劉翔宇，郭曉云，趙志漪

（防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201）

0 引言

我國處于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，是地震災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一［1］。在北京、上海等地區(qū)有大批建于20世紀(jì)七八十年代的建筑，這批建筑多數(shù)為砌體結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，由于早期經(jīng)濟(jì)條件不足和規(guī)范要求較低，房屋的抗震能力較弱，而地震對這些房屋的破壞會更加嚴(yán)重，“十四五”規(guī)劃中提出：城市更新嚴(yán)禁大量拆除建筑。因此，對現(xiàn)存抗震能力較低的建筑進(jìn)行抗震加固既可滿足抗震設(shè)防要求，也能提高我國城鄉(xiāng)的整體抗震水平。

傳統(tǒng)的既有結(jié)構(gòu)加固方法包括直接加固法（增大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、隔震加固法、CFRP加固法等）和構(gòu)造加固法（增設(shè)圈梁構(gòu)造柱、托梁換柱等），這些方法主要以加固原有建筑中的梁、柱、墻、板等單一結(jié)構(gòu)構(gòu)件為主。新興的外套式加固方法是基于原有建筑在其外側(cè)新增鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新的結(jié)構(gòu)與原建筑通過多種方式進(jìn)行連接固定。傳統(tǒng)加固方法能在一定程度上提高原結(jié)構(gòu)的抗震性能，有成熟的施工設(shè)計經(jīng)驗，也有大量的工程應(yīng)用實例，但其存在工程量大、改變了原結(jié)構(gòu)的尺寸、工期長、影響施工現(xiàn)場的使用等缺點。而外套式加固方法可避免傳統(tǒng)加固方法的缺點，通過外部新增的結(jié)構(gòu)為既有建筑分擔(dān)地震作用力，且新增的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可事先在工廠預(yù)制，其具有不中斷建筑的使用功能、不破壞室內(nèi)裝修、施工周期短、能顯著提高原結(jié)構(gòu)的抗震能力等優(yōu)點。對安全性低的建筑進(jìn)行加固能提高建筑的安全性和耐久性，也符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

近年來國內(nèi)外對外套式加固方法開展了廣泛的試驗研究和數(shù)值模擬研究，并應(yīng)用于一些實際的工程案例，本文綜合了外套式加固方法的試驗和數(shù)值研究，在此基礎(chǔ)上提出了外套式加固方法中的加固流程和有待解決的相關(guān)問題。

1 研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范［2］中針對既有結(jié)構(gòu)的抗震加固方法以對結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固為主，主要有以下幾種：外加圈梁-鋼筋混凝土柱加固法［3］、水泥砂漿和鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固法［4］、高延性混凝土面層加固法［5］、鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿面層加固法［6］、板墻加固法［7］、基礎(chǔ)隔震加固法［8］、鋼板條帶加固法［9］、增大截面法、外包鋼加固法、外貼FRP加固法、置換加固法和預(yù)應(yīng)力加固法等（圖1～6）。

圖1 鋼筋網(wǎng)砂漿加固Fig.1 The reinforcement method with steel mesh and mortar

圖2 鋼絞線網(wǎng)-聚合物加固Fig.2 The reinforcement method with steel strand-polymer

圖3 基礎(chǔ)隔震加固Fig.3 The base isolation reinforcement method

圖4 鋼板條帶加固Fig.4 The steel strip reinforcement method

圖5 增大截面法Fig.5 The increasing section method

圖6 外包鋼加固Fig.6 The clad steel reinforcement method

傳統(tǒng)的抗震加固方法主要通過提高結(jié)構(gòu)的承載力，增加其變形能力，雖然施工技術(shù)成熟，能提高原結(jié)構(gòu)的抗震能力，但是在實施過程中仍有缺點，如：中斷建筑的使用功能，在建筑內(nèi)加固會減小使用面積，居民需暫時搬遷等問題。并且對大量的單個構(gòu)件逐個加固工程量繁重，現(xiàn)場工期長，導(dǎo)致施工措施費、人工費等各種費用的增加。

