肖從真 李建輝 馬天怡 魏 越 巫振弘 喬保娟

既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升現(xiàn)狀與發(fā)展

肖從真 李建輝 馬天怡 魏 越 巫振弘 喬保娟

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

我國(guó)城市發(fā)展已經(jīng)從增量規(guī)劃轉(zhuǎn)向存量規(guī)劃，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)的既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升將成為當(dāng)前甚至相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)建筑領(lǐng)域的主要工作。文章介紹了既有建筑結(jié)構(gòu)從加固改造到性能提升的發(fā)展歷程，從安全性和抗震性能鑒定、加固改造與性能提升技術(shù)、韌性評(píng)價(jià)三個(gè)方面系統(tǒng)闡述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于既有建筑結(jié)構(gòu)改造的最新研究成果，并指出了既有建筑結(jié)構(gòu)安全性和抗震性能鑒定中存在的技術(shù)問(wèn)題。最后，對(duì)未來(lái)既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升未來(lái)發(fā)展方向做出了展望。

既有建筑；加固改造；性能提升；鑒定；韌性評(píng)價(jià)；技術(shù)問(wèn)題；展望

0 引 言

黨的十八大以來(lái)，國(guó)家的新型城鎮(zhèn)化建設(shè)取得重大歷史成就，城鎮(zhèn)化水平和質(zhì)量大幅提升，城鎮(zhèn)發(fā)展邁上新的歷史性臺(tái)階。2022年，我國(guó)城鎮(zhèn)化率已達(dá)到65.22%，從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)上看，城鎮(zhèn)化率在接近或者超過(guò)70%時(shí)，城鎮(zhèn)化速率將明顯放緩，城鎮(zhèn)化發(fā)展模式將從“高速發(fā)展”轉(zhuǎn)向“高質(zhì)量發(fā)展”[1]。當(dāng)前，城鎮(zhèn)化發(fā)展面臨的問(wèn)題挑戰(zhàn)和機(jī)遇動(dòng)力并存，城鎮(zhèn)的生態(tài)質(zhì)量、安全韌性、治理能力等方面，仍存在較大的提升空間。2023年，全國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議提出，我國(guó)將以實(shí)施城市更新行動(dòng)為抓手，著力打造宜居、韌性、智慧城市[2]。我國(guó)城市發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入城市更新的重要時(shí)期，由大規(guī)模增量建設(shè)轉(zhuǎn)為存量提質(zhì)改造和增量結(jié)構(gòu)調(diào)整并重的階段。推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，以既有建筑改造為主要內(nèi)容的城市更新逐漸成為我國(guó)基本建設(shè)的主旋律。

截至2022年底，我國(guó)既有建筑面積接近700億m2。不同于新建建筑，既有建筑改造受到限制更多，實(shí)施相對(duì)困難，同時(shí)，面臨新舊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的難題。因此，需要系統(tǒng)開(kāi)展既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)的研究，通過(guò)性能化設(shè)計(jì)的手段，達(dá)到性能提升的目標(biāo)。本文簡(jiǎn)要介紹了既有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定、加固改造標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，總結(jié)了既有建筑加固改造與性能提升技術(shù)與韌性評(píng)價(jià)方法的最新成果，并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 既有建筑加固改造思路與發(fā)展歷程

我國(guó)的既有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加固工作已開(kāi)展了將近60年，始于1966年邢臺(tái)地震后，期間國(guó)家有三次大的投入用于房屋建筑與基礎(chǔ)設(shè)施抗震加固工作[3]。

1）1995年底共加固各類(lèi)建筑物2.4億m2，支出經(jīng)費(fèi)44億元，關(guān)系國(guó)計(jì)民生的能源、交通、通信、水利等國(guó)家重點(diǎn)工程基本加固完成。

2）1998年鑒于北京及周邊地區(qū)地震形勢(shì)嚴(yán)竣，中央啟動(dòng)了“首都圈抗震加固示范區(qū)項(xiàng)目”，安排國(guó)債資金13.1億元的專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，用于首都圈中央國(guó)家機(jī)關(guān)行政事業(yè)單位辦公樓、大型公共建筑及部分醫(yī)院與學(xué)校的抗震加固，共完成了357個(gè)項(xiàng)目600多萬(wàn)m2的抗震加固任務(wù)。

