專利名稱：建筑物抗震能力的評(píng)估方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評(píng)估建筑物抗震能力的方法，更具體地說(shuō)是一種基于強(qiáng)度與延性的鋼筋混凝土建筑物抗震能力的評(píng)估方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，因此對(duì)新建和既有建筑是否具有足夠的抗震能力十分重視。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前我國(guó)工業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)的主要型式，其抗震能力是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要指標(biāo)。大量既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低，加之耐久性及結(jié)構(gòu)已有損傷等因素的影響，如何評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力成了非常重要的課題，迫切需要發(fā)展一套方法來(lái)定量評(píng)估抗震能力，使得抗震能力不足的建筑結(jié)構(gòu)能及早加固或拆除。
目前國(guó)外對(duì)鋼筋混凝土房屋抗震能力評(píng)估的方法介紹如下(1)Pushover方法Pushover方法(也稱推覆分析法)是一種靜力非線性分析法，美國(guó)應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)1996年編制的《混凝土建筑抗震評(píng)估和修復(fù)》(ATC-40)和美國(guó)聯(lián)邦緊急管理廳1997年出版的《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)中都提出這種基于位移的已建結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估方法，其基本思路為根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)的具體情況在房屋上施加某種分布的水平力，逐漸增加水平力使結(jié)構(gòu)各構(gòu)件依次進(jìn)入塑性。因?yàn)槟承?gòu)件進(jìn)入塑性后，整個(gè)結(jié)構(gòu)的特性會(huì)發(fā)生改變，因此又可以反過(guò)來(lái)調(diào)整水平力的大小和分布。這樣交替進(jìn)行下去，直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的破壞。
(2)能力譜法(ATC-40)美國(guó)的ATC-40規(guī)范采用能力譜法作為建筑抗震評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)程序。它包含了幾個(gè)步驟①對(duì)建筑物進(jìn)行推覆分析(Pushover)而建立基底剪力(Base Shear)和頂層位移(RoofDisplacement)的關(guān)系圖。②將基底剪力與頂層位移的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)成以譜加速度及譜位移表示的能力譜(Capacity Spectrum)。③利用以譜加速度與周期表示的彈性反應(yīng)譜，轉(zhuǎn)成以譜加速度與譜位移表示的彈性需求譜。④將能力譜與彈性需求譜繪于同一張圖上，并且利用等效阻尼折減彈性需求譜，而折減后的需求譜(Demand Spectrum)與容量反應(yīng)譜經(jīng)過(guò)迭代會(huì)產(chǎn)生交點(diǎn)，即為建筑物在地震下的表現(xiàn)(Performance)，可提供對(duì)位移需求(Displacement Demand)的估計(jì)。⑤將位移需求轉(zhuǎn)成頂層位移，和各個(gè)樓層的層間位移，并找出此時(shí)所對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)變形需求，然后與預(yù)設(shè)的性能目標(biāo)進(jìn)行比較。
(3)簡(jiǎn)化非線性分析方法美國(guó)聯(lián)邦緊急救援署(FEMA)在1996年美國(guó)應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)提出能力譜方法的基礎(chǔ)上，1997年出版《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)提出的一種簡(jiǎn)化非線性分析方法該方法是對(duì)能力譜方法的修正，實(shí)際上是通過(guò)一種迭代計(jì)算出結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移值，這將大量增加計(jì)算工作量。
(4)日本的抗震能力評(píng)估研究在日本，早在1919年就頒布了都市建筑法，規(guī)定了六個(gè)主要都市的建筑技術(shù)規(guī)則，1923年關(guān)東地震之后又引入了設(shè)計(jì)地震作用系數(shù)，1950年又頒布了建筑標(biāo)準(zhǔn)法應(yīng)用于全日本，此法規(guī)以工作應(yīng)力法為取向。日本建設(shè)省在1996年成立了一個(gè)專門(mén)的技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)健全和推廣基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法并于2000年6月提出了基于性能抗震設(shè)計(jì)的構(gòu)架，其所采用的也是推覆分析，用能力譜法檢驗(yàn)建筑物的性能表現(xiàn)。性能設(shè)計(jì)決定性能目標(biāo)，性能目標(biāo)由地震水平和性能水平?jīng)Q定。
(5)我國(guó)在建筑抗震能力評(píng)估的研究針對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)而言，目前進(jìn)行抗震評(píng)估的方法主要是采用現(xiàn)行抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)給出的兩級(jí)鑒定方法。除此之外，主要為借鑒抗震設(shè)計(jì)規(guī)范給出的各種新建建筑抗震設(shè)計(jì)分析的方法(反應(yīng)譜分析方法、動(dòng)力時(shí)程分析方法和靜力非線性分析方法等)。錢稼茹、楊溥、葉獻(xiàn)國(guó)等較多學(xué)者從不同的方面出發(fā)，對(duì)靜力非線性分析方法提出了不同的改進(jìn)方案并通過(guò)與彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了其方法的可行性。李宏男等對(duì)基于現(xiàn)行抗震規(guī)范建立結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)譜以評(píng)價(jià)既有框架結(jié)構(gòu)的抗震性能方面進(jìn)行了探討，并建立了特征周期為二區(qū)的四類場(chǎng)地在7度、8度和9度罕遇地震情況下的需求譜?，F(xiàn)有各種評(píng)估方法的長(zhǎng)處及不足列出如下①經(jīng)驗(yàn)評(píng)估法經(jīng)驗(yàn)評(píng)估法簡(jiǎn)便、快捷，不需作復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)抗震試驗(yàn)，花費(fèi)少，評(píng)估結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。其缺點(diǎn)是對(duì)評(píng)估人員要求高，不同人員評(píng)估結(jié)果之間會(huì)有差異，評(píng)估過(guò)程和結(jié)果較難定量化處理。對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)而言，該方法更多的是對(duì)構(gòu)造情況的評(píng)估，末能反映結(jié)構(gòu)延性性能這一關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)并建立專家評(píng)估系統(tǒng)是這一方法的發(fā)展趨勢(shì)。
②振動(dòng)測(cè)量評(píng)估法振動(dòng)測(cè)量評(píng)估法具有實(shí)用性和明顯的經(jīng)濟(jì)效益，但目前仍存在著技術(shù)上的難題，如對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與抗震能力之間的相互關(guān)系仍缺乏全面準(zhǔn)確的了解等。
③規(guī)范校核法規(guī)范校核法較易為工程技術(shù)人員掌握和應(yīng)用，但由于受規(guī)范認(rèn)識(shí)局限性和破壞準(zhǔn)則的限制，僅能隱含地反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性抗震要求。因缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，材料的真實(shí)強(qiáng)度往往以名義強(qiáng)度代替，從而帶來(lái)誤差。總體上看，規(guī)范校核法屬于半經(jīng)驗(yàn)半分析的評(píng)估方法。
④能量法能量評(píng)估法適用于形狀較規(guī)則的多層多跨預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，該方法可以比較簡(jiǎn)便地對(duì)初步設(shè)計(jì)的或有待于抗震加固的預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力的進(jìn)行評(píng)估，其結(jié)果具有相對(duì)的可比性與準(zhǔn)確性。
地震能量是描述地震動(dòng)的可選物理量之一，能量方法在動(dòng)力學(xué)教程中司空見(jiàn)慣，但是如何與結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和地震破壞掛鉤，是迄今未能很好解決的問(wèn)題。因此，應(yīng)用能量法評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力至今還只是一種理論方法。
