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浅谈既有建筑的识别、改造与加固（27）
抗震加固设计计算方法
王锁军
奥福科技有限公司
（原北京蓝图工程设计有限公司）
上一篇文章我们讲了抗震加固设计的基本原则。本文我们先讲一下不同结构如何进行抗震加固设计计算，然后回过头来讲一下不同级别、不同结构形式的建筑物抗震加固方案的选择，以及加固方式的特点和要求。
1：B级普通砖混房屋加固设计计算
看看下面的案例。假设某B级校舍需要加固。如何计算呢？
1、配筋计算方法与《标准评估》中的验证方法相同。根据《规范鉴定》5.3.12，可按基础剪力法对结构及各件抗震承载力进行分析。现在都是程序化的建模分析，不管是模态分解法还是基础剪切法。
砖混结构不同墙体之间的地震剪力分布与钢筋混凝土结构不同。根据楼板刚度的不同，采用不同的简化计算方法。
现浇或预制整体式建筑及屋面时，抗侧力墙的剪力与墙体抗侧力刚度成正比分布。
木结构建筑屋顶，或大开口的柔性建筑屋顶，根据各墙体所承担的建筑和屋顶荷载面积进行分布。
预制屋顶（20世纪90年代之前广泛使用空心板等预制屋顶），选择两者中间。
抗震墙不同墙段之间的剪力分布根据墙段刚度进行分布。开墙（或非开墙）的整个墙体和各墙段的刚度计算与墙体的高宽比以及剪切模量、压缩模量和截面尺寸有关的墙壁。详细内容参见《电阻规程》7.2.3，不再详述。
砖混抗震加固墙的刚度采用简化计算方法进行计算。 《附加规定》规定，加筋墙体的刚度按无筋刚度乘以增量系数η计算。不同的加固方法有不同的刚度增加系数，例如采用钢丝。对于采用网格砂浆面层加固的墙体，其墙体刚度增加系数为（《附加规定》5.3.2）：
地震剪力根据钢筋刚度的增加进行分布。
《附加规定》没有规定钢筋混凝土面筋加固板墙刚度增加的计算方法。 PKPM硬化软件的使用说明书是这样说的：
我觉得非常不合适。钢筋混凝土板墙加固的刚度和强度增加应远大于砂浆面层加固，但方案没有考虑其增加的刚度。我认为应该以新添加的混凝土部分和砖墙的刚度之和为基础，但由于混凝土的刚度与砖墙的刚度有很大不同，因此应该减少。也可根据《附加规定》中板墙的强度增加系数来考虑。
抗震加固可采用新型砖砌体或钢筋混凝土抗震墙。但由于混凝土墙和砖墙的刚度差异较大，钢筋混凝土墙的厚度不宜太厚。宜为140~160mm，其刚度可为240砖。考虑 1.8 至 2.5 的壁厚刚度（“标准添加”5.3.8）。
事实上，如果增加外部结构柱（内部安装拉杆或圈梁），刚度也会增加，但由于增加不多，所以可以认为刚度没有增加。
按照一般规定，现有乙级建筑组合的地震作用系数可为0.9（且不低于施工时规范规定的地震作用级别）。同时必须考虑加固后的结构影响系数。公式如下：
评价抗震措施时，不考虑结构影响系数：
当抗震措施不满足时，结构影响系数可按甲级建筑一级评价方法确定。
。
这是
即加固楼板或墙段的加固系数，
是加固后根据“评分评定”确定的系统影响系数和结构影响系数。
本标准对构件承载力的调整系数。
第一个增强系数用于增强墙体或墙段的承载能力，第二个增强系数用于增加分布地震力时的构件刚度，也用于简化甲、乙类建筑的综合抗震能力指标。从计算上来说。
《标准识别》5.3.13~5.3.17给出了墙段承载力的计算公式，基本是按照《89抗力标准》组织的。若墙内设置结构柱或末端新增结构柱现行钢结构设计规范采用的设计方法是，应按现行抗力标准执行。该规定计算了具有结构柱的墙体的阻力。
计算上述地震作用下的影响，并将其与墙体或墙段的阻力进行比较。如果大于1.0，则不满足加固要求。需要继续调整加固计划并重新检查，直到比率小于1.0。
以上是根据现行规范的B级建筑的加固设计方法。对于水平、竖向墙体布置较为规则的乙级建筑，也可采用甲级建筑鉴定加固的抗震综合能力指标验证方法。
我再次强调，结构影响系数是一个非常综合的问题，不容易确定，需要丰富的经验。这也是为什么笔者一直强调鉴定需要由具有设计资质的设计院经验丰富的工程师来完成。
结构影响系数是指在《鉴定》规定的一级鉴定（或抗震措施鉴定）中，由于结构不满足抗震要求而导致的综合抗震能力的降低。进行抗震加固时，对不符合抗震措施的部位应进行加固，以满足结构抗震要求。此时结构影响系数可取1.0。参见《附加规定》的说明：
2：A级一般砖混房屋配筋计算
甲级建筑的抗震加固一般采用楼层综合抗震能力指标试验方法。公式如下：
