廣西金固建筑科技有限責(zé)任加固公司:阻尼器BRB進行減震加固的案例,并進一步采用SAUSG-RES軟件進行建筑抗震韌性評價,驗證韌性提升效果。
某加固改造項目如圖1所示, 建筑平面外形呈矩形,為地上6層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),平立面布置較規(guī)則。原設(shè)計使用用途為辦公 , 擬將一層 ~ 三層改造為幼兒園,四層 ~ 六層仍為辦公樓 。
(a)1層平面圖
(b)三維軸測圖
抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g),設(shè)計地震分組為第二組, 場地類別為Ⅱ類,場地特征周期為0.4s。原 抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類(丙類建筑),改造后一層 ~ 三層為幼兒園,抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類(乙類建筑)。 《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》(GB 50223-2008)的規(guī)定:重點設(shè)防類,應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施。框架柱原抗震等級為二級,改造后 一層 ~ 三層框架柱抗震等級應(yīng)為一級。 受使用功能限制,直接增加 一層 ~ 三層框架柱 箍筋難度較大,本文嘗試采用減震方案,從降低結(jié)構(gòu)延性需求的角度來降低構(gòu)造要求。
在一層~六層X向、Y向兩邊跨布置防屈曲支撐,共48根,如圖2所示。一層~三層防屈曲支撐初始剛度為1×10 5 kN/m,屈服力為600kN,屈服后剛度比為0.1 。四層~六層防屈曲支撐初始剛度為1×10 5 kN/m,屈服力為400kN,屈服后剛度比為0.1 。
圖2 加固方案
按照地震動主方向反應(yīng)譜在前三周期點與規(guī)范反應(yīng)譜接近的原則,選取一組有代表性的人工模擬地震動加速度時程曲線(本文僅選取一組地震動作為示例,實際加固方案要按規(guī)范要求選取多組地震動)。考慮雙向地震作用,設(shè)X向為主方向,主方向峰值加速度為400 cm/s 2 ,主方向峰值加速度與次方向峰值加速度比值為1:0.85。進行非線性動力時程分析,層間位移角如圖3所示。
圖3 加固后層間位移角
可見,布置防屈曲支撐后,X向彈塑性層間位移角為1/187,Y向彈塑性層間位移角為1/158,小于4.0△u=4.0*1/550=1/137,按《消能減震加固技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 547-2018)第 6.3.6條規(guī)定“罕遇地震下最大層間位移角為2.0△u~4.0△u時,B、C類鋼筋結(jié)構(gòu)混凝土房屋可按常規(guī)設(shè)計的有關(guān)規(guī)定降低一度且不低于6度采用,A類鋼筋結(jié)構(gòu)混凝土房屋應(yīng)按A類房屋構(gòu)造措施采用”,構(gòu)造措施可降低一度,即采用現(xiàn)有構(gòu)造措施即可滿足要求。
按照地震動主方向反應(yīng)譜在前三周期點與規(guī)范反應(yīng)譜接近的原則,選取1組人工模擬加速度時程曲線和29組實際強震記錄進行加固前模型和加固后模型設(shè)防烈度下的非線性動力時程分析。選取1組人工模擬地震動,是因為人工模擬地震動反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜接近,分析得到的構(gòu)件損傷狀態(tài)具有代表性,可作為討論構(gòu)件損傷狀態(tài)的示例工況。考慮雙向地震作用,設(shè)X向為主方向,主方向峰值加速度為400 cm/s 2 ,主方向峰值加速度與次方向峰值加速度比值為1:0.85。進行8度罕遇地震作用下的韌性評價。
(1)構(gòu)件性能評價
以人工模擬地震動為例,查看加固前和加固后的構(gòu)件性能水平如圖4示,統(tǒng)計梁、柱各性能水平構(gòu)件數(shù)量如表1所示。
(a)加固前
(b)加固后
表1 加固前后構(gòu)件性能對比
可見,加固后,設(shè)防烈度8度罕遇地震作用下,防屈曲支撐都進入了屈服階段,很好地保護了主體結(jié)構(gòu),梁、柱損壞程度大大減輕,結(jié)構(gòu)總體性能大幅改善。
(2)韌性評價
根據(jù)加固前和加固后30組地震動作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷狀態(tài),按《建筑抗震韌性評價標準》(GB /T 38591-2020)統(tǒng)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件修復(fù)費用及修復(fù)時間,如圖5所示。由于人員傷亡率較低,暫不統(tǒng)計?梢姡涸30組地震動作用下,加固后修復(fù)費用、修復(fù)時間均比加固前小;且修復(fù)費用、修復(fù)時間越大,加固后修復(fù)費用、修復(fù)時間降低就越多。
圖5 30組地震動韌性評價指標
提取結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷狀態(tài)組裝原始樣本矩陣,矩陣每行表示一次時程分析的結(jié)果,每列表示一個構(gòu)件的損傷狀態(tài),矩陣的規(guī)模是30×877。 采用FEMA P-58 方法對原始樣本矩陣進行擴充,產(chǎn)生1000個模擬樣本。按《建筑抗震韌性評價標準》(GB /T 38591-2020)統(tǒng)計1000個模擬樣本的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的修復(fù)費用、修復(fù)時間及人員傷亡指標。
繪制加固前和加固后結(jié)構(gòu)構(gòu)件1000個模擬樣本的修復(fù)費用、修復(fù)時間散點圖,將修復(fù)費用、修復(fù)時間區(qū)間劃分為30組,統(tǒng)計落在各組的頻數(shù),繪制概率密度圖并用對數(shù)正態(tài)分布曲線擬合,如圖6和圖7所示。
(a)加固前
(b)加固后
圖6 加固前后修復(fù)費用概率分析
(a)加固前
(b)加固后
統(tǒng)計加固前和加固后結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震作用下的修復(fù)費用和修復(fù)時間指標均值、對數(shù)標準差和84%分位值,并計算置信水平為0.95的84%保證率的修復(fù)費用和修復(fù)時間指標置信上限,如表2所示。
表2 加固前后韌性評價指標對比
可見,加固后結(jié)構(gòu)抗震韌性大幅提升,具有較好的經(jīng)濟效益。
(1)在既有建筑由于國家規(guī)定、規(guī)范、設(shè)計標準、地震動參數(shù)區(qū)劃圖的修訂或建筑功能的改變(如丙類建筑改乙類建筑)引起的大量構(gòu)件構(gòu)造措施不滿足要求時,可考慮采用減震方案進行加固,降低結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角需求,進而達到降低構(gòu)造措施的目標,可大大減少加固量。
(2)SAUSG-JG建筑結(jié)構(gòu)加固性能化設(shè)計軟件可以導(dǎo)入PKPM建立的各種加固構(gòu)件,包括粘貼鋼板、外貼型鋼、增大截面、置換混凝土等,建立或?qū)敫粽鹬ё⒆枘崞鲉卧,準確快速地計算結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角,判斷結(jié)構(gòu)能否降低抗震構(gòu)造措施。
(3)SAUSG-RES建筑結(jié)構(gòu)抗震韌性評價軟件可以給出震后修復(fù)費用、修復(fù)時間、人員傷亡等數(shù)據(jù)圖表,并可一鍵生成建筑抗震韌性評價報告,為工程師提供了量化加固前、加固后建筑抗震韌性的直觀工具,可用于加固方案比選,幫助工程師在合理的成本范圍內(nèi)實現(xiàn)建筑抗震韌性提升最大化的目標。責(zé)任編輯:http://www.za432.cn/