56
福建建设科技2018. No. 1
■建筑结构
既有钢筋混凝土框架结构抗震性能化加固设计
林君(福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州
350025)
[摘
要
]
简要介绍了建筑结构抗震性能化设计的基本概念及性能设计程序，同时基于本文所举的工程实例的抗震性能及
业主提出的性能目标要求，制定结构加固改造方案，采用非线性分析方法分析建筑结构的抗震性能，得到结构构件在大震作用下 的屈服类型及弹塑性变形程度，有效地预测结构进入弹塑性状态后可能形成的耗能机构，解决了业主更加关心的使用功能、设施 设备等财产不被破坏的性能需求。
[关键词]框架结构；抗震性能设计；弹塑性分析
Performance - based seismic reinforcement desi|^n of existing reinforced concrete frame structures
Abstract # This paper briefly introduces the basic concept and program of the performance - based seismic d
actual seismic performance of tlie certain engineering example cited in this article and the scurrent owners, structure strengthening proposal is made . This paper uses the nonlinear analysis method to analyze the reinforced structuralseismic performance，reaching the yield type and elastic - plastic deformation degree of structural members under severe - earthquake，forecasting effectively the energy dissipative system which structure may form in plastic region，satisfying the performance demands of theowners concern more that the durability，facilities and other property should not be damaged.Key words： Frames structure，performance - based seismic design，structural elastic - plastic analyses
〇引言
19性能化加固设计程序
能化设计的出现给建筑结构在抗震方 更高标 方 构 抗 的战
要求，房屋
整
用 构，
针 水
要和可能，提出结构 同 主
应用提出常生活、生产
体表现
性能化设计主要程序详见图1
要求，结构工程师 某些 和关
水准情况下灵活运用 体需求，最大限
措施达到预
能目标及预 标[1~4]。
状态和使用功能，有针对性
国家可持续发展
1 1.1
能化加固设计理解基
念
《建筑抗震设计规范》（ 构的抗 构 两 应 高，
能化设计，需联到 间 变形能 能要
平衡点，适 低， 体
《抗规》）指出：建筑结国 构构 低要求，同 ， ，对整
和技术水平，
综合考虑，能力要求高，，变形能力要求
灵体
图
能力和整体结构的变形能力两
能设计理论
针工程 构或
到
和有针。依据《抗规》 情况及房屋使用 些 同
和 构件，有针 设 水 预
屋的某
采用 措施
用 功 能， 到
2
1
性能化设计程序框图
工程基本信息
某一中学学生宿舍楼为 静压 类别，
注桩基础， 分
用
现浇钢筋混凝土框架结构，
(0.10g)，：类场
级一级，2005示意图详见
状态。其抗 标的要求。
能不能低于《抗规》所规 基本抗震设防
抗设防7 。结构标
平
，重点设防类，框架抗
作者简介:林君，男，85年出生，工程师，主要研究方向：建筑物检测、
J
年建成并投
2。
鉴定。
福建建设科技2018. No. 1
57
■建筑结构
图
2
结构标准层平面布置示意图（
mm)
3
能评价
抗
分析，抗措施检查时发现框架柱、梁构 设计要
箍筋
，现有抗
载评价阶段采用 及静
分析方法[5~8]。
计算，构平立 规则，抗扭刚度及侧向刚度均 规范要
;一〜， 架柱、梁
箍筋配
计算配筋要求，
构构 能
算未能通过，且结构底部出现薄
，属
抗
利结构，结构构
大震作用
出现倒塌极限状
态，结构抗 能欠佳。
4
既
框架结构性能化加固设计
4.1
能目标设定
工程
学生宿舍楼，
学生众多能会导致巨大的灾难发生，其抗设防类 为重点设
类，
7
(0.
