抗震性能的優(yōu)化是建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)之一，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需從材料選擇、結(jié)構(gòu)體系、抗震構(gòu)造措施及計(jì)算分析等多方面綜合考量，優(yōu)先采用高強(qiáng)度、高延性的材料（如鋼材、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）可提升結(jié)構(gòu)的耗能能力與變形性能，通過合理布置抗側(cè)力構(gòu)件（如剪力墻、支撐框架）形成多道抗震防線，避免單一構(gòu)件失效導(dǎo)致整體倒塌，增設(shè)阻尼器、隔震支座等減震裝置能有效吸收地震能量，降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)。 ，在加固方案設(shè)計(jì)中，需結(jié)合既有結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，針對(duì)性采取補(bǔ)強(qiáng)措施，對(duì)框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行外包鋼加固或碳纖維包裹，可顯著改善其抗震性能；對(duì)砌體結(jié)構(gòu)增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱或鋼筋網(wǎng)砂漿面層，可提高整體性，計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)采用動(dòng)力時(shí)程分析或Pushover方法評(píng)估加固后的抗震能力，確保滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防要求。 ，經(jīng)濟(jì)性與施工便利性也需納入考量，通過BIM技術(shù)模擬優(yōu)化加固方案，減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)兼顧工期與成本，抗震加固需以“性能化設(shè)計(jì)”為導(dǎo)向，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)與工程經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)安全性與經(jīng)濟(jì)性的平衡。

抗震加固設(shè)計(jì)優(yōu)化抗震性能的方式

一、選擇合適的加固材料

• 超高性能混凝土（UHPC）的應(yīng)用
  • UHPC具有極高的抗壓和抗拉強(qiáng)度，這一特性使其在抗震加固中表現(xiàn)優(yōu)異，能夠有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。例如在一些混凝土結(jié)構(gòu)建筑加固時(shí)，使用UHPC可顯著提升建筑的抗震性能，因?yàn)樗芨玫氐钟卣甬a(chǎn)生的應(yīng)力。而且UHPC的自流性和易成型性，讓其可以填充結(jié)構(gòu)缺陷和連接薄壁構(gòu)件，提高結(jié)構(gòu)的整體性和承載力，這對(duì)于提升抗震性能非常關(guān)鍵。此外，UHPC耐久性好，耐腐蝕和抗凍融，在惡劣環(huán)境下仍能保持長(zhǎng)期抗震性能，比如在海邊或寒冷地區(qū)的建筑，使用UHPC加固后，能保證在地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
• 碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）的應(yīng)用
  • CFRP有高強(qiáng)度、高模量和理想的延展性，這些特性使其能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪承載力，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性。在建筑加固工程中，CFRP可直接粘貼在混凝土或鋼結(jié)構(gòu)表面，這種粘貼方式省時(shí)高效且不會(huì)顯著增加結(jié)構(gòu)重量，這對(duì)于一些對(duì)重量有要求的建筑結(jié)構(gòu)（如高層或輕型結(jié)構(gòu)建筑）非常有利。同時(shí)，CFRP耐腐蝕和耐候性好，能保證在各種環(huán)境條件下具有長(zhǎng)期的抗震加固效果，無論是在潮濕的南方地區(qū)還是干燥的北方地區(qū)，CFRP加固后的結(jié)構(gòu)在地震中的穩(wěn)定性都能得到較好的保障。
• 玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFRP）的應(yīng)用
  • GFRP是輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和較好耐腐蝕性的材料，這使其成為抗震加固的理想材料。在加固過程中，它可減輕結(jié)構(gòu)重量并提升抗震能力，例如一些老舊的磚結(jié)構(gòu)建筑，使用GFRP加固既能減輕建筑自身重量，又能提高抗震性能。GFRP纖維排列定向，賦予其優(yōu)異的抗拉性能，可有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪承載力。并且它的耐久性好，抗紫外線和耐化學(xué)腐蝕，確保在惡劣環(huán)境中具有持久的抗震效果，像戶外的一些建筑結(jié)構(gòu)，使用GFRP加固后，在面對(duì)地震以及日常環(huán)境侵蝕時(shí)，能保持較好的抗震性能。
• 鋼 - FRP復(fù)合材料的應(yīng)用
  • 這種復(fù)合材料結(jié)合了鋼的強(qiáng)度和FRP的輕質(zhì)、耐腐蝕性，兼具兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，能有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和抗震性能。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的抗震需求調(diào)整鋼材和FRP的比例，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的加固方案，比如對(duì)于一些需要重點(diǎn)增強(qiáng)剛度的結(jié)構(gòu)部分，可以增加鋼材的比例；對(duì)于一些對(duì)重量和耐腐蝕性要求較高的部分，可以增加FRP的比例。其施工便捷，可直接粘貼或螺栓連接在結(jié)構(gòu)表面，方便快捷，能夠提高加固效率，盡快提升建筑的抗震能力。
• 粘性阻尼器的應(yīng)用
  • 粘性阻尼器通過粘貼在結(jié)構(gòu)表面，可耗散地震能量，減少結(jié)構(gòu)振幅，降低抗震響應(yīng)。它具有高阻尼性，良好的能量耗散能力能夠有效減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)，提高其抗震穩(wěn)定性。在一些大型建筑或者地震頻發(fā)地區(qū)的建筑加固中，使用粘性阻尼器可以在地震發(fā)生時(shí)有效地減少結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)，保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施的安全。

