2006，V31（5）：515-526.

[2]Thornton Charies H，Hungspruke Udom，DeScenza Robert P.Vertical expansion? to add 235000 sq.ft，Moden Steel Construction，1991，31（6）：38-39.

[3]付麗麗.外包鋼加固鋼筋混凝土框架柱的抗震性能研究[D].青島理工大學，2006.6.

[4]楊曉明，周東明，李海峰.某高層建筑加層鋼框架柱腳節(jié)點的抗震構造[J].工業(yè)建筑，2007，37（9）：113-114.

[5]陳道政，羅志遠，何池和，王偉強.某門診樓加層加固工程的設計[J].工程抗震與加固改造，2015，37（2）：136-141.