晏 偉

（中信設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

框架結(jié)構(gòu)只要有一個(gè)主軸方向的框架全部為單跨框架時(shí)，即為單跨框架結(jié)構(gòu)。由于歷史發(fā)展等因素，現(xiàn)存某些既有多層框架未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，存在結(jié)構(gòu)體系不合理（如單跨框架）、材料強(qiáng)度不足、結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋不足或構(gòu)造不合理、抗震墻布置間距過(guò)大或數(shù)量太少、主體結(jié)構(gòu)與砌體部分拉結(jié)措施缺失或強(qiáng)度不足等問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震性能較差，因此，為滿足使用要求，需要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

1 單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)理論分析

單跨框架結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)槠浜哪苣芰^弱，超靜定次數(shù)較少，在超過(guò)設(shè)防烈度的大震出現(xiàn)的情況下，極易因?yàn)閱蝹€(gè)豎向構(gòu)件的破壞最終造成結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。在大部分地震中，建筑物會(huì)由于雙柱單跨框架結(jié)構(gòu)的其一側(cè)柱破壞造成全樓倒塌。鑒于此，已有規(guī)范對(duì)單跨框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用作出了嚴(yán)格的規(guī)定。

然而，該類低層單跨框架結(jié)構(gòu)一般在已建的學(xué)校、禮堂及小型活動(dòng)房等人員密集場(chǎng)所出現(xiàn)，所以，其安全隱患不容小覷。但是基于目前不少震害所帶來(lái)的慘痛教訓(xùn)，國(guó)家已出臺(tái)最新規(guī)范以及規(guī)定，該類問(wèn)題也逐漸被人們所重視。我國(guó)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)主要是遵循《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，但是就基本上都是對(duì)某一種或者某些結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，也就是說(shuō)是對(duì)具體的事件進(jìn)行具體的分析，決定首先在改變結(jié)構(gòu)體系、增設(shè)多道抗震防線等手段的基礎(chǔ)上，對(duì)其實(shí)施加固處理，防止其在罕遇地震的過(guò)程中出現(xiàn)倒塌。

由此可見(jiàn)，給予達(dá)到上述加固目標(biāo)的前提下，最為常見(jiàn)的加固手段是在部分框架柱間對(duì)混凝土剪力墻或斜撐進(jìn)行增設(shè)。該類路徑可以科學(xué)優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，增設(shè)的剪力墻、斜撐在一定程度上降低結(jié)構(gòu)在預(yù)期地震過(guò)程中出現(xiàn)變形，同時(shí)在大震時(shí)成為關(guān)鍵的抗側(cè)力構(gòu)件，最終強(qiáng)化綜合抗震水平，達(dá)到改造要求。但是值得注意的是建筑外觀、使用功能要求，剪力墻及斜撐的布置有著一定的局限性，最終會(huì)造成增設(shè)的剪力墻發(fā)生短肢，更有甚者，出現(xiàn)無(wú)處可加的情況。

2 單跨框架結(jié)構(gòu)體系抗震加固路徑

在抗震加固時(shí)，單跨框架結(jié)構(gòu)需基于構(gòu)件加固，同時(shí)通過(guò)結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)化結(jié)構(gòu)冗余度、改變結(jié)構(gòu)體系受力范圍、強(qiáng)化抗震耗能等加固結(jié)構(gòu)。

2.1 增設(shè)剪力墻加固

高層建筑中剪力墻通常應(yīng)用普遍，可強(qiáng)化建筑抗側(cè)剛度，降低側(cè)移，優(yōu)化高層建筑的抗震性能。在低矮框架中使用該加固手段，能夠確保框架結(jié)構(gòu)存在框架剪力墻的受力特點(diǎn)，強(qiáng)化抗震防線。新增設(shè)的剪力墻能可以承擔(dān)一定的地震荷載，最終強(qiáng)化抗震水平。在低矮建筑物中該手段可防止大多數(shù)繁雜的加固工程，降低梁、柱的加固數(shù)量，也大大緩解了對(duì)梁、柱構(gòu)件的構(gòu)造要求。

針對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋來(lái)說(shuō)，其承載力極易滿足，大震出現(xiàn)的情況下，層間側(cè)移無(wú)法達(dá)到規(guī)范對(duì)側(cè)移變形的控制要求，需強(qiáng)化柱截面或增設(shè)剪力墻來(lái)強(qiáng)化抗側(cè)剛度。現(xiàn)如今，該路徑在低矮框架結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用?？蓛?yōu)化框架結(jié)構(gòu)在大震作用下的底層較柔、側(cè)移較大的不足，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗震水平。

然而不可否定的是因?yàn)樾柙鲈O(shè)剪力墻基礎(chǔ)，會(huì)影響原建筑影響，加固過(guò)程中需全面的基于分析結(jié)果和客觀條件來(lái)科學(xué)控制剪力墻數(shù)量。

2.2 增設(shè)框架柱加固

由于建筑物的懸挑外廊會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。帶懸挑外廊單跨框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)冗余度少，在地震時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的傾覆力矩，造成懸挑端柱軸力、彎矩增大，影響結(jié)構(gòu)。

