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摘要：在國內外有關隔震加固和基于性能設計方法研究的基礎上，提出了基于性能的隔震加固設計的理論框架。其中包括加固結構的性能目標、加固結構的性能評估、設計方法等環節．較為清晰的展現了設計的基本過程，明確了下一步研究的方向及需要解決的問題。...

基于性能的隔震加固結構設計探討

趙玉成

(北京工業大學，北京  100022)

    由于以往社會經井水平的限制及規范法規的不完善，存在著大量未考慮抗震設防和雖考慮抗震設防但抗震設防目標比較低的建筑。例如：30年前建造的建筑、唐山地震以后進行了加固的但抗震能力仍然根低的建筑．其數量占現有建筑數量的l0％～30％。在上海，大約有2×10㎡的建筑需要加周，占現有建筑的23％。同時，許多歷史建筑、宗教建筑、有重要意義的建筑等也亟需在不破壞原有建筑風貌的基礎上進行抗震加固。

    隔震加固技術改變了傳統加固結構“硬碰硬”式的抗震加固思想，改“抗”為“隔”+開辟了抗震加固的新途徑，是一項值得推廣應用的新技術。基于性能的設計方法可使所設計的加固結構滿足各種預定的性能目標要求，成為隔震加固設計方法的發展趨勢。研究基于性能的隔震加固設計方法具有重要的理論意義和工程實踐價值。

    目前，國內外對基于性能的抗震設計進行了多方面的基礎性研究，而針對基于性能的隔震加固研究的還比較少二本文在基于性能的抗震設計理論研究的基礎上，結合隔震加固結構的特點．對基于性能的隔震加固結構設計理論框架進行了探討。

1.基于性能的隔震加固結構設計思想

    現有的隔震加固設計理論是以現行的規范中的隔震技術為依據．根據預期的水平向減震系數和位移控制要求，選擇適當的隔震支座及抵抗地基微振動與風荷載而提供初始剛度的部件組成加固結構的隔震層。隔震層的簡化計算方法是采用我國現行規范建議的有效剛度法。該方法是一種線性的分析方法，不能很好地考慮隔震層的非線性動力特性，會使上部結構的地震作用的估算存在很大誤差，從而使隔震加固結構的性能得不到保證。

    現有的隔震加固結構設計方法不能很好地體現不同隔震加同結構的性能要求，也不能按照性能目標要求對隔震裝置進行設計，基于性能的隔震加固設計是要控制加固結構在地震作用下的工作狀態，即通過加固結構在目標性能下隔震裝置的設計來滿足加圃結構的性能要求．從而宴現基于性能的隔震加固設計。

2.基于性能的隔震加固設計流程

    基于性能的隔震加固設計首先要明確待加固結構的性能要求，井對其抗震性能進行評估。若待加固結構的性能不滿足要求，則需要根據結構的特性和結構加固的性能目標設計隔震裝置，通過隔震裝置來吸收和隔離地震能量，從而達到隔震加固的性能目標。

    基于性能的隔震加固設計應包括隔震加固的性能目標、待JJnN結構的性能評估、隔震裝置的設計、隔震加固結構的分析與設計、隔震加固結構性能的抗震安全性評價、隔震加固結構的社會經濟綜合評竹等幾個方面，設計流程如圖l所示：

    采用隔震技術實現基于性能的加固設計時，如何確定隔震加固的性能目標，如何設計隔震裝置，如何對待加固結構及隔震加固結構進行分析與設計．如何對隔震加固結構進行抗震安全性評價和社會經濟綜合評價．是在隔震加固設計中需要解決的重要問題。

3.隔震加固結構性能目標

    隔震加固結構的設防要求，很大程度上依賴于建筑物的重要性、經濟政策和技術水平。隨著我國經濟的發展和生活水平的提高，人們對結構的可靠度和居住的安全性、舒適性提出了更高的要求。近年來，隔震技術的發展與應用使這一要求成為可能。隔震裝置具有較好的隔震減震效果，增設隔震系統可改善整體結構的抗震性能和提高結構的安全儲備，因而采用隔震技術加固的結構可提高原有建筑的設防目標。另外，從建筑功能和經濟角度考慮，業主有權選擇高于規范要求的性能設防目標結構工程師也有責任使所設計的結構滿足業主選擇的性能目標和符合有關法規的規定。