⑤簡(jiǎn)化的彈塑性分析評(píng)估方法簡(jiǎn)化的彈塑性分析評(píng)估方法作為一種較簡(jiǎn)便的實(shí)用方法，它可以揭示出建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后的薄弱環(huán)節(jié)以及罕遇地震下的最大位移與相應(yīng)的底部剪力，它能在滿足工程要求的程度上近似了解結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的彈塑性反應(yīng)性能，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力作出比較合理的評(píng)估。因此，這一方法具有廣泛的應(yīng)用前景。然而在簡(jiǎn)化的彈塑性分析評(píng)估方法中，側(cè)向力分布方式常用的有均勻、倒三角形和拋物線等，加載模式的不同將影響側(cè)移分析的結(jié)果，比較理想的方法應(yīng)是隨著結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)展，不斷調(diào)整側(cè)向力分布，即所謂適應(yīng)性的側(cè)向力加載分析，但這樣計(jì)算將比較復(fù)雜，影響作為簡(jiǎn)化分析方法的實(shí)用價(jià)值。目前還沒(méi)有一種加載方式能完全模擬地震的作用方式，因而也還沒(méi)有一種加載方式可求得滿意的底部剪力一頂點(diǎn)位移曲線。實(shí)用中可采取均勻、倒三角形兩種側(cè)向力分布方式，來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的上、下限。目前Pushover分析方法主要用于二維結(jié)構(gòu)模型分析，對(duì)于三維結(jié)構(gòu)模型分析的難度更大。
⑥以地震影響系數(shù)為指標(biāo)的反應(yīng)譜法以地震影響系數(shù)為指標(biāo)的反應(yīng)譜法把地震影響系數(shù)作為衡量建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的指標(biāo)，來(lái)評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，屬于集經(jīng)驗(yàn)評(píng)估法和規(guī)范驗(yàn)證法之大成的方法。該方法比較便于應(yīng)用，具有實(shí)用性，將隨著抗震規(guī)范的推進(jìn)而進(jìn)一步完善。
⑦我國(guó)目前現(xiàn)行建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)現(xiàn)行抗震能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)即《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB500233-95)的修訂是與《89抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相匹配的，限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)水平和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析的理論水平，其修訂時(shí)的指導(dǎo)思想與當(dāng)時(shí)的抗震防災(zāi)指導(dǎo)思想一致。隨著經(jīng)濟(jì)水平及抗震設(shè)計(jì)分析理論水平的提高，我國(guó)的抗震防災(zāi)的指導(dǎo)思想進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。按照現(xiàn)行抗震能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)思想，可能導(dǎo)致大量抗震性能存在較多隱患的既有建筑仍然能夠通過(guò)抗震能力評(píng)估審查，對(duì)于這些建筑而言，其遭受到破壞性地震作用的后果是難以預(yù)料的。
經(jīng)過(guò)檢索，我們也查到一些近年來(lái)公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道的建筑物地震安全性評(píng)估方法，例如中國(guó)專利申請(qǐng)(專利)號(hào)200610074251.X，申請(qǐng)日2006.04.04，名稱一種基于GIS技術(shù)的地震災(zāi)害損失快速評(píng)估方法 申請(qǐng)(專利權(quán))人張路平 地址浙江省嘉興市青龍街61弄5幢103室 摘要提供一種地震災(zāi)害損失快速評(píng)估的GIS方法。其特征在于涉及到一個(gè)GIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用軟件。系統(tǒng)能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、顯示輸出、維護(hù)、數(shù)字-圖形相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)能對(duì)地震災(zāi)害損失進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估，依據(jù)建筑物破壞抽樣調(diào)查資料進(jìn)行評(píng)估區(qū)內(nèi)建筑物和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失的統(tǒng)計(jì)等計(jì)算。并能提供各種統(tǒng)計(jì)圖的制作，以文檔形式輸出評(píng)估報(bào)告。2、中國(guó)專利申請(qǐng)(專利)號(hào)200510027951.9，名稱計(jì)算機(jī)執(zhí)行確定特大型工程地震安全性預(yù)測(cè)的方法，申請(qǐng)(專利權(quán))人上海交通大學(xué)，地址上海市閔行區(qū)東川路800號(hào)，摘要一種計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)執(zhí)行確定特大型工程地震安全性預(yù)測(cè)的方法，用有限元前處理軟件建立有限元模型，并輸入地震動(dòng)時(shí)程所需參數(shù)；參數(shù)傳遞到超級(jí)計(jì)算機(jī)，用人造地震動(dòng)時(shí)程并行模擬的混合任務(wù)分配方法得到地震激勵(lì)動(dòng)時(shí)程；地震激勵(lì)動(dòng)時(shí)程返回到有限元前處理軟件進(jìn)行約束加載，得到有限元分析軟件的任務(wù)文件，并提交給有限元分析軟件，得到數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型和時(shí)間步長(zhǎng)傳遞至超級(jí)計(jì)算機(jī)，用瞬態(tài)響應(yīng)分析和模態(tài)分析的并行處理方法或模態(tài)分析的并行處理方法并行計(jì)算；將數(shù)據(jù)返回有限元分析軟件進(jìn)行后續(xù)計(jì)算；有限元后處理軟件讀入計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行可視化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種彌補(bǔ)現(xiàn)有建筑物抗震能力評(píng)估方法不足之處的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估方法，采用將建模理論、有限元數(shù)值及計(jì)算程序結(jié)合起來(lái)，結(jié)合我國(guó)最新的建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則和建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，圍繞基于強(qiáng)度與延性的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估方法、薄弱環(huán)節(jié)分析和抗震加固分析方法、簡(jiǎn)化的能力譜方法以及構(gòu)建人機(jī)結(jié)合的評(píng)估軟件平臺(tái)等方面，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能及加固情況給出量化結(jié)果。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的1、根據(jù)我國(guó)最新的建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則、現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，借鑒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與延性的抗震評(píng)估理念，建立了一套基于強(qiáng)度與延性抗震評(píng)估理念與中國(guó)規(guī)范相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估體系。評(píng)估結(jié)果的表示參照美國(guó)ATC3-06的抗震能力比的表示方式，以崩塌地面運(yùn)動(dòng)加速度Ac表示結(jié)構(gòu)的抗震能力，其物理意義較現(xiàn)行抗震能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中的樓層綜合抗震能力指數(shù)明確。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力量化評(píng)估軟件。
本發(fā)明基于強(qiáng)度與延性的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估的方法，適用的具體結(jié)構(gòu)形式包括框架結(jié)構(gòu)和含剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，評(píng)估流程是首先利用ETABS軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震內(nèi)力，然后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際構(gòu)件的尺寸和配筋計(jì)算鋼筋混凝土單元的強(qiáng)度與延性，評(píng)估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和含剪力墻框架結(jié)構(gòu)的抗震能力。在計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)各樓層上、下半層的抗震能力即破壞時(shí)承受的地面運(yùn)動(dòng)加速度Ac后，將其與目標(biāo)地震加速度相比較，判斷建筑結(jié)構(gòu)各樓層的抗震能力是否滿足要求。在計(jì)算建筑物的抗震能力時(shí)，考慮了豎向荷載(重力荷載代表值)作用、梁對(duì)柱抗震能力的影響，同時(shí)考慮了延性對(duì)建筑物抗震能力的增強(qiáng)作用。對(duì)于結(jié)構(gòu)單元，除考慮其抗剪能力外，還考慮了抗彎能力對(duì)單元破壞的影響。