目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的加固規(guī)范，北京市建筑設(shè)計研究院針對北京地區(qū)編寫的《北京地區(qū)既有建筑外套結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)導(dǎo)則》［10］可以作為我國加固工程的指導(dǎo)性文件，根據(jù)國內(nèi)外的研究及加固應(yīng)用實例，既有房屋外套式加固方案可按新舊結(jié)構(gòu)的受力關(guān)系分為整體式和分離式［11］，見表1。

表1 外套式加固方案的分類Tab.1 Classification of cladding reinforcement schemes

2 外套式加固既有結(jié)構(gòu)抗震性能的研究

2.1 試驗研究

砌體結(jié)構(gòu)廣泛用于住宅、宿舍等建筑，剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層建筑，框架結(jié)構(gòu)由于能形成較大的空間，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校等公共建筑中。眾多震害表明［12-16］，未經(jīng)抗震設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)遭受的震害最為嚴(yán)重，我國存在很多早期建成的砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑，這批建筑不滿足現(xiàn)行的抗震要求，因此國內(nèi)學(xué)者對這3種常見的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的縮尺加固抗震試驗研究。

魚骨式剪力墻的結(jié)構(gòu)不滿足我國目前的抗震要求［17-18］，蘇宇坤等［19］提出外套式加固方法，對高層低配筋魚骨式剪力墻老舊住宅進(jìn)行外套式加固，在原建筑兩側(cè)延長橫墻長度、增設(shè)縱墻，并在原結(jié)構(gòu)頂部增加跨越屋面的大梁將兩側(cè)的加固部分連成整體（圖7），采用力-位移加載的方式對1∶2的外套式加固縮尺模型進(jìn)行低周期往復(fù)加載試驗［20］，研究表明加固后的整體結(jié)構(gòu)承載力得到大幅提高，層間位移角在1／200時，承載力到達(dá)峰值；層間位移角在1／100時結(jié)構(gòu)連梁和剪力墻墻角被破壞，此時承載力為峰值承載力的85%，試驗驗證了加固后結(jié)構(gòu)抗震性能得到了提高。

許國山、林琦等［21，22］以某14層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓為原型（圖8），鄧開來等［23］驗證了該原型中的墻體承載力低、延性差，不滿足抗震的要求。許國山等［24］取該原結(jié)構(gòu)的3個標(biāo)準(zhǔn)開間為典型單元，對1／6縮尺模型進(jìn)行外套式加固增層隔震研究，通過在原建筑縱墻外側(cè)增設(shè)預(yù)制混凝土墻與原結(jié)構(gòu)連接，在剪力墻結(jié)構(gòu)頂新增兩層鋼框架結(jié)構(gòu)，與原結(jié)構(gòu)頂之間設(shè)置隔震支座，根據(jù)量 綱 分 析 法［25，26］確 定 相 似 條 件，根 據(jù)Buckinghamπ定理［27，28］確定相似比，模型完成后輸入地震記錄進(jìn)行振動臺試驗，加固后模型結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震下沒有發(fā)生倒塌破壞，加層隔震體系能夠抑制地震響應(yīng)，研究表明外套式加固結(jié)構(gòu)能滿足抗震的要求，且外套增層隔震加固后比非隔震體系整體抗震性能好。

圖8 外側(cè)增設(shè)預(yù)制混凝土墻體Fig.8 The building with adding precast reinforced concrete walls in the outside

