第27卷第5期2007年10月
地 震 工 程 与 工 程 振 动
JOURNAL OF E ART HQUAKE E NGI N EER I N G AND E NGI N EER I N G V I B RATI O N
Vol . 27No . 5
Oct . 2007
文章编号:100021301(2007) 0520072208
基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构
抗震评估与加固技术研究
黄 超, 季 静
1
1, 2
, 韩小雷
1, 2
, 郑 宜, 何伟球, 戴金华
111
(1. 华南理工大学建筑学院高层建筑结构研究所广东广州510640; 2. 华南
理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640)
摘要:根据我国现行的建筑结构抗震规范, 无论是新建建筑结构的抗震设计还是既有建筑结构的抗震评估与加固, 均通过小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施来达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标(对于不规则且具有明显薄弱部位的建筑结构还需要进行罕遇地震作用下的弹塑性层间变形验算) 。对于抗震延性构造措施不满足现行规范的既有建筑结构的评估、改建、扩建, 如果仅通过小震弹性的承载力计算, 显然无法达到“大震不倒”的目标基于性能的结构抗震思想, 混凝土建筑结构的抗震评估与加固问题。
关键词:基于性能; 既有钢筋混凝土建筑结构; 中图分类号:P315. 95:A
Research on performance 2ba sed se is m i c eva lua ti on and strengthen i n g
for ex isti n g re i n forced concrete structures
HUANG Chao , J I J ing , HAN Xiaolei , Jack CHE ANG , HE W eiqiu , DA I J inhua
(1. Tall Building Structure Research I nstitute, College of A rchitecture and Civil Engineering, South China University
of Technol ogy, Guangzhou 510640, China; 2. State Key Laborat ory of Subtr op ical A rchitecture
Science, South China University of Technol ogy, Guangzhou 510640, China )
1
1, 2
1, 2
1
1
1
Abstract:Based on the current seis m ic codes, the elastic capacity calculati on under frequent earthquake and ductile details of seis m ic design should be used f or both seis m ic design of ne w buildings and seis m ic evaluati on of existing buildings t o satisfy the seis m ic fortificati on criteri on, na mely “no da mage under frequent earthquake, repairable un 2der moderate earthquake, and no collap se under severe earthquake ”. For the evaluati on, rebuilding and extending of existing structures which dissatisfy the ductile details of current seis m ic codes, the elastic capacity calculati on under frequent earthquake is obvi ously not enough . I n this paper, the advanced perf or mance 2based seis m ic theory is intr oduced while st ory drift rati o and def or mati on of component are used as perf or mance targets t o s olve the p r ob 2le m s of seis m ic evaluati on and strengthening for existing reinforced concrete structures .
Key words:perf or mance 2based; existing reinf orced concrete structures; seis m ic evaluati on and strengthening
引言
我国建筑结构抗震规范的主要内容由以下三大部分组成:(1) 规范限定的适用条件; (2) 结构和构件的
收稿日期:2007-04-26; 修订日期:2007-07-10 基金项目:广东省自然科学基金项目(06105416)
作者简介:黄超(1984-) , 男, 博士研究生, 主要从事高层建筑结构抗震分析研究. E 2mail:chao . huang@mail. scut . edu . cn
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
73
计算分析; (3) 结构和构件的构造要求。对于一个新建建筑物的抗震设计, 当满足以上3部分要求时, 就是符合规范的设计; 当不满足第1部分要求时, 就被称为“超限”工程, 需要采取比规范第2、第3部分更严格的计算和构造, 以证明该建筑可以达到“小震不坏, 中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
对于一个既有建筑物的抗震评估, 目前国内已有标准、指南等
[1-4]
的主要思路与结构抗震设计规范的基
本思路是一致的, 即当一个既有建筑物满足上述规范的3部分要求时, 就是一个合格的结构; 当不满足上述
规范3部分之一时, 就需要进行结构抗震加固。目前需要进行结构抗震评估的既有建筑物主要是使用年限已超过20年的多高层钢筋混凝土框架结构, 以及由于改变使用功能而进行结构抗震评估的多高层钢筋混凝土框架结构和钢筋混凝土框架-剪力墙结构。通常这些建筑物计算分析时可满足规范有关的承载力要求,
) 。按照现行结但由于原设计或施工原因使结构不满足规范第3部分的构造要求(即“中震可修、大震不倒”构鉴定标准, 就必须进行结构抗震加固。这类建筑的实际性能通常有两种可能, 一种是结构虽然不满足规范的构造要求, 但有相当的承载力和一定的延性, 通过进一步计算分析可以证明其满足“中震可修、大震不倒”
的承载力和延性要求, 这样的建筑应该判断为满足安全要求的; 如果不能证明(或证明不能保证) 其“中震可修、大震不倒”, 则必须进行结构抗震加固。
目前工程上对钢筋混凝土框架结构的抗震加固, 通常采用加大梁柱截面或粘贴补强材料等增大梁柱构件承载力的方法
[5, 6]
, 而很少或很难对带有楼板的钢筋混凝土框架节点进行有效的加固。如果采用基于性
能的抗震评估方法, 通过基于构件意义的结构弹塑性分析, “大震不倒”的性能, 这类结构就不必进行抗震加固。
, 、日本、新西兰、欧洲界
[20-24]
[-]
[17-19]
震弹性承载力计算+, , 我国已颁布执行或草拟了一系列相关技术规范
和工程, 在工
[1-4, 25-30]
程应用中起了重大的指导作用。但随着我国经济的高速发展, 上述基于小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施的抗震设计方法已不能完全适用于复杂的既有建筑结构的抗震评估与加固, 尤其是无法判断不满足抗震延性构造措施的既有建筑结构是否满足“大震不倒”的抗震要求。
本文通过引入国际先进的基于性能的抗震思想, 参考被国外广泛应用的抗震设计规范, 并结合我国现行抗震设计规范体系的特点, 提出了适用于我国工程实践的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固的方法。本文讨论的技术思路同样适用于钢结构、钢—混凝土组合结构以及砌体结构。
1 地震作用与性能目标
1. 1 地震作用
[23]
) 、 根据《建筑抗震设计规范(G B5001122001) 》(简称《抗规》《建筑抗震设防分类标准(G B502232
[24][25]
) 及《建筑工程抗震性态设计通则(CECS160:2004) 》(简称《设计通则》) , 2004) 》(简称《分类标准》