3）2008年汶川地震后，鑒于中小學(xué)校舍倒塌造成不少學(xué)生死亡、社會(huì)反響極大，國(guó)務(wù)院?jiǎn)?dòng)了“全國(guó)中小學(xué)校舍安全工程”，中央投入280億元，在全國(guó)近3億m2的中小學(xué)校舍開(kāi)展抗震加固、提高綜合防災(zāi)能力建設(shè)，使學(xué)校校舍達(dá)到重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 既有建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的發(fā)展歷程

1.1.1 20世紀(jì)60年代

1966年3月8日邢臺(tái)地震后，當(dāng)?shù)剞r(nóng)村一些簡(jiǎn)易民房對(duì)前后墻采用簡(jiǎn)單的鋼絲繩進(jìn)行了拉結(jié)處理，這些房屋在3月22日發(fā)生的地震中并未遭到嚴(yán)重破壞，由此開(kāi)始了我國(guó)對(duì)現(xiàn)有房屋的抗震鑒定與加固工作，首先在北京、天津地區(qū)開(kāi)展了房屋的抗震普查與鑒定。

1968年原國(guó)家建委京津地區(qū)抗震辦公室發(fā)布了五本標(biāo)準(zhǔn)草案，并在京津地區(qū)開(kāi)展了抗震鑒定與加固的試點(diǎn)工作。

1.1.2 20世紀(jì)70年代

1975年發(fā)布了《京津地區(qū)工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（試行），該標(biāo)準(zhǔn)中按結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)編寫(xiě)了抗震鑒定要求和加固處理意見(jiàn)，修改了有關(guān)圈梁的加固意見(jiàn)和單層空曠磚房帶壁柱墻高厚比的規(guī)定等。

1977發(fā)布了TJ 23—77《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，配合該標(biāo)準(zhǔn)編制了一些抗震加固圖集。標(biāo)志著抗震鑒定與加固工作已成為防震減災(zāi)的重要組成部分，逐步進(jìn)入規(guī)范化、制度化的軌道。

1.1.3 20世紀(jì)80—90年代

1977年—1978年間，許多單位相繼進(jìn)行了夾板墻、組合柱、外加柱、磚墻裂縫修復(fù)和墻體壓力灌漿等項(xiàng)目的試驗(yàn)研究，并于1978年12月召開(kāi)了全國(guó)抗震加固科研成果交流會(huì)。會(huì)后編制了《民用磚房抗震加固技術(shù)措施》，這對(duì)提高磚房抗震加固設(shè)計(jì)質(zhì)量起到了一定的指導(dǎo)作用。

1980年后，抗震加固技術(shù)的研究不斷深入，在此期間編制了《工業(yè)與民用建筑抗震加固技術(shù)措施》《冶金建筑抗震加固技術(shù)措施》，這段時(shí)間內(nèi)的試驗(yàn)規(guī)模和研究深度，均已標(biāo)志著我國(guó)抗震加固技術(shù)的研究已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

1988年，完成了《房屋抗震鑒定與加固設(shè)計(jì)規(guī)程》（送審稿）。之后該標(biāo)準(zhǔn)被分為兩本，就是后來(lái)的GB 50023—95《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》與JGJ 116—98《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》。

1.1.4 21世紀(jì)初期

汶川地震后，根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部的要求，并配合全國(guó)中小學(xué)校舍安工程的順利開(kāi)展，GB 50023—95《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 116—98《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行了緊急修訂，修訂過(guò)程中吸納了TJ 23—77《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施以來(lái)抗震鑒定與加固的最新研究成果，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外歷次大地震、特別是汶川地震的震災(zāi)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[4]、JGJ 116—2009《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》[5]于2009年正式發(fā)布實(shí)施。

