江门市规划勘察设计研究院 广东 江门 529000
【摘 要】本文主要针对框架结构教学楼的抗震加固设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对原结构存在的问题作了详细的阐述，并系统分析了抗震加固的目标及方案，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
【关键词】教学楼；框架结构；抗震加固
近几年，我国地震灾害频发，使得对既有建筑进行抗震鉴定及加固的工程项目越来越多，特别是教学楼建筑。而在实际的加固施工中，不能只是简单的对结构构件的承载能力进行加固，还需要从多个方面研究分析，真正使建筑的抗震性能得到提升。基于此，本文就框架结构教学楼的抗震加固设计进行了分析研究，希望对相关课题研究能有所帮助，同时能与实际项目相结合。
1 工程概况
某教学楼地上9层（局部11层），地下有1层，总建筑面积是7853m2，其中大屋面建筑高度是35m。结构体系为钢筋混凝土板柱-剪力墙结构，基础为箱形基础。其中，地上主体结构1～8层中间部分采取了无梁楼盖结构，其余部分均为梁板式楼盖。
2 框架结构教学楼抗震加固设计的问题
结合多年的结构设计经验可以发现，在框架结构的教学楼抗震设计过程中经常存在的问题就是：
（1）对抗震墙的结构设计以及布置很不均匀，从下图中的单片抗震墙结构布置过程中可以看出该建筑结构的总建筑设计长度为14.6米，而且在该建筑结构单片墙的底部位置还要承载大约45%的水平剪力。因此实际的承担的剪力负荷远远超出了实际设计的承载负荷，因此导致该框架结构的总体强度不高。
图1 框架结构教学楼抗震加固设计平面布置图
（2）经过设计分析可以发现，上述框架结构设计方式在强震的作用之下，很多的框架梁钢筋不足以承受巨大的应力负荷，从而使在设计过程中导致框架结构的总体钢筋配置参数处于0.70-0.95之间，因此这一参数范围明显与为我国相关的施工设计要求标准不符，所以为了提升建筑的设计强度，应该将箍筋的直径控制在10毫米之上，而且钢筋之间的实际连接间距不能超过10厘米。
（3）一般而言在框架结构设计过程中框架柱箍筋的实际间距以及直径均不能满足相关的标准要求，从而使下端的箍筋加密区的的内箍筋直径处在10毫米之下，而且其实际的安装间距处在100毫米以上；
（4）在传统的框架结构设计过程中，主要的抗震设计规范是78 抗震设计规程，因此在该框架结构的两侧位置以及抗震墙的两端都没有设计相应的边缘构件，从而使工程结构在实际的鉴定验收中出现与设计要求不符的情况，而且在抗震墙的底部结构中加强区的边缘构件与箍筋的实际配置比例没有在合理的范围之内。
3 框架结构教学楼抗震加固设计的具体目的以及方案
3.1 框架结构教学楼抗震加固目的
由于该项目工程约于1990年竣工，因此其是结合我国78设计规范进行设计的抗震结构，但由于该建筑的主要功能为教学楼，因此结合我国建筑工程抗震你设计标准来设计，要采用乙类建筑物的设计要求进行加固处理，因此不仅涉及的加固面很广，而且加固工程的设计量较大，工程设计的周期较长，因此导致设计方的成本不断增加。因此经过相关技术人员的科学论证，采用40年的设计年限方案进行设计分析，从而加固设计之后要能保证其满足我国B类建筑物的设计要求。
3.2 框架结构教学楼抗震加固设计方案
通常来讲，建筑物进行抗震设计加固的主要目的是有效提高建筑物的总体结构承载力，从而减小其变形力，因此在实际的设计过程中应该本着经济、适用以及美观的设计原则进行加固处理，就本工程设计策略而言，主要采用如下的设计方案进行设计：
（1）对相关的结构构件进行加固处理。特别是对重要部件的设计结构要进行强化加固处理，不仅加固周期要长可，而且加固的成本投入要高，所用的相关材料以及构件都要满足其结构强度要求；
（2）要通过增加抗侧力相关构件使建筑物的总体强度不断提高。从上述分析中可以发现，传统的框架结构加固设计采用的是板柱抗震的墙结构，因此只有采用更多的抗震墙支撑才足以保证建筑的总体抗震性能不断提高。但是这一处理技术对原有的结构立面影响大，从而对建筑物的内部结构造成不良影响，因此如果增加抗震墙在建筑结构中，则需要采用基础结构进行加固处理；
（3）通过加设减震器的方式降低地震作用的影响，在原来的建筑结构中通过增加抗震器，则使整个框架建筑结构的总体阻尼比增大，因此达到减震抗震的目的，至于减震设备需要在设计工程现场设计，采用现场安装的方式进行操作，因此不仅施工设计简单，而且施工周期缩短，经济效益不断提升，经过论证分析，所带来的直接经济效益是原理的一两倍。
因此从上述几种不同的抗震设计方式的对比情况来看，如果结构设计人员只采用单一的设计方式进行设计加固，则无法起到明显的抗震作用，因此综合分析设计过程中美观、适用以及经济的设计原则，因此取长补短，经济综合使用，一方面应该采用增加消震器的方式提升建筑框架的总体强度，另一方面应该采用科学的结构设计构件保证框架结构强度不断提高。
具体措施如下：
（1）为了有效降低建筑结构的地震作用，从而在原来的单纯抗震设计的基础上进行消能减震，由于选用位移性消能减震器进行设计，对小型的地震作用不敏感，因此不适合建筑结构的抗震。