甲、乙、丙、丁类建筑结构多遇地震(小震) 、设防烈度地震(中震) 、罕遇地震(大震) 的取值概率原则如表1所示。
表1 地震作用超越概率取值原则
Table 1 Earthquake exceeding p r obability value
建筑抗震类别
甲类乙类丙类丁类
小震
63. 5%/100年63. 5%/50年63. 5%/50年63. 5%/50年
中震
10%/100年10%/50年10%/50年10%/50年
大震
2%/100年2%/50年2%/50年2%/50年
注1:没有批准的地震安全性评估结果时, 在初步评估阶段可参考本表取值。当结构的目标使用期不是50年时, 应进行相应调整。
根据表1原则并参考《设计通则》第412. 2条, 适用于基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加
固的地震动参数如表2、表3所示。
74 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
表2 时程分析所用的地震加速度时程最大值
Table 2 M ax seis m ic accelerati on in ti m e hist ory analysis
c m /s , Gal
2
表3 水平地震影响系数最大值αmax
Table 3 M ax seis m ic influence coefficient of horizontal earthquake 建筑抗震类别
抗震设防烈度
6度0. 05g 7度0. 10g
小震
0. 050. 110. 180. 350. 410. 040. 080. 120. 160. 25
中震
0. 160. 300. 440. 570. 840. 110. 220. 340. 450. 68
大震
0. 310. 701. 011. 411. 880. 240. 500. 720. 901. 20
建筑抗震类别抗震设防烈度
6度0. 05g 7度0. 10g
小震
[***********]70110
中震
[***********]0150200300
大震
[***********][1**********]0
甲类17度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g 6度0. 05g 7度0. 10g
甲类
1
7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g 6度0. 05g 7度0. 10g
乙、丙、丁类7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g
乙、丙、丁类7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g
注:没有批准的地震安全性评估结果时, 在初步评估阶段可参考本表取值。1. 2 性能目标 根据图1及图2可把结构的性能水平分为以下4个阶段:充分运行阶段(onal, 简称OP ) 、基本运行(I m mediate Occupancy, 简称I O ) 、生命安全(L ife Safety, LS (Preventi on, 简称CP ) 。, 但建筑结构完好; , 结构可能损坏, , 主体结构有, , 但不致严重伤人, 生命安全能得到保障; 接近倒塌是指建筑的基本功能不复存在, , 但不致倒塌
。
图1 延性结构性能水平的阶段
Fig . 1 Perf or mance level of ductile
structure
图2 非延性结构性能水平的阶段
Fig . 2 Perf or mance level of non 2ductile structure
上述的充分运行相当于工程师们熟悉的小震弹性承载力计算阶段, 可以通过弹性计算进行复核。基本
[20-24]
运行也就是目前工程界较为常用的“中震不屈服”阶段, 通过一定的假设, 可通过常规的弹性分析软件进行拟弹塑性的弹性计算进行复核。生命安全及接近倒塌阶段, 结构已明显进入弹塑性阶段, 需要进行考虑各种构造情况下构件滞回性能的弹塑性分析, 才能得出合理的预期结构弹塑性评估效应。这将在本文的第3节进行详细的讨论。
表4 既有建筑结构的客观性能目标1. 2. 1 既有建筑结构的宏观性能目标
Table 4 Existing structural perfor mance targets
表4是根据《抗规》、《分类标准》、《设计通
[1]建筑抗震分类小震中震大震则》、《建筑抗震鉴定标准》的基本原则进行细化的既有建筑结构的性能目标。应该指出, 该性
能目标是满足我国抗震设防基本思想的一个最低要求, 政府主管部门、业主可根据实际情况对整体
结构或某些关键结构构件选用更为严格的性能目标甲类乙类丙类丁类
OP OP OP I O
OP OP LS LS
LS LS CP CP
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
75
1. 2. 2 既有建筑结构的量化性能目标1. 2. 2. 1 层间位移性能目标
表5是既有钢筋混凝土建筑结构在不同阶段的层间位移性能指标。
表5 既有钢筋混凝土建筑结构层间位移性能目标
Table 5 Existing RC structural drift perf or mance targets
建筑结构
单层钢筋混凝土柱排架钢筋混凝土框架
钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒
钢筋混凝土抗震墙、筒中筒钢筋混凝土框支转换层
OP 0. 2%0. 2%0. 125%0. 1%0. 05%
I O 1%1%0. 625%0. 5%0. 25%
LS 3%2%1. 25%1%0. 5%
CP 4%4%2. 5%2%1%
1. 2. 2. 2 钢筋混凝土结构构件性能目标
(1) 钢筋混凝土梁性能目标
[7, 8]
表6 钢筋混凝土梁性能目标
Table 6 RC bea m perf or mance targets
性能目标
(A -A ′) f 箍筋是否符合规范是
是是是否箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2
ξb β1f c bh 0
≤0. 0≤0. 0≥1≥1≤0. 0≤0. 0≥≥1
0. 7f 1bh 0
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
a
b
c
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
I O 000. 00500. 00500. 00150. 00500. 00150. 00150. 00150. 00150. 00150. 0100
LS 0. 0200. 0100. 0100. 0050. 0100. 0050. 0100. 0050. 0020. 0020. 0020. 0020. 010
CP 0. 0250. 0200. 0200. 0150. 0200. 0100. 0100. 0050. 0030. 0030. 0030. 0030. 015
弯曲控制时
≤3
≥6≤3≥636≤3≥6
0. 0250. 0200. 0200. 0. 0100. 0050. 0030. 0030. 0030. 0030. 015
0. 0500400. 0. 0150. 0150. 0100. 0200. 0100. 0200. 0100. 030
0. 20. 0. 0. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 00. 00. 2
剪切控制时钢筋搭接不满足规范要求
锚入节点区钢筋不满足规范要求时
说明:
(1) 当上述情况同时发生时, 取表中对应最小值; (2) 若箍筋在塑性铰区内间距≤h 0/3或箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,
则认为箍筋符合规范要求, 反之则不符合规范要求; (3) 当数值超出表中规定范围时, 可以采用线性插值方法确定对应数值。
(2) 钢筋混凝土柱性能目标
[7, 8]
表7 钢筋混凝土柱性能目标
Table 7 RC colu mn perf or mance targets
性能目标
f c A
箍筋是否符合规范是是是是否否否否—
箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2全长封闭箍筋其他情况
0. 7f t bh 0
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
a
b
c
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
I O 0. 0050. 0050. 0030. 0030. 0050. 0050. 0020. 002
LS 0. 0150. 0120. 0120. 0100. 0050. 0040. 0020. 002
CP 0. 0200. 0160. 0150. 0120. 0060. 0050. 0030. 002
弯曲控制时
≤0.
≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0.
[***********]712712≤3≥6≤3≥6≤3≥6≤3≥6
0. 0200. 0160. 0150. 0120. 0060. 0050. 0030. 002
0. 0300. 0240. 0250. 0200. 0150. 0120. 0100. 008
0. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 20
剪切控制时钢筋搭接不满足规范要求柱轴力大于
0. 70N —
0. 0100. 0000. 0150. 000
—
0. 0200. 0100. 0250. 000
—
0. 400. 200. 020. 00
—
0. 0050. 0000. 0000. 000
—
0. 0050. 0000. 0050. 000
—
0. 0100. 0000. 0100. 000
说明:(1) 当上述情况同时发生时, 取表中对应最小值; (2) 若箍筋在塑性铰区内间距≤h 0/3或箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,则
认为箍筋符合规范要求, 反之则不符合规范要求; (3) 为保证安全, 柱中应采用封闭箍筋; 否则应按非延性构件要求进行计算; (4) N 0指柱轴心抗压强度设计值; (5) 当数值超出表中规定范围时, 可以采用线性插值方法确定对应数值。
76 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
(3) 钢筋混凝土梁柱节点性能目标[7, 8]
表8 钢筋混凝土梁柱节点性能目标
Table 8 RC bea m 2colu mn connecti on perfor mance targets
节点类型
f c A
箍筋是否符合规范是是是是否否否否是是是是否否否否
V n
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
0. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 000. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 0
0. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 0
内部节点
其他节点
≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0.
[***********][***********]178178≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1.
[1**********]525
0. 0150. 0150. 0150. 0150. 0050. 0050. 0050. 0050. 0100. 0100. 0100. 0100. 0050. 0050. 0000. 000
0. 0300. 0300. 0250. 0200. 0200. 0150. 0150. 0150. 0200. 0150. 0200. 0150. 0100. 0100. 0000. 000
0. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 2---≥0. 712≥0. 712≤1. 2≥1. 5
说明:
(1) 若箍筋在节点区内间距≤h 0/3, , ; () , V n 为节点
抗剪极限承载力; (3) , 。
根据上表, , 则应采用按《抗规》附录D 。验算公式如下:
梁柱节点剪力平均值V j m =
ηjb
M b m
h b 0-a ′s
(1-
h -a ′) , 取ηjb =1,
H c -h b
M ∑
b m
为罕遇地震作用下节点左、右梁
ηβ端逆时针或顺时针方向组合的弯矩平均值之和。节点核心区承载力限值为0. 30j c f ck b j h j , 偏于安全地取ηj
b j h b 0-a ′s
ηj f tk b j h j +0. 05ηj N =1。节点核心区实配钢筋承载力为1. 1+f yvk A svj , 同样偏于安全地取ηj =1。
b
s
(4) 钢筋混凝土抗震墙抗弯性能目标
[7, 8]
表9 钢筋混凝土抗震墙抗弯性能目标
Table 9 Flexural perf or mance targets of RC shear walls
抗震墙构件
f c A
0. 7f t t w l w
有无边缘构件有有有有无无无无
塑性转角/rad
a
b
残余强度比
c
不同阶段的塑性铰转角/rad
I O 0. 00500. 00400. 00300. 00150. 00200. 00200. 00100. 00100. 00300. 0000
LS 0. 0100. 0080. 0060. 0030. 0040. 0040. 0020. 0010. 0070. 000
CP 0. 0150. 0100. 0090. 0050. 0080. 0060. 0030. 0020. 0100. 000
墙肢
≤0.
≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0.