本發(fā)明借鑒強(qiáng)度與延性評(píng)估理念，結(jié)合我國(guó)具體規(guī)范，計(jì)算結(jié)構(gòu)樓層的抗震能力如下。
Ac＝ag*ay*Fu(1)式中，ag為小震對(duì)應(yīng)的地震加速度，F(xiàn)u為結(jié)構(gòu)地震作用折減系數(shù)，ay為各樓層的屈服地面運(yùn)動(dòng)加速度。
Fu=Ra;T≥Tg2Ra-1+(Ra-2Ra-1)((T-Tg-0.12Tg-0.12);0.1+(Tg-0.1)2≤T≤Tg2Ra-1;0.1≤T≤0.1+(Tg-0.1)22Ra-1+(2Ra-1-1)(T-0.10.08);0.02≤T≤0.11.0;T≤0.02---(2)]]>式中，Tg—場(chǎng)地特征周期(單位s)T—建筑結(jié)構(gòu)的周期(單位s)
Ra—樓層容許延性容量當(dāng)Ra＝1.0時(shí)，上式算得的Fu均為1.0。
對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，抗震能力計(jì)算如下ay=Σ(Vf-VDL)ΣVCE---(3)]]>式中，VCE--小震作用下相應(yīng)樓層柱的剪力Vf--相應(yīng)樓層柱破壞時(shí)承擔(dān)的剪力VDL--重力荷載代表值作用下，相應(yīng)樓層柱的剪力。
對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，ay=Σ(Vf-VDL)+Σ(Vsf-VSDL)ΣVCE+ΣVSE---(4)]]>式中，VSE--小震作用下相應(yīng)樓層剪力墻的剪力Vsf--相應(yīng)樓層剪力墻破壞時(shí)承擔(dān)的剪力VSDL--重力荷載代表值作用下，相應(yīng)樓層剪力墻的剪力。
本發(fā)明在計(jì)算目標(biāo)地震加速度即結(jié)構(gòu)應(yīng)該能抵抗的地震加速度時(shí)，根據(jù)我國(guó)最新的建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則，考慮了建筑結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命、地震危險(xiǎn)性特征分區(qū)以及不同設(shè)防水準(zhǔn)的超越概率等因素，使評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)是否滿足抗設(shè)防需要的地面運(yùn)動(dòng)地震加速度標(biāo)準(zhǔn)更趨合理。在進(jìn)行建筑物抗震能力評(píng)估的時(shí)候，還考慮了結(jié)構(gòu)缺陷的影響。
因?yàn)樯鲜鎏接懙脑u(píng)估方法是根據(jù)原建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖來(lái)計(jì)算其抗震能力，如結(jié)構(gòu)體已因使用很久而有缺陷，則上述計(jì)算所得的抗震能力還要乘以反映結(jié)構(gòu)體系的缺陷系數(shù)，在此我們將結(jié)構(gòu)體系的缺陷考慮變形程度與裂縫、銹蝕、滲水等程度。結(jié)構(gòu)若有基礎(chǔ)的不均勻沉降，若構(gòu)件強(qiáng)度不足，也會(huì)產(chǎn)生較大的變形，因此也可作為缺陷加以考慮，或者在結(jié)構(gòu)建模時(shí)加以考慮。
本發(fā)明的評(píng)估流程是首先利用軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震內(nèi)力，然后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際構(gòu)件的尺寸和配筋計(jì)算鋼筋混凝土單元的強(qiáng)度與延性，評(píng)估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和含剪力墻框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，在計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)各樓層上、下半層的抗震能力即破壞時(shí)承受的地面運(yùn)動(dòng)加速度Ac后，將其與目標(biāo)地震加速度相比較，判斷建筑結(jié)構(gòu)各樓層的抗震能力是否滿足要求，在計(jì)算建筑物的抗震能力時(shí)，考慮了豎向荷載作用、梁對(duì)柱抗震能力的影響，同時(shí)考慮了延性對(duì)建筑物抗震能力的增強(qiáng)作用，對(duì)于結(jié)構(gòu)單元，除考慮其抗剪能力外，還考慮抗彎能力對(duì)單元破壞的影響。
2、建立對(duì)薄弱樓層、薄弱單元的基于強(qiáng)度與延性的抗震加固評(píng)估分析體系，給出薄弱樓層和薄弱單元的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并確定結(jié)構(gòu)單元加固的合理目標(biāo)及加固順序，對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，本發(fā)明對(duì)結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)分析的流程是首先選擇加固樓層，確定加固單元，計(jì)算沿評(píng)估方向需增強(qiáng)的樓層抗剪承載力，計(jì)算結(jié)構(gòu)單元補(bǔ)強(qiáng)，重新建模，采用強(qiáng)度、延性法評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力，看看是否還會(huì)出現(xiàn)薄弱樓層，如果是，則重新按照上述流程選擇加固樓層以及后續(xù)步驟，如果否，則可以結(jié)束。
在目標(biāo)地震作用下破壞的單元肯定是薄弱單元。根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果，有些單元在目標(biāo)地震下雖然不會(huì)破壞，但單元已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài)，接近破壞。由于地震動(dòng)是個(gè)隨機(jī)過(guò)程，本發(fā)明計(jì)算所取的地震動(dòng)參數(shù)是根據(jù)底部剪力法或反應(yīng)譜方法，并不能反映一個(gè)地震過(guò)程中峰值加速度脈沖的具體作用。因此，實(shí)際地震中這些進(jìn)入塑性、接近破壞的單元也有可能破壞。本方法規(guī)定，若目標(biāo)地震作用下進(jìn)入塑性的單元的抗震能力雖然大于目標(biāo)地震加速度，但不大于目標(biāo)地震加速度的10％，則認(rèn)為該單元也屬于薄弱單元。
本發(fā)明對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的分析，是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估之后進(jìn)行的，根據(jù)計(jì)算出的鋼筋混凝土單元的承載力，評(píng)估單元彈性和塑性極限，并結(jié)合單元在目標(biāo)地震作用下的受力，評(píng)估單元在目標(biāo)地震作用下的受力狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上判斷單元是否為薄弱單元。單元屈服破壞時(shí)能抵抗的地震加速度采用下式計(jì)算。
Acy＝Ay*a0*FueAy為單元達(dá)到破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的地震加速度放大倍數(shù)，a0為小震對(duì)應(yīng)的地震加速度，F(xiàn)ue為結(jié)構(gòu)單元的塑性系數(shù)。根據(jù)等超越概率原則計(jì)算結(jié)構(gòu)單元的目標(biāo)地震加速度A0，若Acy＜1.1*A0，則單元即可認(rèn)為是薄弱單元。
本發(fā)明對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)分析也是在結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)抗震能力的增強(qiáng)最終是通過(guò)對(duì)單元的加固補(bǔ)強(qiáng)實(shí)現(xiàn)的。建筑結(jié)構(gòu)抵抗地震荷載主要靠剪力，因此本發(fā)明對(duì)樓層、結(jié)構(gòu)單元的加固補(bǔ)強(qiáng)也是以抗剪承載力為主要標(biāo)準(zhǔn)。
(1)薄弱樓層抗震能力的補(bǔ)強(qiáng)對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，沿評(píng)估方向需增強(qiáng)的樓層抗剪承載力為ΔVAfC=ayb*ΣVEC---(5)]]>ayb=1.1*Am-Acbag*Fu*D---(6)]]>式中，ΔVAfC為需補(bǔ)強(qiáng)的樓層抗剪承載力，VEC為彈性地震作用下柱單元剪力。Acb為薄弱樓層能抵抗的地震加速度，Am為目標(biāo)地震加速度，F(xiàn)u為結(jié)構(gòu)地震作用折減系數(shù)，D為結(jié)構(gòu)缺陷系數(shù)。
對(duì)于含剪力墻結(jié)構(gòu)，沿評(píng)估方向需增強(qiáng)的樓層抗剪承載力為ΔVAfC+ΔVAsf＝ayb*(∑VEC+∑VSE)(7)式中，ΔVAsf為剪力墻部分需補(bǔ)強(qiáng)的樓層抗剪承載力，VSE為彈性地震作用下剪力墻單元剪力。
(2)薄弱單元抗震能力的補(bǔ)強(qiáng)薄弱框架節(jié)點(diǎn)或薄弱剪力墻節(jié)點(diǎn)處沿評(píng)估方向需要增強(qiáng)的抗剪承載力分別為ΔVfj＝(1.1*aym-ayj)*VEC(8)ΔVsfj＝(1.1*aym-asyj)*VSE(9)
式中，ayj、asyj分別為框架節(jié)點(diǎn)和剪力墻節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的地震加速度放大倍數(shù)，aym為目標(biāo)地震加速度對(duì)應(yīng)的樓層加速度放大倍數(shù)。
薄弱單元需要的剪力和彎矩補(bǔ)強(qiáng)分別為ΔV＝β1*aym*VE+VDL-Vn(10)ΔM＝β2*aym*ME+MDL-Mn(11)式中，VE和ME為彈性地震作用下單元的剪力和彎矩，VDL和MDL為重力荷載代表值作用下單元的剪力和彎矩，Vn和Mn為單元的抗剪和抗彎承載力，β1、β2為加固的安全系數(shù)，對(duì)梁?jiǎn)卧?取1.1，β2取1.0，對(duì)柱和剪力墻單元β1、β2取1.2。若ΔV＜0，取ΔV＝0；若ΔM＜0，取ΔM＝0。
用上述的加固方法對(duì)薄弱樓層的薄弱單元進(jìn)行加固，直到∑ΔVfj＞ΔVAfC(框架結(jié)構(gòu))或∑ΔVfj+∑ΔVsfj＞ΔVAfC+ΔVAsf(含剪力墻結(jié)構(gòu))時(shí)，即完成對(duì)薄弱樓層的加固。