陳曦等［29，30］通過對比傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)加固方式的優(yōu)缺點，設(shè)計5層足尺砌體試驗?zāi)Ｐ停岢霾捎妙A(yù)制鋼筋混凝土墻板對縱向墻體加固，采用預(yù)制鋼骨混凝土剪力墻對橫向墻體加固，通過剛拉桿連接，構(gòu)成鋼筋混凝土外套。對加固后的結(jié)構(gòu)橫墻和縱墻分別進(jìn)行擬靜力和擬動力試驗，試驗結(jié)果表明外套式加固方法能大幅提高原有磚墻的耗能能力、抗側(cè)剛度、承載能力和延性，加固后的模型滿足抗震的要求，新增混凝外套能分擔(dān)地震作用力，整體結(jié)構(gòu)的抗震能力有顯著的提高。

王曙光等［31］采用預(yù)制鋼筋混凝土墻對砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，設(shè)計了3個1∶4的縮尺模型，分別是加固、加固后加層非隔振和加固后加層隔震的模型（圖9、10），并對模型進(jìn)行振動臺試驗，試驗結(jié)果表明經(jīng)歷7度和8度地震作用后，加固加層的模型基本處于彈性，加固模型損壞程度大于加固加層的模型，且加層隔震結(jié)構(gòu)延長了結(jié)構(gòu)的自振周期，提高了結(jié)構(gòu)的阻尼比，降低了下部砌體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和上部鋼框架的位移反應(yīng)，比加固模型及加層非隔震模型的抗震性能更好。

圖9 未加固砌體模型Fig.9 Unr einfor ced masonr y model

圖10 加固砌體模型Fig.10 Reinforced masonry model

蘇宇坤等［32］以北京地區(qū)魚骨式剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅加固改造為背景，為驗證外套式加固方法的有效性，采用OS算法［33］的擬動力加載程序TOHTP應(yīng)用到加固項目中，采用擬動力子結(jié)構(gòu)試驗方法對1∶2縮尺結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行研究，試驗頂層最大層間位移角為1／190，αg，max＝400gal時結(jié)構(gòu)達(dá)到極限荷載，結(jié)果表明外套式加固的老舊住宅能夠滿足抗震要求。

以上對既有建筑進(jìn)行外套式加固的試驗研究都表明外套式加固后新增結(jié)構(gòu)能為原有結(jié)構(gòu)分擔(dān)作用力，能提高加固后建筑的整體抗震性能，但由于試驗條件限制，試驗和實際工程還有所差距，如：結(jié)構(gòu)外部墻體底部受傾覆力矩大，地震過程中易與底座脫離，實際工程中可用樁基礎(chǔ)增加連接能力，但試驗中不能模擬；試驗坐落在鋼筋混凝土基座梁上，不能模擬工程結(jié)構(gòu)所在的土體環(huán)境，不能考慮地基沉降對建筑的影響；且實際工程施工質(zhì)量的高低影響著結(jié)構(gòu)在地震作用下的表現(xiàn)。

2.2 數(shù)值研究

數(shù)值模擬研究采用不同的有限元分析軟件建立加固和未加固的模型，輸入不同的力加載程序和地震動波對模型進(jìn)行抗震性能的分析，不斷地改進(jìn)模型的抗震性能，對試驗結(jié)果進(jìn)行補充，彌補試驗條件的不足。

閤東東等［34］根據(jù)陳曦設(shè)計的外套式混凝土墻加固試驗?zāi)Ｐ屠肁BAQUS進(jìn)行數(shù)值分析，并將計算方法運用于甘家口三號樓外套加固試點工程，經(jīng)歷罕遇地震的動力時程分析，試驗結(jié)構(gòu)各樓層的層間位移角均小于1／400，且加固后混凝土墻和砌體各承擔(dān)50%的基底剪力，試驗表明外套預(yù)制鋼筋混凝土墻加固砌體結(jié)構(gòu)后具有良好的抗震性能。

