改變使用功能的框架結(jié)構(gòu)加固后抗震分析

孫文晉+　楊作續(xù)

摘要：隨著建筑使用功能的改變，很多原有的結(jié)構(gòu)抗震性能已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)階段我國(guó)規(guī)范的要求，需要進(jìn)行改造加固。本文在不改變?cè)蚣芸拐鸬燃?jí)的情況下，對(duì)改變使用功能的原框架架構(gòu)通過(guò)增設(shè)剪力墻和架設(shè)中心鋼支撐的兩個(gè)加固方案，借助軟件SATWE對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能分析，為實(shí)際工程的加固設(shè)計(jì)提供理論支持。

Abstract： With the change of building use function， many of the original anti-seismic performances of the structure have been unable to meet the requirements of the present stage of China， which need to transform and strengthen. Without changing the original frame anti-seismic grade， this paper puts forward two reinforcement schemes for adding the shear wall and the central steel support to the original frame structure with the change of the function， and analyzes the anti-seismic performance of the reinforced structure with the aid of software SATWE， to provide the theoretical support for the design of the actual engineering.

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；剪力墻；鋼支撐；SATWE；抗震

Key words： frame structure；shear wall；steel support；SATWE；anti-seismic

中圖分類(lèi)號(hào)：TU352.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0096-02

0 引言

我國(guó)在過(guò)去的幾十年里新建了很多的混凝土結(jié)構(gòu)，這些建筑也見(jiàn)證了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛。但是另一方面隨著我國(guó)抗震規(guī)范的不斷發(fā)展，原有的結(jié)構(gòu)的抗震要求已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，特別是改變建筑原設(shè)計(jì)的使用功能，需要提高抗震設(shè)防類(lèi)別，結(jié)構(gòu)的抗震性能將不能滿(mǎn)足要求。汶川地震后，我國(guó)的抗震規(guī)范做了很大的調(diào)整，很多的老式建筑的抗震能力已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范要求，需要進(jìn)行改造加固。因此對(duì)建筑工程的質(zhì)量檢測(cè)及改造加固方案的可行性分析鑒定顯得格外重要。

1 工程概況

項(xiàng)目為包頭市某廠綜合辦公樓，樓體為五，六層框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為4780m2。五層框架樓面活載按照2kN/m2設(shè)計(jì)，六層框架樓面活載按照2.5kN/m2設(shè)計(jì)，屋面按0.5kN/m2設(shè)計(jì)。工程改造前按地震設(shè)防烈度8度，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙級(jí)，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。由于使用功能的改變，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類(lèi)別提高為乙類(lèi)，因此需對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定與加固。

2 抗震承載力驗(yàn)算

由于使用功能設(shè)計(jì)修改后，根據(jù)GB50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.3-3條，“重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施；同時(shí)應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。”所以，應(yīng)按8度乙類(lèi)抗震設(shè)防要求，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行抗震鑒定。

2.1 結(jié)構(gòu)自振周期

由表1可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)未加固的原混凝土結(jié)構(gòu)按照本地區(qū)提高一級(jí)的抗震鑒定要求時(shí)，結(jié)構(gòu)的第一振型為扭轉(zhuǎn)，且扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于平動(dòng)系沿著兩主軸適當(dāng)?shù)臄?shù)，明顯不符合規(guī)范的要求，應(yīng)該設(shè)置一些支持削弱結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。說(shuō)明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于其兩個(gè)主軸的側(cè)移剛度過(guò)小，此時(shí)宜加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的外圍剛度，或沿兩主軸適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。因此對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加固非常的必要。

2.2 多遇地震彈性最大層間位移角

由表2可知：原結(jié)構(gòu)在多遇地震下，最大層間位移角不滿(mǎn)足抗震規(guī)范1/550的要求，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，從而滿(mǎn)足抗震規(guī)范的要求。

3 加固設(shè)計(jì)

從抗震鑒定的結(jié)果分析可以看出，在改變使用功能后，原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足乙類(lèi)抗震設(shè)防的要求，考慮到后期的施工進(jìn)度和業(yè)主使用的要求，選擇增加剪力墻和設(shè)置柱間鋼支撐的兩個(gè)方案進(jìn)行模擬分析。在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加剪力墻或柱間鋼支撐加固方法，有利于提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，同時(shí)可以盡量減少原結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不足的數(shù)量，加固效率得到大大提高，為后續(xù)實(shí)際工程加固方案的選擇提供理論指導(dǎo)。

3.1 剪力墻加固方案

3.2 鋼支撐加固方案

4 結(jié)構(gòu)彈性分析

模擬分析利用PKPM軟件SATWE模塊分別對(duì)加剪力墻和鋼支撐加固后結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的彈性分析，得出加固結(jié)構(gòu)自振周期、彈性層間位移角、構(gòu)件內(nèi)力的變化。

4.1 加固前后結(jié)構(gòu)自振周期對(duì)比

4.2 加固前后結(jié)構(gòu)在地震作用下樓層最大位移對(duì)比

4.3 加固前后結(jié)構(gòu)最大層間位移角對(duì)比

5 加固后結(jié)構(gòu)整體抗震性能分析

通過(guò)軟件PKPM對(duì)加固后的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的時(shí)程分析。按照GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》并根據(jù)特征周期選取一條天然波（TH1TG040）罕遇地震時(shí)程分析時(shí)加速度有效峰值8度區(qū)按400cm/s2進(jìn)行調(diào)幅，考慮雙向地震計(jì)算，主、次加速度比值為1：0.85。

罕遇地震下，加固模型和原框架結(jié)構(gòu)模型的樓層最大位移對(duì)比（左為橫向，右為縱向）。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鋼支撐加固框架結(jié)構(gòu)模型和剪力墻加固框架結(jié)構(gòu)模型的軟件分析，分析層間位移和層間位移角得出以下結(jié)論變化：

①通過(guò)縱向增設(shè)鋼支撐加固和整體框架增設(shè)剪力墻加固的方案設(shè)計(jì)，減小了結(jié)構(gòu)自身的扭轉(zhuǎn)作用，改變了原來(lái)結(jié)構(gòu)第一振型為扭轉(zhuǎn)的情況，使結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到大大的提高。

②對(duì)比兩個(gè)加固模型發(fā)現(xiàn)，在不同的地震波作用下，縱向增設(shè)鋼支撐的加固方案大大降低了結(jié)構(gòu)縱向的層間位移，特別是增設(shè)鋼支撐加固的樓層。而增設(shè)剪力墻的加固方案對(duì)橫向和縱向的層間位移都起到了較大的約束作用。

③對(duì)加固前后的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行時(shí)程分析，發(fā)現(xiàn)剪力墻加固后的結(jié)構(gòu)層間位位移降低較明顯，降低幅度受地震波的影響較大，均小于框架-抗震墻結(jié)構(gòu)1/100限值要求，加固效果較好，符合大震不倒設(shè)防要求。

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