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阅读 757 次 浅析既有建筑基于性能的抗震加固设计

摘要:本文将基于性能的设计思想与结构加固设计方法相结合,提出了基于性能的结构加固设计的特点并提出基于性能的抗震加固设计的基本步骤。最后提出了结构加固设计今后的研究方向。...

 浅析既有建筑基于性能的抗震加固设计

张涛   王鑫

陕西省建筑科学研究院

前言

随着时间的不断推移,我国越来越多的既有建筑达到了设计使用年限。拆除达到使用年限的既有建筑是一种极大的资源浪费,同时也造成了环境污染,对其进行合理的改造加固是一个合理的方式。我国存在很多未经抗震设防或设防标准不高的建筑,以及部分建筑施工质量较差,这些既有建筑都存在在地震灾害时抗震性能差。当前世界范围内地震发生频繁,对既有建筑进行加固改造、提高结构的抗震性能,对减轻地震震害、保护人民财产安全、降低社会经济财产损失具有重大意义。

一、当前我国抗震加固设计存在的问题

    1、忽略了材料对整体结构的影响。当前的抗震加固设计中,大部分都未考虑材料层面对结构的的影响,未从材料的力学性能方面分析其对整体结构的影响,尤其当使用环境使钢筋混凝土中的钢筋产生锈蚀时,其引起钢筋混凝土结构承载能力的折减将是十分大的,抗震加固应当从材料对整体的影响出发,充分考虑材料对整体结构的影响。

2、构件对整体结构的影响考虑不足。当前的抗震加固设计者多仅对不满足抗震验算的构件进行加固,但对于该构件抗震加固后结构整体的抗震性能,设计人员并不十分清楚,常常是“头痛医头,脚痛医脚”,这就有可能导致新加固后的结构产生另外的抗震薄弱部位,当遭遇地震作用时,一方面,结构周期的改变可能会加强震害作用,而导致结构出现更严重的破坏;另一方面,虽加固的构件不出现破坏,但未加固的构件破坏后可能导致与其相联系的构件出现一系列的破坏,甚至导致房屋的倒塌。

二、基于性能的设计理论在建筑加固设计中的应用

基于性能的抗震加固设计可以使所设计加固的建筑结构在设计使用期内满足各项预定性能目标的要求,将基于承载力的单指标抗震设计理论推广拓展到基于性能/位移、变形、承载力等多指标下的多层次抗震设防,在现有设计规范、传统加固技术的基础上,根据业主需求与工程实际情况,经济、合理、有效的制定建立在性能理论下的抗震加固设防目标。

基于性能的抗震设计思想发展了当前使用的建筑结构抗震设计理论和方法,但却不排斥当前的抗震设计方法。基于性能的抗震加固设计同样与现行的结构加固设计方法并不矛盾。在现有结构抗震加固设计的基础上,更加注重对结构非线性静力分析和位移性状的强调。与目前的抗震加固设计理论相比,基于性能的抗震加固设计方法具有如下特点:

1、多层级设防

众多研究文献表明,基于性能的结构抗震和加固设计理论较多的采用多层级设计的方法和理念,将地震设防等级按能量和重现期等因素划分为大震、中震和小震。该多层级的地震等级划分,与现行抗震设计规范和现行设计方法相似,又略有不同,即基于性能理论的结构抗震加固设计的性能目标由人身安全和财产损失两部分组成。

2、全面性分析

建筑物的抗震性能需要综合考虑结构实际受力情况、业主使用需求和投资能力等多种因素,选择切实可行的抗震设防目标。按预先设定的抗震加固性能目标进行设计,而非单纯的抗震验算,全面分析结构构件、非结构构件及内部设施的破坏影响,优化抗震加固设计方案,,达到费效最低的目标。

3、灵活性选择

基于结构性能的抗震加固设计理论对地震作用、层间位移等重要参数设定了最低的容许值,同时又可以给予设计人员更多的灵活性,进行符合业主要求、满足规范且具有设计师风格的“个性化”设计,在实现业主需求的抗震性能目标和设计方法以及相应的构造措施的同时,有利于新材料、新技术的推广应用。

三、基于性能的抗震加固设计基本步骤

1、应先对建筑物进行结构检测以及可靠度评估,并通过Pushover静力推覆分析进行抗震性能评估;

2、根据国家现行规范、原结构抗震性能评价结果以及业主对加固后结构的使用要求,确定加固性能目标;

3、根据确定的抗震加固性能目标,选择初步的加固方案;

4、结合工程造价、施工周期以及对既有建筑的影响程度对抗震加固方案进行分析评估,并采用Pushover静力推覆分析进行抗震性能评估,最终确定最优的抗震加固方案。

结语

将基于性能的设计思想与结构加固设计方法相结合,提出了基于性能的结构加固设计理论,采用基于性能的结构加固设计理论可满足业主预定的加固结构的性能目标要求,又可实现加固结构全寿命周期费用最少,是结构加固设计的趋势。基于性能理论的抗震加固设计的应用、研究是性能理论与结构加固两个工程学科研究方向交叉后产生的新的研究、实践方向。它的实现与发展,直接依赖于性能理论的细化研究以及工程加固新方法、新技术、新思路的出现。需要在不断实践基于性能理论下工程加固的同时,积极关注国内外性能方法、加固技术的最新动态,从而促进性能理论下结构抗震加固的大发展。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

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