随着我国土木工程行业从大规模基建、房地产开发转向对既有建筑的维护,有大量既有建筑面临加固维修和升级改造。对于多数既有建筑而言,结构构件满足小震承载力需求,或经少量加固后满足承载力需求,但近二十年来标准修订引起的抗震构造要求的提高往往造成既有建筑构件无法满足新标准的要求,成为加固改造的最大障碍。
既有建筑构造措施不满足规范要求时,通常采用以下三种做法:
(1)按现行抗震规范,对于既有建筑中构造不满足的构件进行全面加固,以满足规范构造措施的要求
[1]
。该类方法加固量大,造价增加较多。
(2)采取减隔震方法,通过增大结构阻尼比、控制整体指标达到降低一度采用抗震构造措施的目的。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第12.3.8条规定
[2]
:当消能减震结构的抗震性能明显提高时,主体结构的抗震构造要求可适当降低,降低程度可根据消能减震结构地震影响系数与不设置消能减震装置结构的地震影响系数之比确定,最大降低程度应控制在1度以内。
(3)采用性能化设计方法,达到降低一度或二度采用抗震构造措施的目的。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定
[2]
:对于满足性能2要求的结构,构造的抗震等级可按常规设计的有关规定降低一度采用,当构件的承载力高于多遇地震提高二度的要求时,可按降低二度采用,均不得低于6度,且不发生脆性破坏;对于满足性能3要求的结构,当构件的承载力高于多遇地震提高一度的要求时,可按常规设计的有关规定降低一度且不低于6度采用。
第一种方法往往在工程实践中难以实现,而后两种方法没有考虑具体构件在地震下的真实延性需求。对于有些构件,虽然不满足规范构造要求,但变形需求小,仍是满足延性需求的,过多加固将造成资源浪费和工期延长;而对于有些构件,即便满足规范构造要求,但由于变形需求大,构件配箍仍然是不满足构件延性需求的。
那么,怎么准确判断构造是否满足延性需求呢?中国建研院肖从真大师提出了基于构件延性需求的钢筋混凝土结构箍筋设计方法
[3]
,建立了通过非线性动力时程分析确定构件延性需求的方法,可以较为准确地计算构件在地震作用下的延性需求,同时基于大量试验数据建立了基于机器学习的钢筋混凝土柱箍筋计算开源模型
[4]
,可根据实际延性需求实现智能量化配箍。基于构件延性需求的钢筋混凝土结构构造加固设计流程如下图所示,具体步骤详见笔者的博士论文
[5]
。
SAUSG-JG软件已经成功部署箍筋智能设计模型,根据非线性分析结果计算构件延性需求,自动判断构件构造是否满足延性需求,如下图所示。
对于构造不满足的构件,可以通过提高承载力或增设减隔震装置的方法降低延性需求,从而使原始配箍满足需求。
欢迎各位工程师试用!
[1] 混凝土结构加固构造(地基基础及结构整体加固改造): 08SG311-2[S]. 北京: 中国计划出版社, 2007.
[2] GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.
[3] 肖从真, 乔保娟, 李建辉, 魏越. 基于构件延性需求的钢筋混凝土构件箍筋设计方法[J]. 建筑科学, 2022, 38(03): 9-17.
[4] Congzhen Xiao, Baojuan Qiao, Jianhui Li, Zhiyong Yang, Jiannan Ding. Prediction of Transverse Reinforcement of RC Columns Using Machine Learning Techniques[J]. Advances in Civil Engineering, 2022.
[5] 乔保娟.基于构件延性需求的钢筋混凝土结构箍筋设计方法研究[D].中国建筑科学研究院有限公司,2023.