二、合理選擇加固方式

• 構(gòu)件加固、區(qū)段加固與整體加固的抉擇
  • 根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況確定建筑需要滿足的抗震能力，再明確抗震加固要求，從而為建筑選擇合適的抗震加固方式，其中包括構(gòu)件加固、區(qū)段加固以及整體加固等。例如，如果只是某個(gè)構(gòu)件（如某根柱子或某塊樓板）出現(xiàn)抗震能力不足的情況，可以選擇構(gòu)件加固；如果是某個(gè)區(qū)域（如建筑的某一層或某一單元）存在問題，則可以考慮區(qū)段加固；如果整個(gè)建筑的抗震性能都不達(dá)標(biāo)，就需要進(jìn)行整體加固。
• 內(nèi)加固與外加固對(duì)比
  • 在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，需要做好內(nèi)加固與外加固的對(duì)比。選擇外加固的方式會(huì)減少對(duì)建筑正常使用的影響，還可以結(jié)合外立面的更新進(jìn)行加固。但是，如果建筑的抗震墻間距過大，想要達(dá)到預(yù)期效果的難度較大。內(nèi)加固則可能更適用于一些對(duì)建筑外觀沒有要求或者內(nèi)部空間有足夠調(diào)整余地的情況。
• 增加抗震墻抗側(cè)力構(gòu)件加固方式中的結(jié)構(gòu)改變考量
  • 如果選擇增加抗震墻抗側(cè)力構(gòu)件的加固方式，需要選擇是否改變?cè)械慕Y(jié)構(gòu)，這時(shí)需要對(duì)兩種方式進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比內(nèi)容包括使用功能、改造要求等。例如，對(duì)于一些對(duì)使用功能要求較高且不能改變內(nèi)部布局的建筑，可能不適合采用改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的加固方式；而對(duì)于一些使用功能較為單一且可以進(jìn)行較大改造的建筑，可以考慮改變結(jié)構(gòu)來提高抗震性能。
• 不同結(jié)構(gòu)類型加固方式的適用性
  • 對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，在梁柱結(jié)構(gòu)抗震能力不足時(shí)，可以通過增加主體結(jié)構(gòu)截面面積的方式提高承載能力，這種方式施工方便、施工質(zhì)量好，具有良好的穩(wěn)定性與可靠性。但它存在局限性，如在增加結(jié)構(gòu)截面面積時(shí)必須重點(diǎn)考慮建筑的整體結(jié)構(gòu)，否則可能因結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部的剛度或質(zhì)量的變化而出現(xiàn)共振的情況，影響建筑結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度；并且由于結(jié)構(gòu)加固的施工時(shí)間長(zhǎng)、濕度大，可能會(huì)影響建筑的美觀性，所以這種方式一般適用于梁柱結(jié)構(gòu)這種不會(huì)影響表面的位置，一般不會(huì)應(yīng)用在房屋外部。
  • 外包鋼加固方式操作簡(jiǎn)單，使用角鋼將建筑主體結(jié)構(gòu)的四角包裹起來，角鋼之間通過綴板連接在一起。分為干式外包鋼加固與濕式包鋼加固，其中干式外包鋼加固操作簡(jiǎn)單，施工難度低，濕式包鋼加固承載能力更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。這種加固方式施工量小、施工進(jìn)度快，可以有效地提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，但施工成本較高，一般應(yīng)用在混凝土梁柱與磚窗墻結(jié)構(gòu)中。
  • 水泥壓漿的加固方式適用于建筑因受到臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害影響而產(chǎn)生裂縫的情況，它使用水泥漿填充建筑結(jié)構(gòu)中的裂縫與蜂窩等缺陷，提高整體結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性。這種方式具有施工成本低、加固強(qiáng)度高以及運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，但應(yīng)用范圍有限。
  • 組合結(jié)構(gòu)的加固方式是增加建筑結(jié)構(gòu)中鋼柱與鋼梁的數(shù)量，通過這樣的方式提升建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。不過這種加固方式在密集柜與電池房無法應(yīng)用，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致建筑內(nèi)部的凈空間減少，影響室內(nèi)的布置與裝修；而在內(nèi)部空間較大或?qū)?nèi)部空間要求不高的建筑工程中，應(yīng)用這種加固方式能夠帶來良好的加固效果。
  • 隔震加固是一種新型的加固方式，其原理是在建筑中設(shè)置隔震層。這種加固方式具有良好的抗震性能，并且不需要改變建筑的構(gòu)件，雖然會(huì)對(duì)其他施工環(huán)節(jié)產(chǎn)生一定的影響，但應(yīng)用范圍仍然十分廣泛。

三、考慮建筑自身特性

• 地基處理
  • 地基必須良好，要求土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，地下水埋深較深，地震時(shí)，地基不致開裂、塌陷或液化。在不宜建設(shè)的地基上建筑，必須首先作好地基處理，因?yàn)榉€(wěn)固的地基是建筑抗震的基礎(chǔ)。例如在一些軟土地基或者地震活躍區(qū)域的建筑，對(duì)地基進(jìn)行加固處理（如采用樁基礎(chǔ)等方式）可以有效提高建筑的抗震性能。
• 建筑平、立面設(shè)計(jì)
  • 建筑物平、立面要力求整齊，高度不要超過規(guī)定，避免過于空曠，盡可能使開間小，隔墻多。這樣的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)能夠更好地抵抗地震力的作用，減少破壞的可能性。例如，方形或矩形的建筑平面在地震中的穩(wěn)定性相對(duì)較好，而過于復(fù)雜的建筑外形可能會(huì)在地震時(shí)產(chǎn)生更多的應(yīng)力集中點(diǎn)，降低抗震性能。

UHPC在抗震加固中的具體應(yīng)用案例

CFRP加固技術(shù)在高層建筑中的優(yōu)勢(shì)

GFRP材料對(duì)抗震性能的提升作用

鋼-FRP復(fù)合材料加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)