潘鵬等［35］根據(jù)閤東東建立的砌體-混凝土結(jié)構(gòu)加固試驗?zāi)Ｐ停褂肁BAQUS進(jìn)行數(shù)值建模，按照加固墻體數(shù)量、配筋率、加固墻體長度的不同建立6個足尺試驗?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行擬靜力和擬動力試驗，結(jié)果表明加固結(jié)構(gòu)的承載力隨著加固墻體長度的延長而增大，配筋率對加固結(jié)構(gòu)的抗震性能影響較小，僅對未開洞橫向墻體加固即可提升結(jié)構(gòu)的承載力和延性。

王曉辰等［36］對北京市朝陽區(qū)某5層磚混結(jié)構(gòu)居民樓采用PKPM建模計算，加固方案為外縱墻外貼預(yù)制剪力墻、橫墻位置新加鋼筋混凝土預(yù)制剪力墻，外側(cè)新增墻體設(shè)置樁基礎(chǔ)，利用ABAQUS對拉節(jié)點處進(jìn)行靜力分析，計算分析通過加固前后各樓層剛度對比，新增的外套剪力墻能承擔(dān)大部分的地震作用，驗證了外套式加固方法能提升砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

陳曦［29］利用ABAQUS采用均質(zhì)單向材料模型建立五層足尺砌體結(jié)構(gòu)（圖11），外加的鋼筋混凝土墻板與原結(jié)構(gòu)通過剛拉桿連接，通過擬靜力數(shù)值模擬，分析結(jié)構(gòu)推覆應(yīng)力云圖，加固后的結(jié)構(gòu)初始剛度明顯增強，承載能力提高了3至5倍，通過擬動力數(shù)值模擬，加固后的結(jié)構(gòu)在遇到峰值為0.40g的地震動時實際結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)比試驗結(jié)果小，試驗表明加固后的模型有很好的抗震性能。

圖11 加固后的數(shù)值模型Fig.11 The numer ical model after reinforcement

任曉崧、劉創(chuàng)［37］對上海市區(qū)某6層砌體結(jié)構(gòu)工程實例進(jìn)行加層加固改造進(jìn)行抗震，通過在原結(jié)構(gòu)的南北外側(cè)增加鋼筋混凝土墻并與原墻體錨固，把結(jié)構(gòu)型式變?yōu)榛炷?砌體混合結(jié)構(gòu)。利用PKPM和SATWE建立3個8層的模型進(jìn)行加固前后對比，在小震作用下和大震作用下進(jìn)行計算，通過對比加固前后結(jié)構(gòu)的樓層剛度、層間位移角和骨架曲線，計算結(jié)果表明新加外套鋼筋混凝土墻能承擔(dān)更多的樓層剪力，分擔(dān)了大部分地震作用。

林琦［22］利用ABAQUS建立一棟14層剪力墻結(jié)構(gòu)的1／6縮尺模型，采用預(yù)制混凝土進(jìn)行外套式加固，在頂部增加兩層鋼框架與下部結(jié)構(gòu)相連（圖12），對未加層、層間隔震和層間非隔震3種加固模型施加試驗地震工況，通過對比模型的振型和應(yīng)力云圖，結(jié)果顯示外套墻體能承擔(dān)一部分基底剪力和較多的傾覆力矩，且加層隔震能延長結(jié)構(gòu)的周期，能有效控制結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)和基底剪力水平。

圖12 加固后的數(shù)值模型Fig.12 The numerical model after r einfor cement

王偉等［38］通過外加剪力墻的方法加固某中學(xué)4層框架校舍樓，利用SAP2000及PKPM 建立3個不同的結(jié)構(gòu)加固模型，控制參數(shù)為剪力墻縱橫向布置寬度，用Pushover［39］分析方法對初始模型和加固后的模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明增設(shè)的剪力墻有較大的剛度，在地震作用力下能分到較大的地震剪力和彎矩，原結(jié)構(gòu)分配的地震剪力大幅下降，增設(shè)剪力墻后使結(jié)構(gòu)各層變形趨于均勻化，減小樓層變形集中，達(dá)到了良好的抗震效果。

