淺析建筑基于性能結構抗震加固設計及研究方向

張濤   王鑫

陜西省建筑科學研究院

前言

隨著時間的不斷推移，我國越來越多的既有建筑達到了設計使用年限。拆除達到使用年限的既有建筑是一種極大的資源浪費，同時也造成了環(huán)境污染，對其進行合理的改造加固是一個合理的方式。我國存在很多未經(jīng)抗震設防或設防標準不高的建筑，以及部分建筑施工質量較差，這些既有建筑都存在在地震災害時抗震性能差。當前世界范圍內地震發(fā)生頻繁，對既有建筑進行加固改造、提高結構的抗震性能，對減輕地震震害、保護人民財產(chǎn)安全、降低社會經(jīng)濟財產(chǎn)損失具有重大意義。

一、當前我國抗震加固設計存在的問題

    1、忽略了材料對整體結構的影響。當前的抗震加固設計中，大部分都未考慮材料層面對結構的的影響，未從材料的力學性能方面分析其對整體結構的影響，尤其當使用環(huán)境使鋼筋混凝土中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕時，其引起鋼筋混凝土結構承載能力的折減將是十分大的，抗震加固應當從材料對整體的影響出發(fā)，充分考慮材料對整體結構的影響。

2、構件對整體結構的影響考慮不足。當前的抗震加固設計者多僅對不滿足抗震驗算的構件進行加固，但對于該構件抗震加固后結構整體的抗震性能,設計人員并不十分清楚，常常是“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，這就有可能導致新加固后的結構產(chǎn)生另外的抗震薄弱部位，當遭遇地震作用時，一方面，結構周期的改變可能會加強震害作用,而導致結構出現(xiàn)更嚴重的破壞；另一方面，雖加固的構件不出現(xiàn)破壞,但未加固的構件破壞后可能導致與其相聯(lián)系的構件出現(xiàn)一系列的破壞，甚至導致房屋的倒塌。

二、基于性能的設計理論在建筑加固設計中的應用

基于性能的抗震加固設計可以使所設計加固的建筑結構在設計使用期內滿足各項預定性能目標的要求，將基于承載力的單指標抗震設計理論推廣拓展到基于性能/位移、變形、承載力等多指標下的多層次抗震設防,在現(xiàn)有設計規(guī)范、傳統(tǒng)加固技術的基礎上，根據(jù)業(yè)主需求與工程實際情況，經(jīng)濟、合理、有效的制定建立在性能理論下的抗震加固設防目標。

基于性能的抗震設計思想發(fā)展了當前使用的建筑結構抗震設計理論和方法，但卻不排斥當前的抗震設計方法。基于性能的抗震加固設計同樣與現(xiàn)行的結構加固設計方法并不矛盾。在現(xiàn)有結構抗震加固設計的基礎上，更加注重對結構非線性靜力分析和位移性狀的強調。與目前的抗震加固設計理論相比，基于性能的抗震加固設計方法具有如下特點:

1、多層級設防

眾多研究文獻表明，基于性能的結構抗震和加固設計理論較多的采用多層級設計的方法和理念，將地震設防等級按能量和重現(xiàn)期等因素劃分為大震、中震和小震。該多層級的地震等級劃分，與現(xiàn)行抗震設計規(guī)范和現(xiàn)行設計方法相似，又略有不同，即基于性能理論的結構抗震加固設計的性能目標由人身安全和財產(chǎn)損失兩部分組成。

2、全面性分析

建筑物的抗震性能需要綜合考慮結構實際受力情況、業(yè)主使用需求和投資能力等多種因素，選擇切實可行的抗震設防目標。按預先設定的抗震加固性能目標進行設計，而非單純的抗震驗算，全面分析結構構件、非結構構件及內部設施的破壞影響,優(yōu)化抗震加固設計方案,,達到費效最低的目標。

3、靈活性選擇

基于結構性能的抗震加固設計理論對地震作用、層間位移等重要參數(shù)設定了最低的容許值，同時又可以給予設計人員更多的靈活性,進行符合業(yè)主要求、滿足規(guī)范且具有設計師風格的“個性化”設計，在實現(xiàn)業(yè)主需求的抗震性能目標和設計方法以及相應的構造措施的同時，有利于新材料、新技術的推廣應用。

三、基于性能的抗震加固設計基本步驟

1、應先對建筑物進行結構檢測以及可靠度評估，并通過Pushover靜力推覆分析進行抗震性能評估；

2、根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范、原結構抗震性能評價結果以及業(yè)主對加固后結構的使用要求，確定加固性能目標；

3、根據(jù)確定的抗震加固性能目標，選擇初步的加固方案；

4、結合工程造價、施工周期以及對既有建筑的影響程度對抗震加固方案進行分析評估，并采用Pushover靜力推覆分析進行抗震性能評估，最終確定最優(yōu)的抗震加固方案。

結語

將基于性能的設計思想與結構加固設計方法相結合，提出了基于性能的結構加固設計理論，采用基于性能的結構加固設計理論可滿足業(yè)主預定的加固結構的性能目標要求，又可實現(xiàn)加固結構全壽命周期費用最少，是結構加固設計的趨勢。基于性能理論的抗震加固設計的應用、研究是性能理論與結構加固兩個工程學科研究方向交叉后產(chǎn)生的新的研究、實踐方向。它的實現(xiàn)與發(fā)展,直接依賴于性能理論的細化研究以及工程加固新方法、新技術、新思路的出現(xiàn)。需要在不斷實踐基于性能理論下工程加固的同時，積極關注國內外性能方法、加固技術的最新動態(tài)，從而促進性能理論下結構抗震加固的大發(fā)展。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網(wǎng)絡設計項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)