[**************]0
框支柱
≤3≥6≤3≥6≤3≥6≤3≥6
箍筋满足规范要求箍筋不满足规范要求
0. 0150. 0100. 0090. 0050. 0080. 0060. 0030. 0020. 0100. 000
0. 0200. 0150. 0120. 0100. 0150. 0100. 0050. 0040. 0150. 000
0. 750. 400. 600. 300. 600. 300. 250. 200. 200. 00
钢筋情况连续纵向钢筋
连梁
满足规范要求连续纵向钢筋不满足规范要求斜向X 型配筋
0. 7f t bh 0
≤3≥6≤3≥6—
0. 0250. 0200. 0200. 0100. 030
0. 0500. 0400. 0350. 0250. 050
0. 750. 500. 500. 250. 80
0. 01000. 00500. 00600. 00500. 0060
0. 0200. 0100. 0120. 0080. 018
0. 0250. 0200. 0200. 0100. 030
说明:
(1) 柱中所有箍筋间距≤h 0/2及箍筋抗剪承载力大于剪力设计值时认为其满足规范要求; (2) 若连梁箍筋在全长范围内间距≤
h 0/3及箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4, 则认为箍筋符合规范要求。
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
[7]
77
(5) 钢筋混凝土抗震墙抗剪性能目标
表10 钢筋混凝土抗震墙抗剪性能目标
Table 10 Shear perfor mance targets of RC shear walls
抗震墙构件墙肢钢筋情况连续纵向钢筋满足规范要求连续纵向钢筋不满足规范要求
0. 7f t bh 0
层间位移角或旋转角/rad 残余强度比
d
e
c
不同阶段的塑性铰转角/rad
I O 0. 40
LS 0. 60
CP 0. 75
0. 752. 00. 40
连梁
≤3≥6≤3≥6
0. 0020. 0160. 0120. 008
0. 0300. 0240. 0250. 014
0. 600. 300. 400. 20
0. 0060. 0050. 0060. 004
0. 0150. 0120. 0080. 006
0. 0200. 0160. 0100. 007
说明:
(1) 若墙肢弹塑性性能以抗剪为主, 其轴压比必须小于0. 15, 否则视为非延性构件;
(2) 若连梁箍筋在全长范围内间距≤h 0/3及箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,则认为箍筋符合规范要求。(3) 参数d 、e 对于墙肢为层间位移角, 对于连梁为旋转角。
(6) 基础与楼盖性能目标
小震、中震作用下, 基础和楼盖处于OP 状态, , 。
2 结构分析与评估
2. 1 结构在OP , 并应按现行《钢筋混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《抗规》进行分析, 但结构的抗震调整系数允许比现行规范降低一级进行采用。在I O 、LS 阶段允许采用考虑结构开裂刚度退化的拟弹塑性的弹性反应谱分析法, 根据结构构件的预期刚度退化情况对其刚度进行折减, 具体可按表11执行。
表11 OP 、I O 阶段的弹性反应谱分析参数
Table 11 OP, I O elastic s pectru m analysis para meters
性能目标材料强度荷载荷载组合验算公式抗震调整系数材料模量折减系数
阻尼比
OP
I O
LS
[25]
[26]
设计值按现行规范
S =γωS w k G S GE +γEh S Ehk +γEv S Evk +φw γ
S ΦR /γR E
标准值按现行规范
S k =S Gk +S Ek
S k +R k
平均值按现行规范
S k =S Gk +S Ek
S k ΦR k
比现行规范降低1级, 但不低于4级
10. 05
比现行规范降低1级, 但不低于4级
0. 5～10. 05
比现行规范降低2级, 但不低于4级
0. 3～0. 60. 05～0. 06
2. 2 动力弹塑性时程分析
结构在I O 、LS 阶段的层间位移计算宜采用动力弹塑性时程分析方法, 在CP 阶段的层间位移计算应采
用动力弹塑性时程分析方法, 允许采用静力弹塑性分析(pushover ) 方法; 结构在LS 、CP 阶段的构件变形计算应采用动力弹塑性时程分析方法。2. 2. 1 分析软件与分析模型
构件骨架曲线和恢复力关系应通过试验数据得到, 也可根据FE MA356/ASCE41的模型参数得到。构件骨架曲线应该包括单元线性刚度、屈服强度和屈服后的刚度特征, 对于竖向构件应该考虑轴向荷载的影响。构件恢复力关系应该考虑强度、刚度的退化以及滞回捏拢效应。分析模型应考虑楼板及楼板钢筋的影响, 并应真实反映结构构件的实际构造情况。
78 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
在进行结构分析时, 应考虑P -△效应, 材料特性应采用材料平均值。2. 2. 2 地震动的选取及调整
在选取动力弹塑性时程分析中的地震加速度时程曲线时, 应采用1组不少于2对场地人工波及不少于
5对实测地震动, 选取的地震动宜在卓越周期、震级、震中距、震源机理上与建筑结构所处场地条件接近, 且应考虑双向地震动作用。
地震动优先按下面的方法进行调整:以该场地设计谱为目标谱, 其0. 05阻尼比的反应谱与目标谱各周期点之间的最大差异, 在周期不大于3. 0s 时不宜大于15%, 在周期大于3. 0s 时不宜大于20%; 平均差异不宜大于10%。也可将所选的地震加速度记录的峰值调整到目标设计加速度峰值, 得到时程分析的设计地震加速度记录。
应考虑所有结构构件和非结构构件的相互作用, 选用不少于7对水平地震时程记录进行三维非线性时程分析(NLRH ) 。延性结构复核(如抗弯、压弯等) 取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的平均值作为名义地震反应; 有限延性结构复核(如轴压、抗剪等) 取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的平均值加上非线性时程分析的包络值的标准方差作为名义地震反应; 要求完全处于弹性状态的重要结构构件的非延性结构复核取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的最大值作为名义地震反应。2. 3 抗震评估2. 3. 1 当既有建筑结构不满足层间位移性能目标, , 结构可不进行
抗震加固。2. 3. 2 当既有建筑结构满足层间位移性能目标时标, 超过95%的柱、梁柱节点、, 、楼盖均满足性能目标, 且不满足性能目, 结构可不进行抗震加固。2. 3. 3 , 且加固后的性能目标应满足层间位移目标及全部结构构件性能目标。
3 抗震加固方案
对于风和小震作用下结构承载力满足规范要求, 但抗震构造措施不满足延性构造要求的建筑结构, 宜优先采用基于性能的抗震评估方法证明结构是否需要进行加固; 当该结构必须进行抗震加固时, 宜优先考虑改变结构受力体系的方法, 如对框架结构采用增加剪力墙或抗震耗能构件的措施。具体的加固方案应执行
[30]
《混凝土结构加固设计规范》G B50367-2006。
4 结语
本文通过引入国际上先进的基于性能的抗震思想, 参考国外抗震设计规范, 结合我国现行抗震设计规范体系的特点, 研究了适用于我国工程实践的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固关键技术, 提出了一套抗震延性构造措施不满足现行规范的既有钢筋混凝土建筑结构的评估、扩建、改建新方法。
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第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
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第27卷第5期2007年10月
地 震 工 程 与 工 程 振 动
JOURNAL OF E ART HQUAKE E NGI N EER I N G AND E NGI N EER I N G V I B RATI O N
Vol . 27No . 5
Oct . 2007
文章编号:100021301(2007) 0520072208
基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构
抗震评估与加固技术研究
黄 超, 季 静