这是
即《评标》中楼层的平均抗震系数
、地板综合抗震系数
及墙段综合抗震能力系数
。实际设计中，应根据不符合一级鉴定的具体情况，采用其中的1～3个，按上述5.1.4公式进行加固后的验证计算。
（一）甲级建筑结构体系、整体连接、易倒塌部位符合一级鉴定要求，但横墙间距、建筑宽度超过一级鉴定标准时评价时，采用楼层平均抗震系数
查看;
（2）现有结构体系、建筑物与屋盖的整体连接、圈梁布置杆以及结构中易发生倒塌的部位不符合一级鉴定要求时，楼板的综合抗震系数应使用
索引方法检查；
(3)当实际墙距超过最大墙距且有明显扭转效应时，可采用墙段综合抗震能力系数
法律。
对于不规则砖混结构或层数较高的结构，也可采用现行标准承载力分析方法，但需按规定考虑影响系数（或承载力调整）和结构影响系数（《鉴定5.2. 16"))。
事实上，以上三种方法的判断以及结构系数的取值都非常麻烦，而且可能不准确。在计算机先进的今天，无论有没有规则，最好还是简单地使用上述现行标准的抗震承载力分析方法。
当一级鉴定不满足结构抗震措施鉴定要求时，通过加固方法能够满足结构抗震措施要求的，甲级建筑无需进行抗震验证。这种加固方法可称为抗震施工。措施及加固方法。
三：多层、高层钢-混凝土结构的配筋计算
B级钢筋混凝土结构的配筋计算一般采用现行的结构分析方法，可按下式计算：
应用该公式时，应注意以下几点：
(1)
结构影响系数的有利或不利影响可按照《评标书》的规定予以考虑，并可按评标书6.3.13的规定确定。
（2）地震作用内力调整系数按《标准评定》附录D执行。这个附录D大致就是《98阻力规矩》的内力调整标准。
（3）构件承载力按照《评标》附录E计算，大致是《98抗阻规定》中构件承载力的计算标准。
（4）新建及加固构件的承载力可参照《混凝土结构加固规范》及《附加规定》的相关规定执行（不同于砖混结构加固构件的乘法）由原构件的加固系数计算）。同时，必须考虑新旧组件。混凝土连接的不利影响和减少因素。 PKPM软件对于粘钢、放大截面、钢包覆等都有相应的计算方法。
（5）《条例》规定现行钢结构设计规范采用的设计方法是，应考虑砖墙作为抵抗侧力的加固方法。实际工作中，建议改用混凝土墙来抵抗剪力。这种改造成本很低，而且混凝土墙比砖砌体更薄。可增加建筑空间。
（6）乙级建筑为乙级框架时，应验算变形要求。变形验证的控制指标可按现行规范进行控制。地震作用应乘以折减系数0.9，并考虑结构影响系数。
有读者问抗震鉴定和加固是否只考虑结构和承载力验证而不考虑变形验证。从规范的这一规定来看，大多数甲、乙级建筑的抗震鉴定和加固都是从抗震安全的角度出发，除重要建筑外，一般不考虑或难以考虑地震变形的要求。 C级建筑应按照现行规定考虑变形要求。
甲级建筑加固设计方法分为综合抗震能力指数法和《评标》中现行规范分析法。
综合抗震承载力法计算公式按《频段评定》6.2.11：
这里的系统影响系数
, 当地影响系数
、楼板屈服强度系数
, 楼板抗剪承载力
、楼板弹性地震剪力按加固后相应参数计算。
规范分析：
范围
同上，R为加固后构件的承载力，S为加固后按新结构分析的荷载组合效果，内力无需调整，
根据现行规范。
四：内框架及底层框架结构配筋计算
20世纪90年代之前，人们为了满足室内空间的要求，并经济地利用外墙的承重砖砌体（有或没有砖壁柱），建造了许多内框架房屋。那时，地震并没有受到太重视。从目前来看，即使是纯框架也不是好的抗震结构，更何况是没有延性外墙来承受集中力的内框架呢？因此，这种结构加固的思路就是尽可能地将外墙砌体的承重荷载转化为承重混凝土柱，并增设剪力墙（内框架的加固将在下一篇详细讨论）问题）。底部框架结构也是为了经济和大空间的要求。它类似于钢筋混凝土转换层结构，是一种不利的结构形式。这两种结构很多都不符合“标记鉴定”中对水平墙间距的要求。
加固计算方法也有两种：
其中，抗震综合能力指标验证方法是基于水平墙比例的计算。其概念与多水平墙多层砖混结构的简化计算方法相同。但由于内框架和底框架的水平墙间距往往较大，即使没有内部横墙，这种方法一般也不适用。因此，大多数情况下应采用标准的抗震承载力测试方法，但也必须考虑结构的影响。
外墙采用混凝土组合柱和砖砌抗震墙加固，混凝土抗震墙的刚度值和承载力按《附加规定》7.3.2计算：
我在PKPM和YJK加固软件中没有看到内框架和相应的组合柱、抗震墙的计算方法。用手计算这些内容几乎是不可能的。只能借助现有软件并按照7.3.2的原理调整计算参数和结果。这其实是非常困难的。