抗震能力小的薄弱單元一般應(yīng)先破壞，不僅影響樓層的抗震能力，還會(huì)加速其它單元的破壞，對(duì)這類薄弱單元的加固是很必要的。本發(fā)明是按照薄弱單元的抗震能力強(qiáng)弱順序，先對(duì)抗震能力較小的單元進(jìn)行加固，直到薄弱樓層的抗震能力滿足抗震要求。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻的破壞對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力影響很大，因此，如果出現(xiàn)薄弱剪力墻單元，則首先對(duì)薄弱剪力墻單元進(jìn)行加固，然后再加固框架單元，加固的順序仍然是從抗震能力最小的單元開(kāi)始。
本發(fā)明判斷建筑物的抗震能力是否滿足抗震要求是以建筑物能抵抗的地震加速度是否大于目標(biāo)地震加速度為標(biāo)準(zhǔn)，建筑物能抵抗的地震加速度取所有樓層能抵抗的地震加速度的最小值。因此，如果某建筑物能抵抗的地震加速度不大于目標(biāo)地震加速度的10％，則該建筑物出現(xiàn)薄弱層，需要對(duì)該建筑物的薄弱層進(jìn)行加固。否則，該建筑物沒(méi)有薄弱層，不需要對(duì)建筑物進(jìn)行加固。
3、利用基于性態(tài)的能力譜抗震能力評(píng)估理念，給出適合對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)估的簡(jiǎn)化能力譜方法，利用VC++語(yǔ)言編制計(jì)算軟件程序，給評(píng)估提供方便的實(shí)際應(yīng)用條件。
本發(fā)明根據(jù)能力譜方法的特點(diǎn)，在既有研究成果的基礎(chǔ)上，研究并實(shí)現(xiàn)了適合對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)估的簡(jiǎn)化能力譜方法。本方法不是根據(jù)需求譜與能力譜有無(wú)交點(diǎn)(性能點(diǎn))為評(píng)估依據(jù)，而是以能力譜為根據(jù)求出既有建筑物相應(yīng)的抗震能力，同時(shí)考慮了既有結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間、損傷、老化等影響，并與地震需求相比較，判斷既有建筑物的抗震能力是否達(dá)到要求。相對(duì)于一般的能力譜法，本方法是評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力的簡(jiǎn)化能力譜方法。其評(píng)估方法步驟如下(1)進(jìn)行靜力彈塑性分析(Pushover分析)獲得建筑結(jié)構(gòu)的基底剪力(Vb)與頂點(diǎn)位移(Un)曲線，并求出等效單自由度體系彈性階段的自振周期Tn。
(2)將Vb-Un曲線轉(zhuǎn)換為能力譜曲線，并將建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范中的反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換成譜加速度和譜位移(Sae-Sde)格式。
(3)求某一性能點(diǎn)處建筑物抗震能力。假設(shè)需求譜與能力譜交于性能點(diǎn)(Sai、Sdi)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性能點(diǎn)是能力譜曲線與需求譜曲線的交點(diǎn)，因此該點(diǎn)需同時(shí)滿足二曲線的特性。據(jù)此可將性能點(diǎn)處的Sai、Sdi轉(zhuǎn)換為彈性能力譜上的相應(yīng)Saei、Sdei。
(4)將Sdei代入(2)中的Sae-Sde曲線，就可求出建筑物應(yīng)能抵抗的彈性需求譜上對(duì)應(yīng)的地震加速度Sat(沒(méi)考慮結(jié)構(gòu)材料老化及損傷)，將Sat乘以譜折減系數(shù)，就可得到既有建筑物在性能點(diǎn)(Sai、Sdi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)應(yīng)能抵抗的地震加速度Sni，即Sni＝Sat·MSRAT≤Tg(12)Sni＝Sat·MSRVT＞Tg(13)式中，MSRA和MSRV為考慮結(jié)構(gòu)使用時(shí)間、損傷、老化等因素的譜折減系數(shù)。
(5)比較Saei和Sni，若Saei≥Sni就說(shuō)明在性能點(diǎn)(Sai、Sdi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，既有建筑物能抵抗相應(yīng)的地震動(dòng)；反之，則抗震能力達(dá)不到要求。
(6)重復(fù)3～5步，可求出不同性能點(diǎn)(Sai、Sdi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下建筑物的抗震能力，及是否能抵抗地震動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)既有建筑物進(jìn)行抗震能力評(píng)估的目的。
對(duì)建筑物進(jìn)行Pushover分析過(guò)程中，能得到每一荷載步在結(jié)構(gòu)能力曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，可稱之為與相應(yīng)荷載步對(duì)應(yīng)的性能點(diǎn)。實(shí)際評(píng)估分析中，可以建筑物進(jìn)入塑性狀態(tài)后各荷載步對(duì)應(yīng)的性能點(diǎn)為基礎(chǔ)，按照上述(3)～(6)步，求出建筑物進(jìn)入塑性狀態(tài)后建筑物在各加載情況下的抗震能力。
4、利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，例如VC++語(yǔ)言編制分析計(jì)算軟件程序，將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固、簡(jiǎn)化能力譜方法整合在同一軟件平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估軟件EAC-RC，該軟件界面友好，操作簡(jiǎn)便，可以在windows操作系統(tǒng)系列環(huán)境下運(yùn)行，為抗震評(píng)估和加固方法的推廣應(yīng)用提供了良好前景。
本發(fā)明鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估程序EAC-RC主要用于既有建筑物的抗震能力評(píng)估，是根據(jù)強(qiáng)度與延性抗震能力評(píng)估方法的基本原理、簡(jiǎn)化的能力譜方法基本原理、薄弱性分析及抗震加固評(píng)估原理，結(jié)合軟件工作理論，應(yīng)用VC++6.0語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)的。
EAC-RC程序在設(shè)計(jì)程序時(shí)采用界面輸入數(shù)據(jù)與文件輸入數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法。對(duì)于大量的單元內(nèi)力、單元截面信息、節(jié)點(diǎn)信息等資料，則將其以文本文件的形式存放，在程序運(yùn)行時(shí)，只需在交互環(huán)境下直接點(diǎn)選文本文件即可，和在Windows環(huán)境下打開(kāi)文件的界面完全一樣簡(jiǎn)單；對(duì)于控制性的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)較少，則采用在交互環(huán)境下直接輸入的方法。
EAC-RC程序既能實(shí)現(xiàn)基于強(qiáng)度與延性的理論對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估，又能用簡(jiǎn)化能力譜法進(jìn)行評(píng)估。強(qiáng)度與延性法評(píng)估分兩步一是將ETABS軟件輸出的內(nèi)力進(jìn)行處理，使得處理過(guò)的數(shù)據(jù)文件能夠?yàn)楹罄m(xù)的分析所用；二是根據(jù)前處理得到的數(shù)據(jù)文件和單元、節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行抗震能力評(píng)估。而簡(jiǎn)化能力譜法是手動(dòng)將ETABS的PUSHOVER分析結(jié)果提取出來(lái)，作為數(shù)據(jù)文件輸入，不需要進(jìn)行前處理。
EAC-RC程序能以強(qiáng)度及延性法的評(píng)估結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)果的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析與加固。程序能分析大、中、小震下結(jié)構(gòu)單元的受力狀態(tài)，并給出大、中、小震下的薄弱單元。對(duì)于薄弱樓層和薄弱單元，程序給出了薄弱節(jié)點(diǎn)(框架節(jié)點(diǎn)或剪力墻節(jié)點(diǎn))、薄弱單元單元的加固順序和需要增強(qiáng)的承載力(單元補(bǔ)強(qiáng))，并對(duì)補(bǔ)強(qiáng)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，檢驗(yàn)加固補(bǔ)強(qiáng)是否滿足要求及其合理性。
該程序?qū)γ總€(gè)功能作為一個(gè)模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，如前處理部分有兩個(gè)模塊框架內(nèi)力前處理、剪力墻內(nèi)力前處理。該程序?qū)拐鹉芰υu(píng)估分為三個(gè)模塊框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估、框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估和簡(jiǎn)化能力譜法評(píng)估。
EAC-RC程序在評(píng)估過(guò)程中能生成若干評(píng)估結(jié)果文本文件，只需要給它們指定相應(yīng)的文本文件就可以了，每個(gè)結(jié)果文件包含了大量的評(píng)估結(jié)果信息。按結(jié)果可分為梁的破壞信息、柱的破壞信息、剪力墻破壞信息、節(jié)點(diǎn)破壞信息、抗震能力評(píng)估報(bào)告等，這些結(jié)果分別存在不同的文本文件中，打開(kāi)這些文件就可以看到詳細(xì)的評(píng)估結(jié)果信息。
EAC-RC抗震評(píng)估程序是以VC++6.0為平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，在windows操作系統(tǒng)系列(windows9x/NT/Me/2000/XP)環(huán)境下都可以運(yùn)行。
