結構性能化加固理論分析與研究

摘要：結構的性能化加固的具體控制指標，可分為結構的加速度、層間位移和最大位移，而這些指標的表現是按照結構的自身特性來分來，結構的自身的質量和剛度表現情況，因此本文研究主要對象為結構的質量剛度比，分析結構的質量剛度比與結構的目標性能之間的關系，進而選擇最合適的加固方式

關鍵詞：抗震、性能化加固、加速度、層間位移

1、性能化加固的提出

如今國內外抗震設計是以其結構承載力為目的的多目標多層次的設計方向，利用在三水平設防和防倒塌的構造措施等控制建筑物，達到50年一遇的地震作用（“小震”）下不壞，475年一遇的地震作用（“中震”）下可修和在600年左右一遇地震作用（“大震”）下不倒的目標。這樣的設計目標能夠保證建筑物沒有倒塌進而保障生命安全，但其破壞造成直接的或是間接經濟及其他方面的損失，為了滿足各類建筑物的不同使用要求，對建筑物結構的地震反應需要更具體化的性能目標來控制[1]。

2010年12月1日，實施了《建筑抗震設計規范》GB50011-2010，新的抗震設計規范指出：建筑的抗震性能化設計立足于抗震承載力和變形能力這兩方面的綜合考慮，具有很強的針對性和靈活性。針對不同工程的需要和可能。在對既有結構加固中，對整個結構，或是對某些部位或關鍵構件，靈活運用各種措施達到預期的抗震性能目標，以提高抗震安全性或滿足使用功能的特殊要求[2]。

2、性能化加固背景與分類

2.1原有加固方式與性能化加固的對比

原有加固方式的設計目標為：針對結構個別構件破壞、特殊的使用要求或是施工不當等方面造成的現有結構的承載力不能滿足使用要求的建筑物構件的加固方式，其根本目的為提高結構的承載力。

性能化加固的的設計目標為：針對結構的使用要求，以結構的位移、層間位移和加速度等為具體控制指標，對不滿足指標的建筑物進行加固，其根本目的為滿足結構的使用要求。

原有的加固方式與性能化加固最根本的不同在于出發點不同，原有加固是針對結構的承載力，而現在的性能化加固是針對結構的使用要求的不同。

2.2、加固的具體方式

現有的具體的加固方式主要分為：

1）增大構件截面尺寸：增大構件受力面積的方式來提高結構的承載力的水平。

2）增設構件：采用增加構件的方式來對即有結構不能滿足使用要求或是承載力要求構件進行補強加固。

3）改變傳力路徑：主要采取的方式為增設剛支撐的方式進行加固。

4）增加阻尼：利用阻尼器給結構提供附加阻尼與附加剛度。

5）隔震：設置隔震支座降低結構地震作用效應。

從力學的角度統計和歸納可以分為增加剛度，減小剛度，增加阻尼和隔震四種方式。

3、性能化加固方式的選取

3.1、質量剛度比與性能指標的概念及相關系數

質量剛度比：在地震作用下，結構地震作用效應主要通過結構的層間質量和層間剛度來反應，因此歸納出質量剛度比（M/K）這個系數來對結構的進行分析。

性能指標：結構的地震作用層間加速度，層間位移和最大位移三個指標來控制。

結合底部剪力法的分析方式將研究區段劃分為：

3.2、質量剛度比與性能指標的關系曲線

1）公式推導最大加速度

2）公式推導最大層間位移

3）公式推導最大位移

以上曲線分析的是性能指標與質量剛度比之間的關系，結合以上的分析曲線根據使用要求的控制性能指標，來選取最合適的加固方式。

3.3、加固方式的選擇

性能指標——加速度、層間位移、最大位移

加固方式——改變剛度、阻尼、隔震

根據上面曲線的變化方式，結合既有結構的性能指標的超標情況加固方式總結為：

1） 加速度： A周期——提高剛度 B周期——阻尼

C周期——降低剛度 D周期——阻尼

2） 層間位移與位移： A周期——提高剛度 B周期——提高剛度

C周期——提高剛度 D周期——提高剛度

總結以上的分析，對應的具體加固方式為：

提高剛度——增設翼墻，增大截面尺寸，增設支撐

降低剛度——改砌筑墻為隔墻

阻尼——設置阻尼器

4、結論

本文以質量剛度比為參考變量，以性能化控制指標為目標變量，通過分析對應關系，來研究結構的性能化加固的合理方式的選擇規律，以此為對即有結構加固方式的選型和效果分析提供概念和理論依據。

參考文獻：

[1]陳闖興.中國建筑抗震設計規范的演變和展望[J].防災減災工程學報.2003

[2]徐斌.新規范建筑抗震性能化設計淺析[J].廣東水利電力.2010.

[3]金毅，何浩祥，張國棟.基于性能的結構抗震設計研究概述[M].北京：地震出版社，2010.

[4]陳國興.中國建筑抗震設計規范的演變和展望「M」.防災減災工程學報，2003，23（1）.