1
1, 2
, 韩小雷
1, 2
, 郑 宜, 何伟球, 戴金华
111
(1. 华南理工大学建筑学院高层建筑结构研究所广东广州510640; 2. 华南
理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640)
摘要:根据我国现行的建筑结构抗震规范, 无论是新建建筑结构的抗震设计还是既有建筑结构的抗震评估与加固, 均通过小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施来达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标(对于不规则且具有明显薄弱部位的建筑结构还需要进行罕遇地震作用下的弹塑性层间变形验算) 。对于抗震延性构造措施不满足现行规范的既有建筑结构的评估、改建、扩建, 如果仅通过小震弹性的承载力计算, 显然无法达到“大震不倒”的目标基于性能的结构抗震思想, 混凝土建筑结构的抗震评估与加固问题。
关键词:基于性能; 既有钢筋混凝土建筑结构; 中图分类号:P315. 95:A
Research on performance 2ba sed se is m i c eva lua ti on and strengthen i n g
for ex isti n g re i n forced concrete structures
HUANG Chao , J I J ing , HAN Xiaolei , Jack CHE ANG , HE W eiqiu , DA I J inhua
(1. Tall Building Structure Research I nstitute, College of A rchitecture and Civil Engineering, South China University
of Technol ogy, Guangzhou 510640, China; 2. State Key Laborat ory of Subtr op ical A rchitecture
Science, South China University of Technol ogy, Guangzhou 510640, China )
1
1, 2
1, 2
1
1
1
Abstract:Based on the current seis m ic codes, the elastic capacity calculati on under frequent earthquake and ductile details of seis m ic design should be used f or both seis m ic design of ne w buildings and seis m ic evaluati on of existing buildings t o satisfy the seis m ic fortificati on criteri on, na mely “no da mage under frequent earthquake, repairable un 2der moderate earthquake, and no collap se under severe earthquake ”. For the evaluati on, rebuilding and extending of existing structures which dissatisfy the ductile details of current seis m ic codes, the elastic capacity calculati on under frequent earthquake is obvi ously not enough . I n this paper, the advanced perf or mance 2based seis m ic theory is intr oduced while st ory drift rati o and def or mati on of component are used as perf or mance targets t o s olve the p r ob 2le m s of seis m ic evaluati on and strengthening for existing reinforced concrete structures .
Key words:perf or mance 2based; existing reinf orced concrete structures; seis m ic evaluati on and strengthening
引言
我国建筑结构抗震规范的主要内容由以下三大部分组成:(1) 规范限定的适用条件; (2) 结构和构件的
收稿日期:2007-04-26; 修订日期:2007-07-10 基金项目:广东省自然科学基金项目(06105416)
作者简介:黄超(1984-) , 男, 博士研究生, 主要从事高层建筑结构抗震分析研究. E 2mail:chao . huang@mail. scut . edu . cn
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
73
计算分析; (3) 结构和构件的构造要求。对于一个新建建筑物的抗震设计, 当满足以上3部分要求时, 就是符合规范的设计; 当不满足第1部分要求时, 就被称为“超限”工程, 需要采取比规范第2、第3部分更严格的计算和构造, 以证明该建筑可以达到“小震不坏, 中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
对于一个既有建筑物的抗震评估, 目前国内已有标准、指南等
[1-4]
的主要思路与结构抗震设计规范的基
本思路是一致的, 即当一个既有建筑物满足上述规范的3部分要求时, 就是一个合格的结构; 当不满足上述
规范3部分之一时, 就需要进行结构抗震加固。目前需要进行结构抗震评估的既有建筑物主要是使用年限已超过20年的多高层钢筋混凝土框架结构, 以及由于改变使用功能而进行结构抗震评估的多高层钢筋混凝土框架结构和钢筋混凝土框架-剪力墙结构。通常这些建筑物计算分析时可满足规范有关的承载力要求,
) 。按照现行结但由于原设计或施工原因使结构不满足规范第3部分的构造要求(即“中震可修、大震不倒”构鉴定标准, 就必须进行结构抗震加固。这类建筑的实际性能通常有两种可能, 一种是结构虽然不满足规范的构造要求, 但有相当的承载力和一定的延性, 通过进一步计算分析可以证明其满足“中震可修、大震不倒”
的承载力和延性要求, 这样的建筑应该判断为满足安全要求的; 如果不能证明(或证明不能保证) 其“中震可修、大震不倒”, 则必须进行结构抗震加固。
目前工程上对钢筋混凝土框架结构的抗震加固, 通常采用加大梁柱截面或粘贴补强材料等增大梁柱构件承载力的方法
[5, 6]
, 而很少或很难对带有楼板的钢筋混凝土框架节点进行有效的加固。如果采用基于性
能的抗震评估方法, 通过基于构件意义的结构弹塑性分析, “大震不倒”的性能, 这类结构就不必进行抗震加固。
, 、日本、新西兰、欧洲界
[20-24]
[-]
[17-19]
震弹性承载力计算+, , 我国已颁布执行或草拟了一系列相关技术规范
和工程, 在工
[1-4, 25-30]
程应用中起了重大的指导作用。但随着我国经济的高速发展, 上述基于小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施的抗震设计方法已不能完全适用于复杂的既有建筑结构的抗震评估与加固, 尤其是无法判断不满足抗震延性构造措施的既有建筑结构是否满足“大震不倒”的抗震要求。
本文通过引入国际先进的基于性能的抗震思想, 参考被国外广泛应用的抗震设计规范, 并结合我国现行抗震设计规范体系的特点, 提出了适用于我国工程实践的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固的方法。本文讨论的技术思路同样适用于钢结构、钢—混凝土组合结构以及砌体结构。
1 地震作用与性能目标
1. 1 地震作用
[23]
) 、 根据《建筑抗震设计规范(G B5001122001) 》(简称《抗规》《建筑抗震设防分类标准(G B502232
[24][25]
) 及《建筑工程抗震性态设计通则(CECS160:2004) 》(简称《设计通则》) , 2004) 》(简称《分类标准》
甲、乙、丙、丁类建筑结构多遇地震(小震) 、设防烈度地震(中震) 、罕遇地震(大震) 的取值概率原则如表1所示。
表1 地震作用超越概率取值原则
Table 1 Earthquake exceeding p r obability value