EAC-RC程序的主體功能是對(duì)既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估。對(duì)應(yīng)于強(qiáng)度與延性法評(píng)估，程序有兩大功能模塊對(duì)既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估模塊和對(duì)既有鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估模塊，這兩個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立、單獨(dú)運(yùn)行。對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)化能力譜法評(píng)估模塊，既可以評(píng)估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，也可以評(píng)估鋼筋混凝剪力墻結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)度延性法評(píng)估的基礎(chǔ)上，程序?qū)Y(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并提供了結(jié)構(gòu)單元需要增強(qiáng)的承載力，為結(jié)構(gòu)的加固提供參考。
由于該評(píng)估程序是與ETABS軟件相結(jié)合，首先要用ETABS軟件建立實(shí)體模型，并計(jì)算出在小震下，結(jié)構(gòu)的單元內(nèi)力。EAC-RC程序的強(qiáng)度延性法評(píng)估，就是根據(jù)ETABS輸出的單元內(nèi)力和單元截面資料信息進(jìn)行抗震能力評(píng)估的。而ETABS輸出的內(nèi)力并不能直接為程序所用，必須經(jīng)過(guò)處理，這就是EAC-RC程序前處理模塊的功能。EAC-RC程序包括兩個(gè)前處理模塊框架內(nèi)力前處理模塊和剪力墻內(nèi)力前處理模塊，分別讀取處理ETABS輸出的框架內(nèi)力和剪力墻內(nèi)力。EAC-RC程序的強(qiáng)度延性法評(píng)估以ETABS軟件的Pushover分析為基礎(chǔ)，根據(jù)分析結(jié)果，編制相應(yīng)的輸入文件，然后運(yùn)行EAC-RC程序進(jìn)行評(píng)估。
應(yīng)用本發(fā)明建筑物的抗震能力評(píng)估方法的程序的特點(diǎn)(1)軟件的功能EAC-RC主要用于既有建筑物的抗震能力評(píng)估，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估，又能對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱樓層及其薄弱單元進(jìn)行加固分析，并檢驗(yàn)加固是否滿足要求及其合理性。該軟件能給出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估信息，評(píng)估者能更全面地了解結(jié)構(gòu)的抗震性能，有針對(duì)性地制定結(jié)構(gòu)加固方案。
(2)友好的操作界面該軟件將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固整合在同一軟件平臺(tái)上，操作流程簡(jiǎn)單明了，一般工程技術(shù)人員很容易掌握。EAC-RC程序在設(shè)計(jì)程序時(shí)采用界面輸入數(shù)據(jù)與文件輸入數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法。對(duì)于大量的單元內(nèi)力、單元截面信息、節(jié)點(diǎn)信息等資料，則將其以文本文件的形式存放，數(shù)據(jù)文件的編寫(xiě)有固定的模式，而且數(shù)據(jù)非常簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)；對(duì)于控制性的數(shù)據(jù)，則采用在交互環(huán)境下直接輸入的方法。
(3)軟件的先進(jìn)性該軟件的理論研究先進(jìn)，突破了現(xiàn)有抗震鑒定的局限，考慮了影響既有鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的諸多因素。軟件功能齊全，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力評(píng)估，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱部位進(jìn)行加固分析。
(4)軟件的穩(wěn)定性測(cè)試小組通過(guò)具體的工程實(shí)例對(duì)該軟件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)的性能穩(wěn)定。
(5)軟件的實(shí)用性既有混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估是目前土木工程領(lǐng)域重要的課題。
綜上所述，該軟件具有較為先進(jìn)的抗震評(píng)估理論、較為完備的功能、友好的操作平臺(tái)、良好的穩(wěn)定性，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明方法可以應(yīng)用于民用建筑，也可以應(yīng)用于工業(yè)建筑上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)工業(yè)和民用建筑廣泛應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)型式，其抗震能力是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要指標(biāo)，本發(fā)明建立的抗震能力評(píng)估方法具有創(chuàng)新性和工程應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用本鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估方法的軟件，可將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固、簡(jiǎn)化能力譜方法整合在同一軟件平臺(tái)上，即將抗震能力定量評(píng)估這樣一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作用人機(jī)交互程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，使具有一般土建知識(shí)的工作人員通過(guò)使用該程序，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力的量化評(píng)估，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估和加固方法的推廣應(yīng)用，為建筑工程抗震性能設(shè)計(jì)提供了廣闊前景。
1.本發(fā)明結(jié)合我國(guó)最新的建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則和現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，提出基于強(qiáng)度與延性的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估方法、薄弱環(huán)節(jié)分析和抗震加固評(píng)估方法、簡(jiǎn)化的能力譜方法。
2.建立了既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估體系?？紤]了影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的諸多因素，突破了現(xiàn)行抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于簡(jiǎn)化的局限，使對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)的抗震評(píng)估更符合結(jié)構(gòu)實(shí)際，豐富的評(píng)估結(jié)果信息使評(píng)估者能更全面地了解結(jié)構(gòu)的抗震性能。實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱樓層、薄弱單元的量化加固分析，使得既有混凝土結(jié)構(gòu)加固方案的制定更有針對(duì)性、科學(xué)性、實(shí)用性。改變了目前憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加固的不合理性。開(kāi)發(fā)了“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估軟件(EAC-RC)”，該軟件是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估及加固分析理論的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
3.開(kāi)發(fā)了“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估軟件(EAC-RC)”。軟件運(yùn)行平穩(wěn)、速度快、效率高，軟件界面友好，操作簡(jiǎn)便，為抗震評(píng)估和加固方法的推廣應(yīng)用提供了良好前景。
4.該發(fā)明理論基礎(chǔ)先進(jìn)，開(kāi)發(fā)的先進(jìn)的評(píng)估軟件是建筑結(jié)構(gòu)評(píng)估、加固領(lǐng)域的重大突破。因此，該發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前景。
總之，本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力評(píng)估方法，是將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固、簡(jiǎn)化能力譜方法整合在同一軟件平臺(tái)上，將抗震能力定量評(píng)估這樣一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作用人機(jī)交互程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，使具有一般土建知識(shí)的工作人員通過(guò)使用該程序，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力的量化評(píng)估，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估和加固方法的推廣應(yīng)用，為建筑工程抗震性能設(shè)計(jì)提供了廣闊前景。