Wada等［40］提出在框架結(jié)構(gòu)上附加搖擺墻（圖13），形成搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系，搖擺墻是一種底部具有一定的轉(zhuǎn)動能力、抗側(cè)剛度較大的結(jié)構(gòu)墻體，能有效控制結(jié)構(gòu)在地震作用中的側(cè)向變形模式。在東京工業(yè)大學(xué)G3樓的加固改造中應(yīng)用了搖擺墻體系（圖14），G3樓是11層鋼骨混凝土框架結(jié)構(gòu)，加固方案為在建筑外立面附建預(yù)應(yīng)力混凝土搖擺墻，在墻與既有框架柱之間安裝鋼阻尼器。曲哲等［41］利用ABAQUS對加固前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性動力時程分析，結(jié)果表明：搖擺墻體系中加入阻尼器能有效減小結(jié)構(gòu)在地震動輸入下的地震響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的損傷模式和抗震性能更加易于控制，有效提高了結(jié)構(gòu)的耗能能力和抗震承載力。

圖13 搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系Fig.13 Rocking wall frame structure

圖14 搖擺墻加固G3樓模型Fig.14 G3 model with r ocking wall reinforcement

國內(nèi)外學(xué)者對既有建筑進(jìn)行外套式加固方法進(jìn)行了一系列的理論研究，大量的有限元數(shù)值模擬的研究都為未來的真實試驗和工程應(yīng)用提供了依據(jù)和參考。但以上的研究都不是精細(xì)化建模，缺乏對砂漿與磚塊、各個構(gòu)件之間相互作用及連接處細(xì)節(jié)部分的考慮，且建模的水平和邊界條件、擬靜力和動力時程分析的模擬是否真實都會影響模擬的結(jié)果，以上這些因素都會產(chǎn)生數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果的差距，針對能減小誤差的建模方法有待進(jìn)一步研究。

2.3 工程應(yīng)用

有眾多的試驗研究和數(shù)值研究作為基礎(chǔ)，近年來國內(nèi)外開始逐步將外套式加固方法應(yīng)用到了實際的工程中。自2011年以來，既有建筑外套加固技術(shù)在北京市老舊小區(qū)抗震節(jié)能綜合改造工程中得到廣泛應(yīng)用，為保障北京地區(qū)既有住宅的抗震性能做出了重要貢獻(xiàn)［42］。

北京市建筑設(shè)計研究院提出預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外套式加固方法［43］，以北京市朝陽區(qū)農(nóng)光里5層的砌體結(jié)構(gòu)作為試點工程，在原建筑外加橫墻和縱墻與原建筑連接，且在外加鋼筋混凝土墻體下設(shè)樁基礎(chǔ)防止沉降差，把結(jié)構(gòu)形式變?yōu)榛炷?砌體混合結(jié)構(gòu)（圖15），利用外套預(yù)制鋼筋混凝土墻體承擔(dān)大部分的地震作用。

圖15 農(nóng)光里試點工程加固Fig.15 Cladding reinforcement of Nongguangli Pilot project

圖16 框架結(jié)構(gòu)采用外加剪力墻Fig.16 The frame structure with external shear walls

M.Yasar Kaltakci［44］針對土耳其中小學(xué)抗震能力不足的框架結(jié)構(gòu)，采用外加剪力墻的外套式加固方法進(jìn)行試驗研究，結(jié)果表明這種加固方法能顯著提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向承載力、剛度以及抗震性能，并被應(yīng)用于土耳其的中小學(xué)教學(xué)樓中，其他的加固方法特別是在建筑物內(nèi)部進(jìn)行施工將限制建筑的使用功能，導(dǎo)致教育計劃中斷，外剪力墻是一個實用和經(jīng)濟(jì)的加固方法。