五：单层砖柱厂房及砖混空房配筋计算
对于单层砖柱厂房和空房屋，显然不能采用基于横墙比的简化抗震性能方法。只能采用标准承载力试验方法，不考虑结构影响系数。事实上，这个大空间的结构已经不符合现行标准的抗震要求，因此在设计时需要改变结构体系（下期将详细介绍）。由于空间比较大，所以这种结构的抗震加固是比较容易实现的，这使得建筑师可以充分地展示水平空间。
6：单层混凝土柱厂房结构加固计算
这种厂房基本上是标准化的装配式结构，比较规整。甲、乙级建筑均分为抗震措施和抗震承载力评价。如果一定范围的厂房符合抗震措施，则无需进行承载力验算。如果不符合要求，采取加固措施后符合要求的，则无需进行承载力验算。
《评标》规定了什么情况下必须进行承载力验证。校核方法按现行规范执行，但对地震影响系数或抗震承载力调整系数进行调整。
七：总结
《建嘉规定》规定了两种抗震试验方法，即抗震综合能力法和规范承载力试验法。我们将总结它们以结束本文：
(1)甲、乙类建筑抗震综合能力指数法和承载力试验方法应考虑结构影响系数。这可以理解为，如果结构等措施不符合要求，但构件的抗震能力比较大，结构上的缺陷是可以弥补的。
（2）甲、乙级建筑采用《鉴定及标准》规定的不同地震影响系数折减或内力调整。不同年代的建筑采用不同的鉴定和加固标准。甲级建筑标准基本等效《78条防规》，乙级建筑基本等效《98条防规》，丙级建筑按现行标准执行。
(3)抗震综合承载力法是一种简化方法，主要用于砖混结构，以符合抗震要求的抗震砖横墙的基准墙率为依据。虽然规范允许该方法用于底部框架结构和内框架结构，但由于抗震横墙之间的间距往往很大且更靠近框架结构或底部，因此使用承载力测试方法更为合理传输层的框架结构。事实上，在一般砖混结构中，如果墙体布置不合理，存在扭转等不规则现象，也应采用承载力试验方法。
事实上，我认为承载力测试方法可以用于所有情况。困难的是结构影响系数的取值。这就需要设计者自己输入程序。另外就是加固构件的刚度和强度的变化，这对地震的影响也很大。力分布和部件承载能力验证。手工计算比较困难，只能通过程序计算，但程序可能不准确。结构工程师必须了解构件加固的基本概念，以便于综合判断和调整。
（4）当我们可以使用计算机程序进行精确计算的今天，为什么规范仍然提供基于手工计算的简化计算方法？不仅《建甲规定》如此，还有简化的计算方法，如基础倒底板法、地震诱发基础剪力法等。这些简化的计算方法是计算机尚未发展起来的手算时代的产物。在当今计算机先进的时代，许多简化的方法可以被抛弃，但这些简化的计算却是结构工程师建立机械概念的有效方法。
计算机的离散计算方法和人脑的综合方法是两种完全不同的模型。在机器智能越来越发达的今天，建筑设计是最不可能用机器智能完全取代人脑思维的行业。计算机对结构力的分析将大大降低人脑的力学概念。未来的工程师将分为两类。一是不可多得的具有计算机分析能力、具有超清晰机械概念和人脑思维综合能力的结构大师。另一类人大多数只懂电脑操作，力学的概念越来越模糊。结构工程师，对于一般的新建结构，这些结构工程师仍然可以根据规范和计算机进行合格的设计，但是对于改造和加固项目，他们将无能为力。
《规范规范》中抗震综合能力指标的简化方法并不是为了训练结构工程师理解抗震概念，而是为了完善计算方法（就像规范抗震规范中仍然保留底剪法一样，并且地面规范中仍然保留了倒置楼板的计算方法），无梁楼板则保持与更换梁的方法相同），但客从概念上来看，了解这些简化计算方法的原理可以大大提高结构工程师的机械概念。如果年轻的结构工程师真能进行几个手算的例子，效果会更好。对于那些整天忙于特定事务的人来说，这只是一个设计问题。对于教师来说，这个要求太高了。
2022 年 7 月 15 日
参考：
1：建筑结构裂缝及层间加固疑难问题处理及实例，李国胜
2：《建筑物抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）和《建筑抗震结构加固技术规程》JGJ116-2009问答，史铁华
3：《建筑物抗震鉴定标准》GB50023-2009
4：《建筑物抗震加固技术规范》JGJ116-2009
5：《既有建筑物鉴定加固通用规范》GB55011-2021
6：PKPM和YJK加固软件使用说明。
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