在懸挑端增設(shè)一排框架柱可確保結(jié)構(gòu)由單跨結(jié)構(gòu)變?yōu)閮煽缃Y(jié)構(gòu)。該類路徑能夠依靠增設(shè)框架柱的手段，來(lái)全面的改造整體結(jié)構(gòu)體系，確保傳力路徑的合理性，而不是單純的局部加固補(bǔ)強(qiáng)。與此同時(shí)，該路徑控制了結(jié)構(gòu)冗余度，確保結(jié)構(gòu)在地震出現(xiàn)的情況下有一個(gè)滿意的抗倒塌能力。另外，該路徑作為一類傳統(tǒng)的加固手段，造價(jià)低，施工工藝成熟，對(duì)原建筑的影響幾乎甚微。

總之，此方法的應(yīng)用，可以把挑梁轉(zhuǎn)變?yōu)閮啥思s束支撐，需對(duì)節(jié)點(diǎn)處理，提高加柱后結(jié)構(gòu)的整體性。

2.3 增設(shè)支撐加固

最為常用的支撐包括了混凝土支撐、普通鋼結(jié)構(gòu)支撐、型鋼混凝土支撐以及屈曲約束支撐。而屈曲約束支撐的運(yùn)用前景比較樂(lè)觀，能夠處理普通支撐的穩(wěn)定性不足，降低支撐的截面積，因?yàn)槠浣档土私Y(jié)構(gòu)的剛度，也降低了結(jié)構(gòu)地震作用，強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)延性性能和耗能水平。再者，該類屈曲約束支撐降低了加固工程量，控制了造價(jià)。

3 多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)應(yīng)用研究分析

3.1 工程概況

該工程為某小學(xué)教學(xué)樓—I區(qū)，建造于2006年，建筑高度為21.30m，建筑面積約為2002.45m2。該項(xiàng)目建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），建筑所在地區(qū)設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.109，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。該項(xiàng)目為該地區(qū)2019年校舍安全工程項(xiàng)目之一，要求該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)改造后的設(shè)計(jì)使用年限為36年。

3.2 理論研究分析

此工程抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），按照《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》 （GB50023-2009）的規(guī)定，該項(xiàng)目需基于比比本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度的要求，來(lái)核查抗震措施，抗震驗(yàn)算需基于不低于本地區(qū)設(shè)防烈度的要求來(lái)實(shí)施?；诩庸淘O(shè)計(jì)改造后的設(shè)計(jì)使用年限的36年，判定其是B類建筑，需通過(guò)B類建筑抗震鑒定方法。作為框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)B類鋼筋混凝土房屋抗震鑒定手段，展開(kāi)相應(yīng)的抗震措施鑒定、抗震承載力驗(yàn)算。

3.3 鑒定模型分析

按照結(jié)構(gòu)有限元軟件-PKPM V4.2版，實(shí)施項(xiàng)目鑒定模型分析以及加固設(shè)計(jì)計(jì)算分析。在理論研究分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)PKPM軟件完成鑒定模型分析。已有建筑的結(jié)構(gòu)體系是多層單排框架結(jié)構(gòu)?；谝翌愒O(shè)防建筑參考已有規(guī)范規(guī)定，乙類設(shè)防時(shí)不該是單跨框架結(jié)構(gòu)。

3.4 加固設(shè)計(jì)方法

按照房屋的實(shí)際情況選取鋼筋混凝土房屋的抗震加固方案，通過(guò)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震承載力、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)變形能力或者轉(zhuǎn)變框架結(jié)構(gòu)體系等方案?；诖斯こ痰蔫b定結(jié)論，立足于常規(guī)針對(duì)框架結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的加固方法，包括了增大截面加固法、外粘型鋼加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法等，在根本上實(shí)現(xiàn)工程的安全使用問(wèn)題，由改變項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系思路著手，在結(jié)構(gòu)縱橫雙向增設(shè)鋼筋混凝土抗震墻的手段，達(dá)到改變項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系為框架抗震墻結(jié)構(gòu)。在重新調(diào)整分配結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)規(guī)則性，在優(yōu)化構(gòu)件的受力狀況之余，強(qiáng)化工程結(jié)構(gòu)本身的抗震水平。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，我國(guó)的現(xiàn)代化城市建設(shè)速度也正在不斷的提升，百姓對(duì)于自己的生活質(zhì)量要求也越來(lái)越高，為了實(shí)現(xiàn)這一要求，對(duì)于多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的工程質(zhì)量將必須提高，在土建工程加固設(shè)計(jì)中運(yùn)用最為廣泛的就是多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)，所以保證結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的質(zhì)量是對(duì)提升土建工程質(zhì)量的關(guān)鍵。多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)技術(shù)的提升，對(duì)于建筑物的質(zhì)量就能更好地進(jìn)行控制。在現(xiàn)代社會(huì)中，多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)所扮演的角色越來(lái)越重要，進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的施工管理對(duì)于提升建筑物的質(zhì)量也非常重要?，F(xiàn)代社會(huì)科技進(jìn)步非常大，多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)也正在進(jìn)行更新?lián)Q代，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)自身?xiàng)l件進(jìn)行新工藝的學(xué)習(xí)，以及新理念的引進(jìn)，以此來(lái)提升多層單跨框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的實(shí)用性。