（2）因此需要采用速度型消震器进行减震，由于其对小型的地震作用较为敏感，因此，采用性能较好的减震器不断可以提高减震的效果。在此工程设计中，主要将地下室的顶板沿着其总体结构的竖向结构进行科学布置，从而在X向结构中布置13套安全消震器，具体的消震器结构布置示意图如下：
图2 框架结构教学楼抗震加固消能器立面布置图
（3）在该建筑物结构中对于总体抗震承载力保持在哪40%以下以及抗震承载力严重不足的框架结构，应该重点采用梁底粘结纤维布以及黏贴钢板的方式进行加固处理，这一加固设计的方式主要优点是不需要对原有的结构构件进行改变，因此几乎不会对建筑总体结构早晨很大影响。
（4）如果是建筑物的框架柱加密部位的箍筋布置不足，因此需要通过黏贴纤维布或者安装钢构套的方式进行加固处理，但是需要注意对于很多框架柱而言要采用黏贴纤维布的方式进行加固，但是柱角钢构套无法安装，因此并不适合此方式加固。
（5）在实际加固处理过程中，如果建筑物的洞口两侧位置或者抗震墙的两端没有设置剪力墙边缘构件，可考虑采用增加钢构套的方法来处理施工，倘若某些结构承载力不足，可考虑采用粘结纤维布的方法来处理施工，而抗震墙底部位置的加固区的边缘构件纵筋连接较多的问题可以通过消能器进行减震处理。
3.3 框架结构教学楼抗震加固设计前后性能分析对比
3.3.1加固设计前后侧向变形分析对比
在较强的地震作用下加固设计前后侧向变形分析对比结构图示如下所示，从具体的图示中可以看出，加固之后的教学楼楼层中并没有出现较大的曲线位移变形情况，更没有突变的情况发生，因此表明减震器的消能安装较为科学，并没有薄层效应发生，因此采用消能减震器进一步减少了地震的作用力，从而有效使整个建筑结构的强度不断提高。
具体的框架结构教学楼抗震加固设计前后侧向变形分析对比如下：
图4 特殊地震作用下X与Y向层间移角对比示意图变化趋势
从上述分析对比图中可以看出，通过加固后的建筑物预应力集中的现象明显得到减少，但是层间的位移角也变的更加缓和，因此从这一变化过程中可以发现，消震器的使用更加科学，综合薄层效应得到遏制，而且经过加固的建筑结构，总体抗震性不断提升。
3.3.2框架结构教学楼抗震加固设计前后关键抗震墙性能参数对比分析
本文在研究过程中重点结合上述图示对比结果，针对强震与弱震作用下的框架结构建筑总体结构强度进行了分析，具体的计算分析数据如下表，从下表中不难发现，抗震墙在多地震的作用下，下墙体的构件拉力为弯构件拉力，而下墙体的总体结构为组合拉力，因为这一部位的地震作用较为明显，因此需要承担较大的内力，导致该部位的结构受力分布很不均匀，因此一旦发生特大地震灾害，则会导致地震的破坏性大大提升。
多遇地震抗震墙W-1截面验算（轴力受压为负）表1
从上述数据表中的相关的对比分析结果可以看出，在多地震作用下，抗震墙结构的配筋量不断上升，主要是由于该结构受力不均匀，但在设防地震作用下的墙肢拉力逐渐增大，所以在设防地震作用下的设计墙肢暗柱是多地震作用下设计强度的7倍之多。
如果仅仅是采用传统的设计方式进行设计，则遇到多地震情况，因此很难保证建筑结构的安全，建筑结构在中小地震的条件下，需要进行唐弹塑性分析从而使其内力荷载均匀分布，因此只有采用科学的设计分析才能保证建筑结构设计安全。
从上述数据分析结果中不难看出，该墙体的结构设计在特大地震作用下无法满足抗剪截面的计算要求，倘若想更有效解决问题，尚需针对消能减震器的减震效果进行分析，科学设置消能减震器从而使该框架墙的总体结构受力要求不断满足设计要求。做种要满足我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）中的相关设计要求，使教学楼在遇到特大地震作用时满足屈服设计要求。
除此之外，设计人员还应该重点针对整体建筑结构进行弹塑性分析，具体的加固之前的混凝土结构抗震设计因子分部图示如下，从中发现，在特大地震作用力下，该建筑物的最大力学变形因子为0.9，因此表明墙体结构受到严重的破坏，这一破坏因子会逐渐向着内部扩散，最终达到0.9的区域从而大大超过墙肢宽度总体参数的一半，综上所述，建筑物的结构剪切性破坏和机理性拉伸属一种脆性的破坏，故结构构件的实际延展性较差，而本次采用抗震墙的加固设计方式大大提高了建筑物的抗震强度，避免了出现集中破坏的问题，从而起到良好的抗震加固目的。
图5 加固前后抗震墙W-1损伤图
4 结论
综上所述，建筑物的总体抗震加固设计非常关键，尤其是教学楼的抗震加固设计非常重要，因此在今后的建筑物加固抗震设计中应该进行科学的力学分析，从而采用科学的措施做好薄弱结构的加固工作，从而游有效提升建筑物的总体性能。
参考文献：
[1]王瑜、杨育麒.某不规则框架结构教学楼的抗震鉴定和加固建议[J].四川建筑.2013（01）.
[2]胡平、陈勇敏.框架结构公共建筑安全及抗震性能鉴定实例分析[J].福建建设科技.2011（03）.
论文作者:李相安
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/9/1
标签：结构论文; 教学楼论文; 框架结构论文; 建筑物论文; 构件论文; 建筑结构论文; 总体论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;