圖1是本發(fā)明的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力評(píng)估方法基本流程圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)流程圖。
圖3是需求譜與能力譜交于性能點(diǎn)(Sai、Sdi)示意圖。
圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估與加固分析流程圖(EAC-RC程序?qū)蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震能力的評(píng)估流程)。
圖5是本發(fā)明應(yīng)用軟件EAC-RC程序?qū)袅Y(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估流程圖。
圖6是本發(fā)明結(jié)構(gòu)加固評(píng)估程序的功能層次框圖。
圖7是簡(jiǎn)化能力譜法計(jì)算軟件分析流程具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
如圖1所示對(duì)待評(píng)估的建筑結(jié)構(gòu)，首先用ETABS軟件進(jìn)行彈性地震分析，求得結(jié)構(gòu)的梁、柱及剪力墻內(nèi)力，進(jìn)行梁的極限承載力、破壞模式及延性比。以及柱的極限承載力、破壞模式及延性比，剪力墻的極限承載力、破壞模式及延性比，然后對(duì)框架節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度比較及對(duì)柱的承載力、延性比的修正，計(jì)算各半層屈服地面運(yùn)動(dòng)加速度，計(jì)算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地震作用塑性系數(shù)，考慮待評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)有缺陷修正系數(shù)，計(jì)算各半層抗震能力Ac如圖2所示，強(qiáng)度與延性法評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力是首先選擇加固樓層，然后選擇加固單元，計(jì)算沿評(píng)估方向需增強(qiáng)的樓層抗剪承載力，再計(jì)算結(jié)構(gòu)單元補(bǔ)強(qiáng)，重新建模，評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力后在此基礎(chǔ)上判斷單元是否為薄弱單元，如果是，則重新按照上述流程選擇加固樓層以及后續(xù)步驟，如果否，則可以結(jié)束。
如圖3所示，求某一性能點(diǎn)處建筑物抗震能力。假設(shè)需求譜與能力譜交于性能點(diǎn)(Sai、Sdi)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性能點(diǎn)是能力譜曲線與需求譜曲線的交點(diǎn)，因此該點(diǎn)需同時(shí)滿足二曲線的特性。據(jù)此可將性能點(diǎn)處的Sai、Sdi轉(zhuǎn)換為彈性能力譜上的相應(yīng)Saei、Sdei。
如圖4所示，EAC-RC程序?qū)蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震能力的評(píng)估流程是打開(kāi)前處理基本信息文件，打開(kāi)ETABS輸出文件及處理結(jié)果文件，進(jìn)行框架內(nèi)力前處理，框架內(nèi)力前處理，場(chǎng)地上基本信息，建筑基本評(píng)估信息，打開(kāi)框架信息文件，打開(kāi)存放結(jié)果文件，進(jìn)行抗震能力評(píng)估，框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估，得到評(píng)估結(jié)果。
如圖5所示，對(duì)含剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力的評(píng)估流程是打開(kāi)前處理基本信息文件，打開(kāi)ETABS輸出文件及處理結(jié)果文件，進(jìn)行剪力墻內(nèi)力前處理，剪力墻內(nèi)力前處理，打開(kāi)剪力墻信息文件，含剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震能力評(píng)估。
如圖6所示，結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)分析與加固的步驟是先打開(kāi)分析結(jié)果文件，分析大、中、小震下結(jié)構(gòu)單元的加固受力狀態(tài)，分析大、中、小震下的薄弱單元。對(duì)于薄弱樓層和薄弱單元，給出薄弱節(jié)點(diǎn)(框架節(jié)點(diǎn)或剪力墻節(jié)點(diǎn))、薄弱單元單元的加固順序和需要增強(qiáng)的承載力(單元補(bǔ)強(qiáng))，并對(duì)補(bǔ)強(qiáng)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，檢驗(yàn)加固補(bǔ)強(qiáng)是否滿足要求及其合理性。
如圖6所示，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行pushover分析，采用簡(jiǎn)化能力譜法，進(jìn)行抗震能力評(píng)估，打開(kāi)輸入、輸出文件，進(jìn)行簡(jiǎn)化能力譜法分析。
以下是
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一廣西壯族自治區(qū)南寧市廣播電視技術(shù)大樓工程在本實(shí)施例中，利用基于強(qiáng)度與延性的抗震評(píng)估方法，主要對(duì)含剪力墻框架結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行了抗震能力評(píng)估及分析，驗(yàn)證本發(fā)明鋼筋混凝土含剪力墻框架結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估方案和評(píng)估軟件合理性和實(shí)用性。
1 工程概況廣西南寧市廣播電視技術(shù)大樓采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，地下一層(建模時(shí)，將地下室作為第一層)，地上二十二層，二至三層間有一夾層，頂部還有兩層附屬層，結(jié)構(gòu)總高度94m。結(jié)構(gòu)利用中部電梯井、樓梯間及設(shè)備通道集中布置鋼筋混凝土墻，形成一個(gè)剛度較大的鋼筋混凝土筒體，從地下室直至屋頂；四周7.05*7.5m的柱網(wǎng)形成框架結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土墻作為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。整個(gè)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)剛度均勻，受力明確合理。樓面、屋頂均采用現(xiàn)澆梁板，屋頂板厚150mm，其余各樓層樓板厚100mm。除18、19層錄音室和直播室內(nèi)隔墻及各層外墻采用240mm磚墻外，其余內(nèi)隔墻均采用GRC輕質(zhì)墻板。
該建筑物1996年竣工，已使用十年。因要對(duì)部分房間和會(huì)議室進(jìn)行改造，故需要對(duì)其進(jìn)行抗震能力評(píng)估。本章也通過(guò)這個(gè)工程實(shí)例詳細(xì)研究框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能。
改造方案如下由于對(duì)演播室等的改擴(kuò)建的需要，將16、17層的樓面活荷載由5.8KN/m2增加到8.0KN/m2；由于倉(cāng)庫(kù)容量增加，15層的倉(cāng)庫(kù)活荷載由5.8KN/m2增加到8.0KN/m2；21層由于裝修的需要，增加1.5KN/m2的恒荷載。同時(shí)打掉、增加部分墻體。
2 抗震設(shè)防要求及評(píng)估參數(shù)該建筑物按規(guī)定7度設(shè)防，框架、剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，該建筑物抗震設(shè)防類別為乙類，場(chǎng)地土類別為II類(2組)，由此，小震對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù)為0.16。根據(jù)《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則(試用)》，在全國(guó)地震危險(xiǎn)性分區(qū)中，南寧市處于III區(qū)。
該建筑物竣工于1996年，按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)，故其剩余使用壽命為40年，在剩余使用年限內(nèi)，地面運(yùn)動(dòng)加速度超赿概率取10％，與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率相同，符合等超越概率原則。
根據(jù)該建筑物的抗震設(shè)防類別(乙類)，其建筑物的重要性系數(shù)為1.25。該建筑物使用時(shí)間不是很久，且沒(méi)經(jīng)過(guò)大的地震(大于6度)，建筑物沒(méi)出現(xiàn)明顯的損傷(混凝土老化、開(kāi)裂、地基不均勻沉降等)，該建筑物的損傷系數(shù)可取為1.0。
本發(fā)明通過(guò)ETABS軟件分析，該建筑物X向(縱向)、Y向(橫向)的自振周期分別為1.7143s、2.4362s?？紤]填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，取周期折減系數(shù)0.7；因此評(píng)估時(shí)取Txb＝1.20s，Tyb＝1.70s。改造后，由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量的增加，結(jié)構(gòu)的周期會(huì)有相應(yīng)的變大。經(jīng)ETABS計(jì)算，考慮周期折減系數(shù)，改造后結(jié)構(gòu)的自振周期為T(mén)＝1.21s，Tya＝1.72s。
該建筑物的高度(地上部分)88.5m，長(zhǎng)度(X向)是28.8m，寬度(Y向)也是28.8m，由計(jì)算建筑物自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式(其中H為建筑物高度，B為所考慮方向建筑物的寬度)，計(jì)算出改造前建筑物X向(縱向)、Y向(橫向)的自振周期Tx＝Ty＝10.3253s。評(píng)估所用周期取較小值，故Txb＝1.20s，Tyb＝1.70s；同理，改造后Txa＝1.21s，Tya＝1.72s。
3 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)評(píng)估模型的設(shè)置該建筑模型的第一層為地下室，故應(yīng)對(duì)第一層頂面的節(jié)點(diǎn)施加x、y方向的約束，以模擬地下層。由于開(kāi)門(mén)窗洞口的需要，該建筑物的剪力墻大都是開(kāi)洞墻體。門(mén)窗洞口面積相對(duì)整片墻體很小(遠(yuǎn)小于15％)的墻體，不考慮門(mén)窗洞口的影響，按一片墻體計(jì)算。對(duì)門(mén)窗洞口較大，而墻肢又相對(duì)較小的墻體，將按雙肢或多肢剪力墻計(jì)算。但是由于所有連梁的跨、高比均遠(yuǎn)小于2.5，剛度相對(duì)很大，故評(píng)估時(shí)不考慮連梁的破壞對(duì)剪力墻破壞的影響，將連梁當(dāng)作剛體考慮。
該建筑物的上部有幾根構(gòu)造柱，這些構(gòu)造柱直接坐落在梁的交點(diǎn)，且下部沒(méi)有柱，全靠梁來(lái)支撐。這幾個(gè)構(gòu)造柱的抗震能力是很弱的，它們很容易破壞，而且促使下部梁破壞，故不考慮這幾個(gè)構(gòu)造柱對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的增強(qiáng)作用。
由于該建筑物屬于高層建筑，計(jì)算其彈性地震作用時(shí)，采用反應(yīng)譜分析方法。
4 數(shù)據(jù)文件的編寫(xiě)該建筑物的主要材料如下(1)鋼筋I(lǐng)級(jí)fy＝210N/mm2II級(jí)fy＝340N/mm2(2)混凝土強(qiáng)度等級(jí)剪力墻、柱1～7層(含地下層)C408～14層 C3515～26層C25樓面梁、板C20對(duì)該建筑物進(jìn)行抗震能力評(píng)估時(shí)，需要編寫(xiě)以下數(shù)據(jù)文件框架內(nèi)力信息文件(ETABS_FRAME.txt)，剪力墻內(nèi)力信息文件(ETABS_SW.txt)，X方向(縱向)框架信息文件(NNGBDSDL_EVX.txt)，Y方向(橫向)框架信息文件(NNGBDSDL_EVY.txt)，X方向剪力墻信息文件(NNGBDSDLSW_EVX.txt)，Y方向剪力墻信息文件(NNGBDSDLSW_EVY.txt)。由于篇幅有限，這里不列出具體單元類型的截面特性。
5 各樓層及結(jié)構(gòu)單元的評(píng)估結(jié)果及其分析(1)各樓層抗震能力評(píng)估結(jié)果及分析使用本框架—剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估程序?qū)υ摻ㄖ镞M(jìn)行抗震能力評(píng)估，下表1和表2分別列出了部分樓層改造前后的抗震能力。
表1X方向建筑的抗震能力評(píng)估


