基于性能的抗震加固在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1、    基于性能的抗震加固在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用    劉文建摘 要：基于性能的抗震加固是國際范圍的研究課題，其在抗震加固中引入設(shè)計思想，來使加固后的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟合理、功能明確。本文論述了基于性能的抗震加固思路，明確了震害下框架結(jié)構(gòu)的倒塌激勵，并從設(shè)計參數(shù)確定、框架結(jié)構(gòu)分析、加固方案提出與分析、加固方案構(gòu)造連接四個方面來就基于性能的抗震加固在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以為我國抗震事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供指導(dǎo)與借鑒。關(guān)鍵詞：基于性能；抗震加固；框架結(jié)構(gòu)；應(yīng)用中圖分類號：tu973+.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：我國城市人口十分集中，且隨著城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，各種大

2、型建筑、重要建筑項目越來越多，在地震災(zāi)害面前如何更好地生存就成為當(dāng)前亟待解決的重要問題。就當(dāng)前我國城市現(xiàn)狀來看，部分房屋已經(jīng)步入中老年期，在現(xiàn)有經(jīng)濟條件下，全部重建并不現(xiàn)實，而應(yīng)用基于性能的抗震加固就成為有效、積極的方法，前景十分廣闊。因此，對基于性能的抗震加固在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，對于新時期的城市建設(shè)具有積極的現(xiàn)實意義。一、 基于性能的抗震加固思路隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，當(dāng)前不少高層建筑都在功能方面呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，例如，中層及下層用于辦公、餐飲或者娛樂，居住以及旅館等則主要被安排在樓層的上部。首先，從建筑功能的角度來分析，在建筑的上部安排小開間軸線布置以及數(shù)量較大的墻體設(shè)計以及基本可以

3、符合居住以及旅館的需要；在建筑的下部，出于實用性的考慮，則需要盡可能的減少墻體以及諸柱子的使用，以便營造出較大的室內(nèi)空間；再從結(jié)構(gòu)受力角度加以分析，根據(jù)建筑力學(xué)的相關(guān)理論，建筑物的下部要保持較大的剛性，增加墻體以及柱子的數(shù)量以便符合受力要求，而建筑的上部，由于所承受的力度相對較小，所以可以適當(dāng)?shù)臏p少墻體以及柱子的使用量，經(jīng)過分析不難發(fā)現(xiàn)，根據(jù)建筑功能所進(jìn)行的布置與根據(jù)力學(xué)所進(jìn)行的布置是存在矛盾的，為了有效解決這一問題，確保建筑物符合功能性的要求，就要打破常規(guī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取上小下大的空間布置方案，將剛度較大的剪力墻應(yīng)用在建筑的上部分，剛度相對較小的框架柱則主要用于下部，根據(jù)這種建筑設(shè)計方案以

4、及布局要求，就必須在建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置一個水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，這就是本文所探討的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)?；谛阅艿目拐鸺庸淌且越ㄖ锸褂霉δ?、結(jié)構(gòu)形式、加固要求等為依據(jù)，來對其個等級的性能水平加以確定，并針對性能水平的差異性來明確抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)來開展加固設(shè)計。通常來講，基于性能的抗震加固思路基本包含以下步驟：第一，全面鑒定現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，對框架結(jié)構(gòu)的材料強度、布置形式、抗震構(gòu)造及其他特征加以掌握；第二，以結(jié)構(gòu)抗震驗算、結(jié)構(gòu)加固后使用要求、現(xiàn)行規(guī)范為依據(jù)，來對加固性能目標(biāo)加以確定；第三，以確定的性能目標(biāo)為依據(jù)，來對加固方案作出初步確定；第四，結(jié)合工程施工周期、造價對建筑使用影響情況來評估加固方案，作出合理修

5、改，從而對最佳加固方案加以確定。轉(zhuǎn)換層上部和下部結(jié)構(gòu)層間位移角比與轉(zhuǎn)換層的高度之間具有一定的聯(lián)系，提高轉(zhuǎn)換層高度，位移角比也會相應(yīng)的增加；轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的層間位移角會隨著層數(shù)的增多而迅速的增加，所以，要嚴(yán)格限制轉(zhuǎn)換層上部及下部結(jié)構(gòu)的剛度比以及層間位移角。二、震害下框架結(jié)構(gòu)的倒塌機理在震害下，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，其屈服機制如圖1所示，可能的形式主要包括以下幾種：第一，混凝土壓碎、一個或多個截面鋼筋屈服、構(gòu)件發(fā)生軸壓破壞或彎曲破壞；第二，一個或多個截面出現(xiàn)剪切破壞，剪壞構(gòu)件；第三，結(jié)構(gòu)整體或局部形成可動機構(gòu)；第四，結(jié)構(gòu)整體或局部發(fā)生失穩(wěn)情況；第五，結(jié)構(gòu)整體或局部出現(xiàn)過大變形，超出使用范圍的