韓兮［45］對北京市西城區(qū)展覽路4號樓進(jìn)行工程加固，在原砌體結(jié)構(gòu)的外側(cè)沿橫墻方向增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻，在剪力墻與原砌體交接處的外縱墻方向設(shè)置外貼混凝土板墻，屋頂設(shè)置鋼拉桿保證整體性，采用樁基礎(chǔ)防止新舊結(jié)構(gòu)的沉降差，抗震計算采用橫向水平地震力全部由新加的橫向剪力墻承擔(dān)，縱向水平地震力全部由縱向外貼板墻承擔(dān)的計算方法，結(jié)果表明加固的外套能吸收地震荷載達(dá)到抗震的效果。

申海洋、洪剛［46］以北京市某4層砌體住宅樓為工程實例，對原建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定后建模計算，實際加固方案為在原結(jié)構(gòu)兩側(cè)外縱墻外設(shè)兩道縱向剪力墻、沿原結(jié)構(gòu)橫墻方向設(shè)置橫向剪力墻通過剛拉桿與原建筑連接（圖17），加固部分設(shè)置單獨的鋼樁基礎(chǔ)，通過計算分析，這種外套式加固方法可以將地震剪力轉(zhuǎn)移到鋼筋混凝土外套部分。

郭劍飛等［47］對北京海淀區(qū)甘家口1、3、4號樓試點工程進(jìn)行加固，在原有房屋縱向兩側(cè)增設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土墻板，使外套預(yù)制鋼筋混凝土墻上下與屋頂臥梁、基礎(chǔ)鋼樁相連形成一體約束原有砌體（圖18），加固后的建筑達(dá)到國家抗震標(biāo)準(zhǔn)，提高了砌體住宅的抗震性能。該技術(shù)通過了北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會鑒定，并應(yīng)用于農(nóng)光里17號樓、新源里11號樓工程。

圖18 甘家口試點工程加固方法Fig.18 Reinforcement methods Ganjiakou pilot project

目前國內(nèi)外沒有完全統(tǒng)一完整的外套式抗震加固的規(guī)范，以上的外套式加固案例僅僅是對一些試點工程的加固改造，我國各個地區(qū)之間建筑的結(jié)構(gòu)形式有差異，實際工程加固改造中需要考慮的因素眾多，如：涉及到建筑突出構(gòu)件的拆除，原建筑的暖通和下水管線改路，新舊結(jié)構(gòu)的連接是否結(jié)實可靠，新舊墻體的不均勻沉降，局部錨固節(jié)點的細(xì)節(jié)處理，后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)方式，連接構(gòu)件（剛拉桿、錨固螺栓等）沒有統(tǒng)一的制作方法等，且實際工程改造的質(zhì)量很大程度上依賴施工隊的質(zhì)量。

3 外套式加固方法的技術(shù)流程分析

目前外套式加固方案已應(yīng)用于某些工程中，對既有建筑進(jìn)行安全性、抗震性能進(jìn)行評估，根據(jù)既有建筑結(jié)構(gòu)類型的不同，利用全生命周期和價值工程理論對既有建筑加固方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以有效地選擇適用于既有建筑的加固方案［48］，再進(jìn)行施工加固，對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時可根據(jù)加固技術(shù)流程進(jìn)行（圖19）。

圖19 加固工程流程圖Fig.19 Flow chart of cladding reinforcement technology

既有建筑結(jié)構(gòu)要求建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的承載能力，結(jié)構(gòu)構(gòu)件因時間久、材料老化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強度不足，或因震后的塑性變形大而不適于繼續(xù)承載，此時對既有建筑結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行安全評估，可根據(jù)極限狀態(tài)方程，即

式中，S為荷載效應(yīng)，通過力學(xué)分析計算求得；R為結(jié)構(gòu)抗力，如屈服極限、承載力等。當(dāng)Z＜0，代表結(jié)構(gòu)失效；Z＞0，代表結(jié)構(gòu)可靠；Z＝0，代表結(jié)構(gòu)處在極限狀態(tài)。常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法主要有三種：一次二階矩法、JC法、蒙特卡羅法［49］。