表2Y方向建筑的抗震能力評(píng)估


從X方向各半層的抗震能力結(jié)果，可以看出改造后，由于荷載的增加，除了部分樓層外(帶*號(hào))，大部分樓層的抗震能力均有不同程度的降低。改造前后，X方向抗震能力最弱樓層的抗震能力分別為0.40297g(第3層上半層)、0.400167g(第3層上半層)；Y方向抗震能力最弱樓層的抗震能力分別為0.220409g(頂)、0.219423g(頂層)。從表1或表2可知，大震下的目標(biāo)地震加速度為0.165576g，所以加改造后結(jié)構(gòu)的抗震能力仍滿足抗震要。
從評(píng)估結(jié)果還可以看出，X方向結(jié)構(gòu)抗震能力最小的層并不是出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的底部，而是在第3層的上半層，這是由于對(duì)該結(jié)構(gòu)是采用反應(yīng)譜方法，而不是底部剪力法。若采用底部剪力法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震內(nèi)里分析，則地震作用是按第一振型分布，沿結(jié)構(gòu)高度從上到下逐漸增加。采用反應(yīng)譜法，由于高振型的影響，結(jié)構(gòu)的受力、變形更加復(fù)雜，最大地震作用就不一定作用在結(jié)構(gòu)底部，因此才也不一定底部結(jié)構(gòu)最先破壞。Y方向抗震能力最弱的樓層出現(xiàn)在建筑物頂部，而不是在建筑物最底部，是由于該樓層處Y方向的剪力墻面積急劇減小造成的。
實(shí)施例二廣西壯族自治區(qū)南寧市新屋小學(xué)教學(xué)樓工程在本實(shí)施例中，分別應(yīng)用利用基于強(qiáng)度與延性的抗震評(píng)估方法和簡(jiǎn)化的能力譜方法進(jìn)行抗震能力評(píng)估，并將兩種評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較分析。同時(shí)，根據(jù)基于強(qiáng)度的加固理論，對(duì)該工程薄弱樓層及薄弱單元進(jìn)行加固分析，并對(duì)加固后的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震加固的合理性。
1 工程概況本工程實(shí)例南寧市新屋小學(xué)教學(xué)樓。該建筑物為框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)5層。結(jié)構(gòu)總高度19.5m，層高3.9m。1991年竣工，由于建筑質(zhì)量問(wèn)題，部分梁和墻體開(kāi)裂，需對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力進(jìn)行評(píng)估。
2 抗震設(shè)防要求及相關(guān)參數(shù)該建筑物竣工于1991年，按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)，故其剩余使用壽命為35年，在剩余使用年限內(nèi)，地面運(yùn)動(dòng)加速度超赿概率取10％，與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率相同，符合等超越概率原則。該建筑物設(shè)防烈度為七度，場(chǎng)地土類別為II類(2組)，建筑類別及設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為乙類，抗震等級(jí)為三類。根據(jù)《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則(試用)》，在全國(guó)地震危險(xiǎn)性分區(qū)中，南寧市處于III區(qū)。
根據(jù)該建筑物的抗震設(shè)防類別(乙類)，其建筑物的重要性系數(shù)為1.25。該建筑物使用了一定時(shí)間(15年)，雖沒(méi)經(jīng)過(guò)大的地震(大于6度)，但建筑物的梁出現(xiàn)了裂縫，且填充墻出現(xiàn)了可見(jiàn)的開(kāi)裂，該建筑物的損傷系數(shù)可取為0.95。
經(jīng)過(guò)ETABS的靜力和動(dòng)力分析并考慮填充墻的作用后，結(jié)構(gòu)X(長(zhǎng)向)，Y(短向)方向的自振周期分別為T(mén)x＝1.29s，Ty＝1.31s。
由自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式T1=0.22+0.35HB3,]]>其中H為建筑物高度，B為所考慮方向建筑物的寬度，計(jì)算得建筑物的地震周期，X向(長(zhǎng)向)Tx＝4.93s，Y向(短向)Ty＝5.42s。
評(píng)估所用周期取兩者最小值，故Tx＝1.29s，Ty＝1.31s。
3 基于強(qiáng)度與延性方法評(píng)估結(jié)果分析(1)X方向和Y方向的評(píng)估結(jié)果根據(jù)本發(fā)明基于強(qiáng)度與延性的抗震評(píng)估理論，對(duì)該既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力評(píng)估，結(jié)果如表3、表4所示。從評(píng)估結(jié)果可以看出，該建筑物X方向不能抵抗中震和大震，但能抵抗小震，Y方向能抵抗小震和中震，但在大震作用下會(huì)倒塌破壞。
表3 X方向建筑的抗震能力評(píng)估


表4 Y方向建筑的抗震能力評(píng)估

(2)樓層屈服破壞時(shí)單元的破壞信息表5列出了各樓層框架節(jié)點(diǎn)處梁?jiǎn)卧缑娴钠茐男畔⒔y(tǒng)計(jì)結(jié)果。從評(píng)估結(jié)果可以看出，除個(gè)別梁外，大多數(shù)梁界面都是在彎矩屈服破壞，延性較好。本評(píng)估軟件還給出了梁的配筋情況，從評(píng)估結(jié)果可知，各樓層柱端梁的配筋均為適筋梁。
表6列出了各樓層不同破壞類型的柱單元數(shù)，從該表可以看出，結(jié)構(gòu)上部的柱子都是發(fā)生延性較好的彎曲破壞。結(jié)構(gòu)底部的柱子有一部分發(fā)生脆性破壞。在結(jié)構(gòu)底部，由于剪力很大，柱子的抗震能力主要由剪力決定，首先發(fā)生剪力破壞。從柱單元的配筋可以看出，柱單元的箍筋配置較高，抗剪承載力較高，而柱單元的縱筋配置較低，抗彎承載力不足，因此在以剪力破壞為主的結(jié)構(gòu)底部，盡管側(cè)向地震作用力較大，但抗震能力較強(qiáng)。
(3)節(jié)點(diǎn)破壞信息表7列出了各樓層不同類型框架節(jié)點(diǎn)數(shù)，從該表可以看出，除頂層外其余樓層的框架節(jié)點(diǎn)大部分是強(qiáng)柱弱梁破壞，滿足抗震要求。
表5 框架節(jié)點(diǎn)處不同破壞類型梁截面數(shù)(X方向)

表6 各樓層不同破壞類型柱單元數(shù)(X方向)

表7 各樓層不同類型的框架節(jié)點(diǎn)數(shù)(X方向)

4 結(jié)構(gòu)薄弱單元分析與抗震加固評(píng)估該建筑結(jié)構(gòu)X方向的第1層上、下半層均為薄弱層，以下就根據(jù)基于強(qiáng)度的加固理論，對(duì)薄弱樓層及薄弱單元進(jìn)行加固，并對(duì)加固后的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)加固的合理性。以下主要分析X方向的加固，Y方向的分析相同。
(1)單元薄弱性分析表8列出了框架節(jié)點(diǎn)處各樓層梁?jiǎn)卧孛嬖谥姓?、大震下不同受力狀態(tài)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，表9列出了各樓層柱單元在中震、大震下不同受力狀態(tài)單元的數(shù)量。從分析結(jié)果可以看出，在中震、大震作用下，結(jié)構(gòu)底部的梁?jiǎn)卧蠖继幱谒苄誀顟B(tài)。而由表9所示，由于框架柱的配筋在第二層處突然增大，因此第2層以下的柱在中震、大震作用下，反而大都處于彈性狀態(tài)。但是，由于梁的配筋較小，過(guò)早進(jìn)入接近破壞的塑性狀態(tài)，加速了框架節(jié)點(diǎn)的破壞，根據(jù)對(duì)強(qiáng)柱弱梁框架節(jié)點(diǎn)處柱承載力的調(diào)整，柱的承載力得不到充分發(fā)揮，因此，在地震作用較大的第一層出現(xiàn)了薄弱層。而在基礎(chǔ)底面(第0層上半層)，由于沒(méi)有梁，不考慮梁對(duì)柱承載力的減弱作用，盡管地震作用更大，但結(jié)構(gòu)的抗震能力仍滿足抗震要求。
表8 中震、大震下，不同受力狀態(tài)梁?jiǎn)卧孛娴臄?shù)量

表9 中震、大震下，不同受力狀態(tài)柱單元的數(shù)量

(2)對(duì)薄弱樓層、薄弱單元進(jìn)行加固分析薄弱樓層薄弱單元的加固補(bǔ)強(qiáng)情況及加固前后樓層的抗震能力對(duì)比如表10、表11所示。根據(jù)本發(fā)明的加固理論，選擇抗震能力最弱的框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，只需加固較少的框架節(jié)點(diǎn)，就可以使結(jié)構(gòu)的抗震能力滿足抗震要求，而且能使對(duì)結(jié)構(gòu)的加固在合理范圍內(nèi)。
表10 樓層加固單元及需要的補(bǔ)強(qiáng)量(KN-m)。