6、要求。框架結(jié)構(gòu)倒塌判斷準(zhǔn)則同構(gòu)件穩(wěn)定性、構(gòu)件破壞準(zhǔn)則有著直接的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的喪失是必要的倒塌條件，而倒塌則是不穩(wěn)定狀態(tài)的積累，直至承載能力的最終喪失，是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程。圖1.框架結(jié)構(gòu)屈服機制三、基于性能的抗震加固在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析（一）確定框架結(jié)構(gòu)工程的基本設(shè)計參數(shù)框架結(jié)構(gòu)工程的基本設(shè)計參數(shù)通常包括以下內(nèi)容：第一，工程的絕對標(biāo)高；第二，抗震設(shè)防烈度，包含地震的基本加速度、建筑物抗震設(shè)防類別、建筑結(jié)構(gòu)安全等級及框架結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)形式；第三，基本風(fēng)壓、基本雪壓、地面粗糙度，建筑的場地類型、場地類別、地震分組、周期折減系數(shù)、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級；第四，正常使用與維護(hù)為前提，主體結(jié)構(gòu)在不改

7、變使用環(huán)境和用途下的使用年限；第五，建筑物平面尺寸、高、底層層高、其余層高，混凝土等級，樓板厚度及梁柱截面的尺寸。（二）進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析與反應(yīng)譜分析1、模態(tài)分析通常應(yīng)用sap2000程序來對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，進(jìn)行模態(tài)分析來求解振型的方法有兩種，分別為ritz向量法和特征向量法。通過兩種方法的綜合運用，來對框架結(jié)構(gòu)的基本性能參數(shù)進(jìn)行提供，定性判斷結(jié)構(gòu)的響應(yīng)性，來為其他動力的分析提供條件。2、反應(yīng)譜分析反應(yīng)譜分析是一種擬動力的分析形式，底部剪力法、振型分解法是地震作用下的框架結(jié)構(gòu)分析方法。其中，前者是一種靜力模擬計算方法，其原理為：對質(zhì)點體系地震反應(yīng)進(jìn)行計算，建立反應(yīng)譜，計算結(jié)構(gòu)等效地震

8、荷載，執(zhí)行結(jié)構(gòu)的計算與設(shè)計。而后者則先分析設(shè)計反應(yīng)譜曲線，再應(yīng)用振型組合方法來對振型進(jìn)行分析，且cqc組合方法的應(yīng)用最為普遍。（三）基于性能抗震加固方案的提出與分析以滿足框架結(jié)構(gòu)抗震加固方案的基本要求為前提，來提出基于性能的抗震加固方案，加固方案的提出主要針對以下情況：第一，房屋抗震承載力難以滿足要求的情況；第二，鋼筋混凝土構(gòu)件存在局部損傷的情況；第三，墻體同框架柱間存在不良連接的情況；第四，建筑中存在易倒塌部位的情況；第五，建筑內(nèi)電梯間、樓梯間、水箱間存在同鑒定要求不相符的情況；結(jié)合框架結(jié)構(gòu)的重要性和已使用年限，來針對上述情況提出相應(yīng)的加固方案。其基本方案如圖2所示，在明確加固方案后，就應(yīng)對

9、加固方案進(jìn)行分析，通常應(yīng)用pushover分析法來進(jìn)行，如以側(cè)向加固方式為例，首先進(jìn)行新框架結(jié)構(gòu)的model分析，在得到框架結(jié)構(gòu)振型的方向和周期后，選用側(cè)向加載和重力兼顧的方式，來運用pushover分析法來對新框架結(jié)構(gòu)做出分析，從而對加固方案的性能加以明確。圖2.基于性能的抗震加固基本方案（四）進(jìn)行抗震加固構(gòu)造連接在確定加固方案之后，還應(yīng)進(jìn)行抗震加固構(gòu)造連接，期間應(yīng)注意以下幾點事項：第一，因抗震加固時，新舊構(gòu)件連接是加固后框架結(jié)構(gòu)整體協(xié)同工作的關(guān)鍵保障，故應(yīng)進(jìn)行原構(gòu)件同新增構(gòu)件間的可靠連接。第二，行政的抗震墻、柱既是傳遞豎向荷載的主要構(gòu)件，又是負(fù)責(zé)對水平地震作用的直接抵抗，故應(yīng)保證其基礎(chǔ)的可

10、靠性，基礎(chǔ)的寬度和深埋應(yīng)結(jié)合對新建墻、柱基礎(chǔ)的計算來加以確定；第三，加固中對于需要鑿除的砼應(yīng)采取必要的頂撐措施，選取專業(yè)公司開展施工，并征詢設(shè)計單位的相關(guān)意見；第四，對構(gòu)造直筋的最小深度、受力縱向鋼筋植筋深度、植筋最小邊距進(jìn)行合理確定；第五，結(jié)合框架結(jié)構(gòu)實際來對新加混凝土與原砼交界面中的注意事項加以說明，更好地保障框架結(jié)構(gòu)加固性能。轉(zhuǎn)換板下部貫通落地剪力墻以及框支柱所承受的地震剪力會隨著轉(zhuǎn)換層位置的升高而增加，并且會在距離轉(zhuǎn)換板上部距離最近的一層出現(xiàn)剪力墻應(yīng)力集中的現(xiàn)象。如果轉(zhuǎn)換層之下有四層以上時，就需要在進(jìn)行建筑抗震設(shè)計時，重點加強貫通落地剪力墻以及框支柱部位，在必要情況學(xué)案，要對抗震等級適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。梁柱節(jié)點處不同強度等級混凝土采用分別澆搗的施工方法，給施工帶來不便，且容易形成鄰接面的冷縫，故當(dāng)柱子混凝土強度等級高于梁板混凝土強度等級不超過二級時(10n/mm) ，可考慮梁柱節(jié)點處的混凝土隨同梁板