建筑抗震类别
甲类乙类丙类丁类
小震
63. 5%/100年63. 5%/50年63. 5%/50年63. 5%/50年
中震
10%/100年10%/50年10%/50年10%/50年
大震
2%/100年2%/50年2%/50年2%/50年
注1:没有批准的地震安全性评估结果时, 在初步评估阶段可参考本表取值。当结构的目标使用期不是50年时, 应进行相应调整。
根据表1原则并参考《设计通则》第412. 2条, 适用于基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加
固的地震动参数如表2、表3所示。
74 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
表2 时程分析所用的地震加速度时程最大值
Table 2 M ax seis m ic accelerati on in ti m e hist ory analysis
c m /s , Gal
2
表3 水平地震影响系数最大值αmax
Table 3 M ax seis m ic influence coefficient of horizontal earthquake 建筑抗震类别
抗震设防烈度
6度0. 05g 7度0. 10g
小震
0. 050. 110. 180. 350. 410. 040. 080. 120. 160. 25
中震
0. 160. 300. 440. 570. 840. 110. 220. 340. 450. 68
大震
0. 310. 701. 011. 411. 880. 240. 500. 720. 901. 20
建筑抗震类别抗震设防烈度
6度0. 05g 7度0. 10g
小震
[***********]70110
中震
[***********]0150200300
大震
[***********][1**********]0
甲类17度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g 6度0. 05g 7度0. 10g
甲类
1
7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g 6度0. 05g 7度0. 10g
乙、丙、丁类7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g
乙、丙、丁类7度0. 15g 8度0. 20g 8度0. 30g
注:没有批准的地震安全性评估结果时, 在初步评估阶段可参考本表取值。1. 2 性能目标 根据图1及图2可把结构的性能水平分为以下4个阶段:充分运行阶段(onal, 简称OP ) 、基本运行(I m mediate Occupancy, 简称I O ) 、生命安全(L ife Safety, LS (Preventi on, 简称CP ) 。, 但建筑结构完好; , 结构可能损坏, , 主体结构有, , 但不致严重伤人, 生命安全能得到保障; 接近倒塌是指建筑的基本功能不复存在, , 但不致倒塌
。
图1 延性结构性能水平的阶段
Fig . 1 Perf or mance level of ductile
structure
图2 非延性结构性能水平的阶段
Fig . 2 Perf or mance level of non 2ductile structure
上述的充分运行相当于工程师们熟悉的小震弹性承载力计算阶段, 可以通过弹性计算进行复核。基本
[20-24]
运行也就是目前工程界较为常用的“中震不屈服”阶段, 通过一定的假设, 可通过常规的弹性分析软件进行拟弹塑性的弹性计算进行复核。生命安全及接近倒塌阶段, 结构已明显进入弹塑性阶段, 需要进行考虑各种构造情况下构件滞回性能的弹塑性分析, 才能得出合理的预期结构弹塑性评估效应。这将在本文的第3节进行详细的讨论。
表4 既有建筑结构的客观性能目标1. 2. 1 既有建筑结构的宏观性能目标
Table 4 Existing structural perfor mance targets
表4是根据《抗规》、《分类标准》、《设计通
[1]建筑抗震分类小震中震大震则》、《建筑抗震鉴定标准》的基本原则进行细化的既有建筑结构的性能目标。应该指出, 该性
能目标是满足我国抗震设防基本思想的一个最低要求, 政府主管部门、业主可根据实际情况对整体
结构或某些关键结构构件选用更为严格的性能目标甲类乙类丙类丁类
OP OP OP I O
OP OP LS LS
LS LS CP CP
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
75
1. 2. 2 既有建筑结构的量化性能目标1. 2. 2. 1 层间位移性能目标
表5是既有钢筋混凝土建筑结构在不同阶段的层间位移性能指标。
表5 既有钢筋混凝土建筑结构层间位移性能目标
Table 5 Existing RC structural drift perf or mance targets
建筑结构
单层钢筋混凝土柱排架钢筋混凝土框架
钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒
钢筋混凝土抗震墙、筒中筒钢筋混凝土框支转换层
OP 0. 2%0. 2%0. 125%0. 1%0. 05%
I O 1%1%0. 625%0. 5%0. 25%
LS 3%2%1. 25%1%0. 5%
CP 4%4%2. 5%2%1%
1. 2. 2. 2 钢筋混凝土结构构件性能目标
(1) 钢筋混凝土梁性能目标
[7, 8]
表6 钢筋混凝土梁性能目标
Table 6 RC bea m perf or mance targets
性能目标
(A -A ′) f 箍筋是否符合规范是
是是是否箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2
ξb β1f c bh 0
≤0. 0≤0. 0≥1≥1≤0. 0≤0. 0≥≥1
0. 7f 1bh 0
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
a
b
c
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
I O 000. 00500. 00500. 00150. 00500. 00150. 00150. 00150. 00150. 00150. 0100
LS 0. 0200. 0100. 0100. 0050. 0100. 0050. 0100. 0050. 0020. 0020. 0020. 0020. 010
CP 0. 0250. 0200. 0200. 0150. 0200. 0100. 0100. 0050. 0030. 0030. 0030. 0030. 015
弯曲控制时
≤3
≥6≤3≥636≤3≥6
0. 0250. 0200. 0200. 0. 0100. 0050. 0030. 0030. 0030. 0030. 015
0. 0500400. 0. 0150. 0150. 0100. 0200. 0100. 0200. 0100. 030
0. 20. 0. 0. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 00. 00. 2
剪切控制时钢筋搭接不满足规范要求
锚入节点区钢筋不满足规范要求时
说明:
(1) 当上述情况同时发生时, 取表中对应最小值; (2) 若箍筋在塑性铰区内间距≤h 0/3或箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,
则认为箍筋符合规范要求, 反之则不符合规范要求; (3) 当数值超出表中规定范围时, 可以采用线性插值方法确定对应数值。
(2) 钢筋混凝土柱性能目标
[7, 8]
表7 钢筋混凝土柱性能目标
Table 7 RC colu mn perf or mance targets
性能目标
f c A
箍筋是否符合规范是是是是否否否否—
箍筋间距≤h 0/2箍筋间距>h 0/2全长封闭箍筋其他情况
0. 7f t bh 0
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
a
b
c
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
I O 0. 0050. 0050. 0030. 0030. 0050. 0050. 0020. 002
LS 0. 0150. 0120. 0120. 0100. 0050. 0040. 0020. 002
CP 0. 0200. 0160. 0150. 0120. 0060. 0050. 0030. 002
弯曲控制时
≤0.
≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0.
[***********]712712≤3≥6≤3≥6≤3≥6≤3≥6
0. 0200. 0160. 0150. 0120. 0060. 0050. 0030. 002
0. 0300. 0240. 0250. 0200. 0150. 0120. 0100. 008
0. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 20
剪切控制时钢筋搭接不满足规范要求柱轴力大于
0. 70N —
0. 0100. 0000. 0150. 000
—
0. 0200. 0100. 0250. 000
—
0. 400. 200. 020. 00
—
0. 0050. 0000. 0000. 000
—
0. 0050. 0000. 0050. 000
—
0. 0100. 0000. 0100. 000
说明:(1) 当上述情况同时发生时, 取表中对应最小值; (2) 若箍筋在塑性铰区内间距≤h 0/3或箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,则
认为箍筋符合规范要求, 反之则不符合规范要求; (3) 为保证安全, 柱中应采用封闭箍筋; 否则应按非延性构件要求进行计算; (4) N 0指柱轴心抗压强度设计值; (5) 当数值超出表中规定范围时, 可以采用线性插值方法确定对应数值。
76 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
(3) 钢筋混凝土梁柱节点性能目标[7, 8]
表8 钢筋混凝土梁柱节点性能目标
Table 8 RC bea m 2colu mn connecti on perfor mance targets
节点类型
f c A
箍筋是否符合规范是是是是否否否否是是是是否否否否
V n
模型参数
塑性转角/rad 残余强度比
允许准则
不同阶段的塑性转角/rad
0. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 000. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 0
0. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 00. 0
内部节点
其他节点
≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0.
[***********][***********]178178≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1. ≤1. ≥1.
[1**********]525
0. 0150. 0150. 0150. 0150. 0050. 0050. 0050. 0050. 0100. 0100. 0100. 0100. 0050. 0050. 0000. 000
0. 0300. 0300. 0250. 0200. 0200. 0150. 0150. 0150. 0200. 0150. 0200. 0150. 0100. 0100. 0000. 000
0. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 20. 2---≥0. 712≥0. 712≤1. 2≥1. 5
说明:
(1) 若箍筋在节点区内间距≤h 0/3, , ; () , V n 为节点
抗剪极限承载力; (3) , 。
根据上表, , 则应采用按《抗规》附录D 。验算公式如下:
梁柱节点剪力平均值V j m =
ηjb
M b m
h b 0-a ′s
(1-
h -a ′) , 取ηjb =1,
H c -h b
M ∑
b m
为罕遇地震作用下节点左、右梁
ηβ端逆时针或顺时针方向组合的弯矩平均值之和。节点核心区承载力限值为0. 30j c f ck b j h j , 偏于安全地取ηj
b j h b 0-a ′s
ηj f tk b j h j +0. 05ηj N =1。节点核心区实配钢筋承载力为1. 1+f yvk A svj , 同样偏于安全地取ηj =1。
b
s
(4) 钢筋混凝土抗震墙抗弯性能目标
[7, 8]
表9 钢筋混凝土抗震墙抗弯性能目标
Table 9 Flexural perf or mance targets of RC shear walls
抗震墙构件
f c A
0. 7f t t w l w
有无边缘构件有有有有无无无无
塑性转角/rad
a
b
残余强度比
c
不同阶段的塑性铰转角/rad
I O 0. 00500. 00400. 00300. 00150. 00200. 00200. 00100. 00100. 00300. 0000
LS 0. 0100. 0080. 0060. 0030. 0040. 0040. 0020. 0010. 0070. 000
CP 0. 0150. 0100. 0090. 0050. 0080. 0060. 0030. 0020. 0100. 000
墙肢
≤0.
≤0. ≥0. ≥0. ≤0. ≤0. ≥0. ≥0.