    本文結合我國《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2001)的要求，根據建筑的重要性、經濟政策和隔震加固技術水平等，并兼顧社會和業主的要求，提出了隔震加固結構可按以下三個層次的設防性能目標進行設計：①“小震不壞，中震可修，大震不倒”；②“中震不壞，大震可修”；③“大震不壞”。

4.隔震加固結構的分析

    隔震加固分析模型建立在對原有結構的抗震性能評估基礎上，模型中應考慮待加固結構的性能退化與損傷，隔震層的阻尼、剛度和恢復力模型。對隔震加固結構基于性能的分析方法主要有動力非線性分析方法、靜力非線性分析方法、能量分析方法。其中，靜力非線性分析方法是種簡單而有效的分析方法，可用于結構的初步分析和概念設計階段。隔震加固的分析與設計方法必須反應出性能設計的理念：一般而言，性能目標要求較低的簡單建筑物，可采用較簡單的方法分析，性能目標要求較高的復雜結構物，需采用較嚴格的方法分析設計。基于性能的隔震加固結構的分析框圖如圖2所示。

    基于性能的隔震加固結構的分析重點為：①結構模型中如何考慮隔震裝置的阻尼、剛度和恢復力特性；②結構分析模型中如何合理考慮結構性能的退化和損傷；③發展簡單實用而有效的分析方法，減少計算的工作量。

    基于性能的分析過程可借助計算機軟件或簡化的手算方法實現。目前．常用的分析軟件有SAP2000 ANSIS、ETABS、MIDAS等。

5.隔震加固結構的性能評估

    隔震加固的性能評估包括待加吲結構的抗震性能評估、加固后結構的抗震安全性評估和加固后結構抗震性能的社會經濟評價。

    5.l待加固結構的性能評估

    待加固結構的抗震性能評估是進行加固設計的前提條件，其結果應對結構加固設計起到關鍵性的指導作用。待加固結構的性能評估應以相應的國家標準、行業規程和加固結構的性能目標為依據，主要從結構的強度、剮度、延性和構造幾方面進行。

    按照現行抗震鑒定標準中兩級鑒定方法，對待加固結構的抗震鑒定結果不能較細致地反映結構抗震性能存在的不足，對于結構進^彈塑性狀態后可能形成的屈服耗能機制及延性能力等結構抗震性能的關鍵指標不能作出判斷．僅能夠對結構整體或宏觀上的抗震性能作出較為初步的評價”。筆者認為應補充靜力非線性計算，拽出待加固結構的薄弱部位，了解結構彈塑性發展和結構破壞機制，才能對結構的性能作出評判，為加崮方案的制定提供充足的依據。

    5.2加固后結構的抗震安全性評估

    在初步完成加固分析以后，必須對結構的抗震安全性進行評估，以證實符合所選定的性能目標。隔震加固結構的性能評估目標有①隔震層的水平最大位移；②上部結構的最大層間位移角。通過這兩個目標的評估來考察結構在地震作用下的整體性能，進而從整個社會、經濟的角度來進行結構抗震加固的工程決策。

    結構整體安全性能評價方法有經驗統計法，分析法，其中包括確定性評價和概率性評價。此外還有專家系統法、易損性法等9。圖3是抗震安全性能評價的框圖。

    5.3隔震加固結構抗震性能的社套經濟綜臺評價

    隔震技術能夠很好地實現基于性能的抗震加固，但其抗震性能的經濟效益和社會效益也是人們關注的問題。對比傳統的抗震加固方法，隔震加同具有加固效果明顯、降低加固造價、應用范圍廣，對建筑物的外貌改變小等優點，尤其是對歷史建筑、宗教建筑、有重要意義的建筑，進行隔震加固后，在滿足性能El標的前提下，達到了既節約投資，叉不破壞  原有建筑的風貌的效果。

    隔震加固結構抗震性能的社會經濟綜合評價的重點是建立動態的以概率理論為基礎的系統性評價方法；正確估算隔震加固工程的投資、維護性投資、地震災害所可能造成的經濟損失以及抗震工程投資所達到的經濟效果和社會效果，從而為工程加固方案的優化與實施提供科學的依據。圖4為隔震加固結構抗震性能的利會經儕綜合評價圖。

6.結束語

    隔震加固技術具有加固效果明顯、適用性廣、保護結構原貌等特點，開辟了抗震加固的新途徑。采用基于性能的設計方法對隔震加固結構進行設計可滿足各種預定的性能目標要求，具有廣泛的應用前景，本文提出了基于性能的隔震加固設計的總流程圖．并詳細介紹了其中的環節，以期為今后的應用與研究提供指導。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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