經(jīng)濟(jì)性可根據(jù)價值公式判斷，即

式中，V表示價值；F表示性能或用途；C表示成本；C1為建造成本；C2為維護(hù)使用成本，成本越小，價值越大。對既有建筑進(jìn)行加固的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析是工程造價的重要環(huán)節(jié)，包括既有建筑結(jié)構(gòu)的加固建造費用和加固后的使用和維護(hù)等費用［50］。

由于我國建筑類型眾多，根據(jù)建筑的種類和結(jié)構(gòu)的不同，選擇合適的加固方案，設(shè)計詳細(xì)的加固技術(shù)。如先判斷新增結(jié)構(gòu)為預(yù)制還是現(xiàn)場施工，新舊結(jié)構(gòu)連接處的細(xì)節(jié)，再選取施工加固方案，建立全生命周期的性能和成本評估（圖20），提高性能減少成本，提高建筑加固后的價值，延長建筑的使用壽命。完成既有建筑結(jié)構(gòu)加固項目后進(jìn)入維護(hù)階段，對加固后的建筑進(jìn)行施工質(zhì)量驗收和安全性評估，制定合理的維護(hù)方案，降低維護(hù)成本，提高加固建筑的經(jīng)濟(jì)價值和實用價值［51］。

圖20 全生命周期評估Fig.20 Full life cycle assessment

4 研究展望

外套式加固方法中新增的部分能分擔(dān)原有結(jié)構(gòu)的外部作用力，提高結(jié)構(gòu)的承載力和抗震能力，但把外套式加固技術(shù)應(yīng)用于實際工程的方案和流程還不夠成熟，新加外套結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的傳力作用非常復(fù)雜，加固結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的情況不穩(wěn)定，新舊結(jié)構(gòu)之間連接得是否牢固和構(gòu)件的質(zhì)量決定了協(xié)同工作的傳力情況。部分試驗僅對模擬的有限元模型進(jìn)行分析計算，缺乏大量可靠的實驗數(shù)據(jù)支撐，是否能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，外套式加固既有結(jié)構(gòu)還有以下方面需要進(jìn)行研究：

（1）原結(jié)構(gòu)與加固結(jié)構(gòu)的分期建設(shè)對內(nèi)力是否有影響，目前還缺少這方面的研究，對協(xié)同工作時的傳力情況是否有影響還有待研究。

（2）加固方案中連接新舊結(jié)構(gòu)的構(gòu)件為薄弱部分，破壞后加固結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)分離，加固結(jié)構(gòu)就無法減輕既有結(jié)構(gòu)受到的地震作用，還需要研發(fā)新的協(xié)同工作關(guān)鍵技術(shù)來保證加固的可靠性。

（3）外套式加固方法涉及面廣、考慮因素多、加固手段及連接種類多，且我國各地區(qū)之間各種結(jié)構(gòu)建筑形式有差異，加固施工時涉及到原有暖通、對結(jié)構(gòu)外立面處理、下水管道等線路改造等問題，在實際施工及設(shè)計方面的一些問題還待研究解決。

（4）國內(nèi)外還沒有一部完整、通用的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)作為外套結(jié)構(gòu)抗震加固的依據(jù)，實際工程中受各種因素的影響，加固質(zhì)量參差不齊，加固后的結(jié)構(gòu)抗震水平也不同，國內(nèi)需要統(tǒng)一的加固標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范才能更好地提高加固的質(zhì)量。

我國需要加固的既有建筑工程量大，因此應(yīng)不斷頒布、完善建筑加固方面的法規(guī)，推動我國對既有建筑加固的研究和發(fā)展，未來使加固改造工程成為我國建筑工程的重要部分，為我國的建筑加固行業(yè)帶來發(fā)展契機(jī)和廣闊的應(yīng)用前景，對實現(xiàn)建筑資源節(jié)省、節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)具有重要意義。