表11 框架節(jié)點(diǎn)加固強(qiáng)度及樓層加固前后抗震能力對(duì)比

5 簡(jiǎn)化能力譜法的評(píng)估結(jié)果以下用能力譜法對(duì)新屋小學(xué)教學(xué)樓進(jìn)行抗震能力評(píng)估。在此主要分析了X方向的評(píng)估結(jié)果，Y方向也可以得到類似的分析結(jié)果。
(1)進(jìn)行Pushover分析本發(fā)明采用ETABS軟件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析，分析中采用ETABS軟件默認(rèn)的塑性鉸，對(duì)柱單元指定預(yù)設(shè)Default-PMM塑鉸性質(zhì)，對(duì)梁?jiǎn)卧付A(yù)設(shè)Default-M3塑鉸性質(zhì)。在對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析時(shí)，通過(guò)增加薄弱單元的配筋來(lái)考慮對(duì)薄弱單元的加固。鋼筋的增加量根據(jù)薄弱單元抗震加固補(bǔ)強(qiáng)值(如表10所示)。
在基于強(qiáng)度與延性評(píng)估方法中，對(duì)該建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性地震分析采用的是底部剪力法，因此在進(jìn)行PushOver分析時(shí)，按第一振型施加側(cè)向荷載，定義荷載工況如下1)重力荷載代表值NSTA；2)重力荷載代表值+振型1(縱向)PUSHMOD01；3)重力荷載代表值+振型2(橫向)PUSHMOD02；(2)基底剪力(Vb)和頂點(diǎn)位移(Un)關(guān)系曲線(Vn-Un)根據(jù)Pushover分析結(jié)果，得到的Vn-Un曲線作為X方向抗震能力評(píng)估的依據(jù)。
各荷載步Vn-Un的關(guān)系如下表表12 荷載工況(X方向)

(3)將Vn-Un曲線轉(zhuǎn)化為能力譜曲線每一荷載步在能力譜曲線上對(duì)應(yīng)位移和加速度如下(X方向)表13 能力譜曲線上荷載步對(duì)應(yīng)的位移和加速度(X方向)


(4)評(píng)估建筑物在不同延性比下的抗震能力用簡(jiǎn)化的能力譜方法評(píng)估建筑物X方向在不同延性比下的抗震能力。
表14 不同延性比對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震能力(X方向)

從上表可以看出，結(jié)構(gòu)在地震作用下進(jìn)入塑性狀態(tài)后，隨著地震作用的增大，非線性變形增加，延性系數(shù)也相應(yīng)增加。而結(jié)構(gòu)在延性增加的情況下，抗震能力(能抵抗的地震加速度)也相應(yīng)降低。當(dāng)延性增加時(shí)，結(jié)構(gòu)的剛度降低，周期變大，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用(應(yīng)能抵抗地震加速度)也相應(yīng)減小。
當(dāng)建筑物延性達(dá)到最大值時(shí)，結(jié)構(gòu)能抵抗的地震加速度降至最低，但結(jié)構(gòu)的抗震能力仍滿足要求。這是由于進(jìn)行Pushover分析時(shí)，對(duì)強(qiáng)柱弱梁框架節(jié)點(diǎn)，不考慮對(duì)框架柱的承載力的折減，這樣配筋較高的底層柱的承載力不受到配筋較低的框架梁的影響，柱的承載力得到較充分的發(fā)揮，因此采用能力譜法評(píng)估得到的結(jié)構(gòu)的抗震能力是滿足抗震要求的。而且，簡(jiǎn)化能力譜方法主要反映的是等效單自由度的抗震能力，其建立的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的基底剪力和頂端位移。根據(jù)強(qiáng)度與延性法，單根據(jù)結(jié)構(gòu)底部(第0層上半層)的抗震能力(0.403444g)是滿足抗震要求的，對(duì)應(yīng)的延性比為1；根據(jù)能力譜法評(píng)估結(jié)果，延性系數(shù)為1.35374時(shí)結(jié)構(gòu)的抗震能力為0.485688g，二者差別不是很大。表14還列出了加固后結(jié)構(gòu)的抗震能力評(píng)估結(jié)果，加固后結(jié)構(gòu)的抗震能力有一定的提高，且提高的幅度和強(qiáng)度與延性法的評(píng)估是比較一致的(相差0.05g左右)。
權(quán)利要求
1.一種建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于包括以下步驟(1)基于建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則、現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，借鑒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與延性的抗震能力比，建立一套強(qiáng)度與延性抗震評(píng)估流程與規(guī)范相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估體系，開(kāi)發(fā)一種混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力量化評(píng)估軟件。(2)建立對(duì)薄弱樓層、薄弱單元的基于強(qiáng)度與延性的抗震加固評(píng)估分析體系，給出薄弱樓層和薄弱單元的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并確定結(jié)構(gòu)單元加固補(bǔ)強(qiáng)的合理目標(biāo)及加固順序，對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。(3)利用基于性態(tài)的能力譜抗震能力評(píng)估理念，給出適合對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評(píng)估的簡(jiǎn)化能力譜方法，利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制計(jì)算軟件程序，給評(píng)估提供方便的實(shí)際應(yīng)用條件。(4)利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制分析計(jì)算軟件程序，將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固、簡(jiǎn)化能力譜方法整合在同一軟件平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于借鑒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與延性的抗震能力比，是以崩塌地面運(yùn)動(dòng)加速度Ac表示結(jié)構(gòu)的抗震能力，適用的具體結(jié)構(gòu)形式包括框架結(jié)構(gòu)和含剪力墻的框架結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于評(píng)估流程是首先計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震內(nèi)力，然后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際構(gòu)件的尺寸和配筋計(jì)算鋼筋混凝土單元的強(qiáng)度與延性，評(píng)估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和含剪力墻框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，在計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)各樓層上、下半層的抗震能力即破壞時(shí)承受的地面運(yùn)動(dòng)加速度Ac后，將其與目標(biāo)地震加速度相比較，判斷建筑結(jié)構(gòu)各樓層的抗震能力是否滿足要求，在計(jì)算建筑物的抗震能力時(shí)，考慮了豎向荷載作用、梁對(duì)柱抗震能力的影響，同時(shí)考慮了延性對(duì)建筑物抗震能力的增強(qiáng)作用，對(duì)于結(jié)構(gòu)單元，除考慮其抗剪能力外，還考慮抗彎能力對(duì)單元破壞的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的分析，是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估之后進(jìn)行的，根據(jù)計(jì)算出的鋼筋混凝土單元的承載力，評(píng)估單元彈性和塑性極限，并結(jié)合單元在目標(biāo)地震作用下的受力，評(píng)估單元在目標(biāo)地震作用下的受力狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上判斷單元是否為薄弱單元，如果是，則重新按照上述流程選擇加固樓層以及后續(xù)步驟，如果否，則可以結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力量化評(píng)估軟件EAC-RC，用于既有建筑物的抗震能力評(píng)估，是根據(jù)強(qiáng)度與延性抗震能力評(píng)估方法的基本原理、簡(jiǎn)化的能力譜方法基本原理、薄弱性分析及抗震加固評(píng)估原理，結(jié)合軟件工作理論，應(yīng)用VC++6.0語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)，在windows操作系統(tǒng)或其它操作系統(tǒng)的境下運(yùn)行。
6.一種如權(quán)利要求1所述的建筑物抗震能力的評(píng)估方法，其特征在于該方法在民用建筑或工業(yè)建筑上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種評(píng)估建筑物抗震能力的方法，它是基于建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則、現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，借鑒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與延性的抗震能力評(píng)估理念，建立一套強(qiáng)度與延性抗震評(píng)估流程與規(guī)范相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估體系，開(kāi)發(fā)一種混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力量化評(píng)估軟件，將抗震能力評(píng)估、薄弱樓層及薄弱單元分析與加固、簡(jiǎn)化能力譜方法整合在同一軟件平臺(tái)上。本發(fā)明的方法將抗震能力定量評(píng)估這樣一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作用人機(jī)交互程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，使具有一般土建知識(shí)的工作人員通過(guò)使用該程序，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力的量化評(píng)估，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評(píng)估和加固方法的推廣應(yīng)用，為建筑工程抗震性能設(shè)計(jì)提供了廣闊前景。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101074995SQ20071002805
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者楊仕升, 秦榮, 郝效強(qiáng) 申請(qǐng)人:楊仕升