[**************]0
框支柱
≤3≥6≤3≥6≤3≥6≤3≥6
箍筋满足规范要求箍筋不满足规范要求
0. 0150. 0100. 0090. 0050. 0080. 0060. 0030. 0020. 0100. 000
0. 0200. 0150. 0120. 0100. 0150. 0100. 0050. 0040. 0150. 000
0. 750. 400. 600. 300. 600. 300. 250. 200. 200. 00
钢筋情况连续纵向钢筋
连梁
满足规范要求连续纵向钢筋不满足规范要求斜向X 型配筋
0. 7f t bh 0
≤3≥6≤3≥6—
0. 0250. 0200. 0200. 0100. 030
0. 0500. 0400. 0350. 0250. 050
0. 750. 500. 500. 250. 80
0. 01000. 00500. 00600. 00500. 0060
0. 0200. 0100. 0120. 0080. 018
0. 0250. 0200. 0200. 0100. 030
说明:
(1) 柱中所有箍筋间距≤h 0/2及箍筋抗剪承载力大于剪力设计值时认为其满足规范要求; (2) 若连梁箍筋在全长范围内间距≤
h 0/3及箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4, 则认为箍筋符合规范要求。
第5期黄 超等:基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究
[7]
77
(5) 钢筋混凝土抗震墙抗剪性能目标
表10 钢筋混凝土抗震墙抗剪性能目标
Table 10 Shear perfor mance targets of RC shear walls
抗震墙构件墙肢钢筋情况连续纵向钢筋满足规范要求连续纵向钢筋不满足规范要求
0. 7f t bh 0
层间位移角或旋转角/rad 残余强度比
d
e
c
不同阶段的塑性铰转角/rad
I O 0. 40
LS 0. 60
CP 0. 75
0. 752. 00. 40
连梁
≤3≥6≤3≥6
0. 0020. 0160. 0120. 008
0. 0300. 0240. 0250. 014
0. 600. 300. 400. 20
0. 0060. 0050. 0060. 004
0. 0150. 0120. 0080. 006
0. 0200. 0160. 0100. 007
说明:
(1) 若墙肢弹塑性性能以抗剪为主, 其轴压比必须小于0. 15, 否则视为非延性构件;
(2) 若连梁箍筋在全长范围内间距≤h 0/3及箍筋抗剪承载力达到剪力设计值的3/4,则认为箍筋符合规范要求。(3) 参数d 、e 对于墙肢为层间位移角, 对于连梁为旋转角。
(6) 基础与楼盖性能目标
小震、中震作用下, 基础和楼盖处于OP 状态, , 。
2 结构分析与评估
2. 1 结构在OP , 并应按现行《钢筋混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《抗规》进行分析, 但结构的抗震调整系数允许比现行规范降低一级进行采用。在I O 、LS 阶段允许采用考虑结构开裂刚度退化的拟弹塑性的弹性反应谱分析法, 根据结构构件的预期刚度退化情况对其刚度进行折减, 具体可按表11执行。
表11 OP 、I O 阶段的弹性反应谱分析参数
Table 11 OP, I O elastic s pectru m analysis para meters
性能目标材料强度荷载荷载组合验算公式抗震调整系数材料模量折减系数
阻尼比
OP
I O
LS
[25]
[26]
设计值按现行规范
S =γωS w k G S GE +γEh S Ehk +γEv S Evk +φw γ
S ΦR /γR E
标准值按现行规范
S k =S Gk +S Ek
S k +R k
平均值按现行规范
S k =S Gk +S Ek
S k ΦR k
比现行规范降低1级, 但不低于4级
10. 05
比现行规范降低1级, 但不低于4级
0. 5～10. 05
比现行规范降低2级, 但不低于4级
0. 3～0. 60. 05～0. 06
2. 2 动力弹塑性时程分析
结构在I O 、LS 阶段的层间位移计算宜采用动力弹塑性时程分析方法, 在CP 阶段的层间位移计算应采
用动力弹塑性时程分析方法, 允许采用静力弹塑性分析(pushover ) 方法; 结构在LS 、CP 阶段的构件变形计算应采用动力弹塑性时程分析方法。2. 2. 1 分析软件与分析模型
构件骨架曲线和恢复力关系应通过试验数据得到, 也可根据FE MA356/ASCE41的模型参数得到。构件骨架曲线应该包括单元线性刚度、屈服强度和屈服后的刚度特征, 对于竖向构件应该考虑轴向荷载的影响。构件恢复力关系应该考虑强度、刚度的退化以及滞回捏拢效应。分析模型应考虑楼板及楼板钢筋的影响, 并应真实反映结构构件的实际构造情况。
78 地 震 工 程 与 工 程 振 动 第27卷
在进行结构分析时, 应考虑P -△效应, 材料特性应采用材料平均值。2. 2. 2 地震动的选取及调整
在选取动力弹塑性时程分析中的地震加速度时程曲线时, 应采用1组不少于2对场地人工波及不少于
5对实测地震动, 选取的地震动宜在卓越周期、震级、震中距、震源机理上与建筑结构所处场地条件接近, 且应考虑双向地震动作用。
地震动优先按下面的方法进行调整:以该场地设计谱为目标谱, 其0. 05阻尼比的反应谱与目标谱各周期点之间的最大差异, 在周期不大于3. 0s 时不宜大于15%, 在周期大于3. 0s 时不宜大于20%; 平均差异不宜大于10%。也可将所选的地震加速度记录的峰值调整到目标设计加速度峰值, 得到时程分析的设计地震加速度记录。
应考虑所有结构构件和非结构构件的相互作用, 选用不少于7对水平地震时程记录进行三维非线性时程分析(NLRH ) 。延性结构复核(如抗弯、压弯等) 取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的平均值作为名义地震反应; 有限延性结构复核(如轴压、抗剪等) 取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的平均值加上非线性时程分析的包络值的标准方差作为名义地震反应; 要求完全处于弹性状态的重要结构构件的非延性结构复核取非线性时程分析中每一对地震时程记录计算反应的包络值的最大值作为名义地震反应。2. 3 抗震评估2. 3. 1 当既有建筑结构不满足层间位移性能目标, , 结构可不进行
抗震加固。2. 3. 2 当既有建筑结构满足层间位移性能目标时标, 超过95%的柱、梁柱节点、, 、楼盖均满足性能目标, 且不满足性能目, 结构可不进行抗震加固。2. 3. 3 , 且加固后的性能目标应满足层间位移目标及全部结构构件性能目标。
3 抗震加固方案
对于风和小震作用下结构承载力满足规范要求, 但抗震构造措施不满足延性构造要求的建筑结构, 宜优先采用基于性能的抗震评估方法证明结构是否需要进行加固; 当该结构必须进行抗震加固时, 宜优先考虑改变结构受力体系的方法, 如对框架结构采用增加剪力墙或抗震耗能构件的措施。具体的加固方案应执行
[30]
《混凝土结构加固设计规范》G B50367-2006。
4 结语
本文通过引入国际上先进的基于性能的抗震思想, 参考国外抗震设计规范, 结合我国现行抗震设计规范体系的特点, 研究了适用于我国工程实践的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固关键技术, 提出了一套抗震延性构造措施不满足现行规范的既有钢筋混凝土建筑结构的评估、扩建、改建新方法。
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