10g)抗震设 ， 作用计算时
仅需按当地设防烈度7度（0. 103进行，但抗震措施应按高 本 抗震设防烈 [8 (0.20g)]要 强其抗
震措施。 ，过
主
沟通、论证后，
本工
程
能
设计，具体能目标要求详见表1。
表
1
主体结构性能目标
地震烈度遇
设防烈度地震罕遇地震整体结构抗震性能完好可以维修
不倒塌允许层间位移
1/5501/200
1/50一层柱完好不破坏不倒塌二〜八层柱构件完好
不破坏
许出现 铰，
柱端变
4.2加固方案优化
介绍:本工程作为学生宿舍
用， 校建设用 紧张，校舍利用率高， 屋过渡，
校方希望能有效利用暑假 完
造，
学生入学前
能
用。
市繁华地段，周边建筑物较多，
施工过程中
许存 大 污染。
提 两
方案：
方案1#
变构体系，
屋四
设钢筋混凝土抗震
墙肢，
架-抗震墙结构，
架柱、梁构件采
用外包型钢法
提高
。结构标
新
墙
加固布置示意图详见图3。
® __________© __________Q _________© 221S0000_________Q __________© __________©_3600
3600
3600
3600
3600
3600
^
___j~
新增貧诚{余同）
11
D
11=========1
V-----------------4|N=======N1=========1t=========l1--------------------------------------1
111i
變
-------------------1~C
1
•厂^1 ~
360036003600
360036003600
21(00
)
CD CE) CD CD
图3结构标准层新增剪力墙加固平面布置示意图
方案
2#—、
架柱采用扩大
法
，同架柱、梁构件采用黏贴碳纤维法 提高 剪及 。
、
构构
大
法
示意
详见图4。
C)
(Jp
(Jp
p
(«
p
^p
3600
3600
36003600
3600
3600
厂、______________■|_________^
■___________ r
」K4®0Z01X(余50同(
画
5 100/100-48(322+)1080
'
\\22圓
^---------------
1F
1-------------------11I-------------------1D-
圓
1=========11；------------------1
hi
11=========11=========11------------------4
圓
~
C
圍
-------------------■
■--------------------
36003600
3600
21360036003600
00
® © ©
©
© © ©
图4 一、二层结构构件扩大截面法加固平面布置示意图
方案
1，改变
架-抗震墙结构，能有
整体建筑的侧向刚度， 墙和框架两道抗
线，提高了
构的抗震冗 ，结构抗
能大大增强。对箍筋配
规范要
架柱、梁构件采用外包型钢法
，施工方
便，技术成熟，占用间范围小。 设抗震墙 要重新设置基础，与新抗震墙 原框架柱
抗
墙的端柱， 柱，
应构造措施同 要一并整改，
施工周 ，施工工序复杂，施工过程中产生的噪
大。
方案
2,一、
架柱采用扩大
法 ，其余柱、梁构件采用黏贴碳纤维法 ，施工方便、工
艺
、技术熟，工程造价低，施工周期短、 污染较小。
构体系
仍为只有一道抗 线
架结构，结构冗 低，结构抗震
能
。
本工程结构平立 规则、均勻，底层承载力突
变
离规范限 围（0
&
〜0
&)，
预估
作用，并
过有针
构件加固措施来
58
强其薄 意 4.3
大。 能化计算根据表
，通过变结构体
福建建设科技2018. No. 1
提高整体抗
能污染、造。
■建筑结构
，综考虑工程造价、施工周期、，选择方案
技术措施
2
构能
2
能标要求，并结合加固方案 设计资
能
料，采用迈达斯系列 设计分析，()
如
#
—Midas Building，
构
1
构整体性能指标算，
造后，结构整体性能目标均满足规范要
求。结构整体技术指标详见表。
2
表
8
计算结果汇总表计算项目计算
是否满足
能目标
侧向刚度验 X、Y方向侧向刚度比最小值
算
1.103,满
是
抗剪承载力 楼层抗剪承载力比值最小为 算
0. 9674是
遇 作用下#1/1758 层间位移角设防烈 作用下#1/507 是
罕遇 作用下#1/206
周期比
Tt/T1 =0. 87
是
(2
)结构构件的出铰顺序及变形极限状态验算分析
算，结构
X、Y向静
工况作用下构件出现
铰、达到直接居 限状态及生命安全极限状态的出铰均较晚发生， 整分析步骤中构
到坍塌极限
状态。结构构件主要出铰 计算
详见图5〜|
10。
(图中
含义#
B-
出现 铰、10-直接居
限状态、LS
-生命安全极限状态、C. D-坍塌极限状态，限于篇幅 ，
列计算 为 中分别抽取X向 、Y向一
架
。）
图5
X向第4分析步骤时构件出现塑性铰
(3)构
算算，
架柱、梁构
能
能目标要
求，
强柱弱梁验算 均
规范要求，结构在罕遇作用
现为梁端屈服
架。
图7
X向第18分析步骤时构件达到生命安全极限状态
图8
Y向第4分析步骤时构件出现塑性铰
5性能化设计结果
算
表明，采用方案2对
原构 造后，结
构在罕遇 作用
现为梁端屈服
架，结构构
有重分布和能量消耗能力，整体结构
标较
突出，表现出
抗
肯旨。
■建筑结构
福建建设科技2018. No. 1
659
结论
本文基 ，过 方法 作用
主提出更细致 设计， 构抗 服类型及
构 能
屋抗 能目标的要
大心的同类型
造方案，采用非线性分析设计，分析结构构 变形程度，有判
构
主更 能
，
状态后可能 用功能、设施设备等财 工程参考。
参考文献
耗能机构， 被破
[1 ]史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究
[博士学位论文].西安$西安建筑科技大学土木工程学院，2002.[2] 李应斌.钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究
[博士学位论文].西安$西安建筑科技大学土木工程学院，2004.能的抗震设计方法[幻.地震工程与工程振动，2005,25(04):60 ~
[3] 周定松，吕西林，蒋欢军.钢筋混凝土框架梁的变形能力及基于性
66.
[4] 蒋建.基于性能抗震设计方法与基于承载力抗震设计方法比较研
究[].结构工程师，2008,24(04):52 〜57.
J
[5] 叶献国.建筑结构弹塑性地震反应中的能量表达及应用[].合肥
工业大学学报（自然科学版）• 1998,（21)5:9-16.
J
[] 杨仕升，郝效强，秦荣.钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究
[] •地震工程与工程振动，2005，25 (5 ):80 - 841.
[7] 赵玉成.基于性能的隔震加固结构设计探讨[].四川建筑，2008,
6
J
J
[8 ]周云.耗能减震加固技术与设计方法[M ].北京：科学出版社，
2006.
28(02) $146 -148.
(上接第35页）
忽视。在进行地下顶管工程应急监测以及
纠偏施工时，应注意如
(1) 土
，
大。施工 。
(2) 土
工程
发
最大弯矩逐 禁
廊附近 廊
#工程 大，
忽视，随
廊覆土厚
小影响
土或通行重载车辆，严有明显
忽略，本
措施 间
互 针
间效应，其对土
研究。及
重
场，并 同时作用
参考文献
廊结构
更为
， 廊外部多
际工况的定量分析。
[ ]王如路.上海软土地铁隨道变形影响因素及变形特征分析[].地
下工程与隧道，2009(1):1.
[]邵华，黄宏伟，张东明，等.突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变
形整治研究[].岩土工程学报，2016,38(6):1036.
[3 ]王如路，张冬梅.超载作用下软土盾构隧道横向变形机理及控制
指标研究[].岩土工程学报，2013,35(6):1092.
[4 ]地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）：50299—1999 [ ].
北京：中国计划出版社，2004.
[5]城市轨道交通结构安全保护技术规范：/202—2013 [].北
京：中国建筑工业出版社，2014.
1J
2
J
针对管廊隧道的突
J
及应急保护方案进行研究，后 (3) 本 移
廊
分析，未考虑 强度折减，后
YBS
工程长期变形以及相应的综
CJJTS
移以及地表周边建（构）筑物步采用有限元方法建立流
变