與GB 50023—95《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 116—98《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》相比，GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》在以下幾個(gè)方面有了技術(shù)上的重大進(jìn)步：1）引入了后續(xù)使用年限的概念；2）抗震鑒定的設(shè)防目標(biāo)更加明確；3）提高了學(xué)校、醫(yī)院等重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)建筑的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；4）增加了消能減震、粘貼碳纖維布、鋼絞線(xiàn)聚合物砂漿等抗震加固新技術(shù)。

1.1.5 最新情況

《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例（草案）》已于2021年5月12日獲國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，它是建筑抗震工作的法律性文件，同年，GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》[6]、GB 55022—2021《既有建筑維護(hù)與改造通用規(guī)范》[7]正式頒布實(shí)施。當(dāng)前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑消能減震加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)通過(guò)審查，這將為提高建筑物抗震能力發(fā)揮重要作用。

1.2 既有建筑綠色改造、綜合性能提升的發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，特別是為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的形勢(shì)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，改造不僅僅是從結(jié)構(gòu)的安全性出發(fā)，還對(duì)整體建筑乃至整個(gè)區(qū)域從空間、功能和效能上進(jìn)行改造，改造后可以實(shí)現(xiàn)建筑空間的擴(kuò)展、使用功能的提高、能耗的降低和使用舒適度的提升。目的是更好地滿(mǎn)足人們生活工作的需求，達(dá)到節(jié)能降碳的目標(biāo)，符合可持續(xù)發(fā)展的理念[8]。

2005年，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》（國(guó)發(fā)〔2005〕44號(hào)）頒布，將城市功能提升與空間節(jié)約利用、建筑節(jié)能與綠色建筑、城市生態(tài)居住環(huán)境質(zhì)量保障等作為城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域的優(yōu)先主題。從2006年開(kāi)始，既有建筑的改造主要圍繞安全性改造、節(jié)能節(jié)水改造、功能性改造、環(huán)境改善等綠色化改造內(nèi)容，關(guān)注氣候變化，強(qiáng)調(diào)建筑低碳發(fā)展?！秶?guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）》提出改造提升中心城區(qū)功能，推動(dòng)新型城市建設(shè)，要求按照改造更新與保護(hù)修復(fù)并重的要求，健全舊城改造機(jī)制，優(yōu)化提升舊城功能。2015年中央城市工作會(huì)議提出優(yōu)化存量的重點(diǎn)任務(wù)，推進(jìn)城市既有建筑節(jié)能及綠色化改造，北方地區(qū)城市全面推進(jìn)既有建筑節(jié)能改造[9-10]。

從2016年至今，我國(guó)既有建筑改造進(jìn)入到綜合性能提升改造階段，2016年2月6日頒發(fā)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見(jiàn)》，要求有序?qū)嵤┏鞘行扪a(bǔ)和有機(jī)更新，解決老城區(qū)環(huán)境品質(zhì)下降、空間秩序混亂等問(wèn)題，通過(guò)維護(hù)加固老建筑等措施，恢復(fù)老城區(qū)功能和活力。2021年9月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》（中發(fā)【2021】36號(hào)文）正式發(fā)布，明確了我國(guó)做好碳達(dá)峰、碳中和工作的重要意見(jiàn)。我國(guó)城鎮(zhèn)總建筑存量約740億m2，體量巨大，其碳排放約占我國(guó)碳排放總量的20%。因此，推動(dòng)既有建筑低碳綠色化提升改造成為未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間我國(guó)城市更新領(lǐng)域的主要工作。

2 既有建筑結(jié)構(gòu)安全性和抗震性能鑒定

既有建筑的鑒定包括安全性鑒定與抗震鑒定，安全性鑒定指僅考慮永久荷載與可變荷載作用下的結(jié)構(gòu)承載能力鑒定，抗震鑒定則為在鑒定過(guò)程中考慮地震作用影響的抗震能力鑒定[6]。二者的發(fā)展歷程、鑒定思路與方法均不同。

2.1 安全性鑒定發(fā)展歷程

1984年頒布的《房屋完損等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[11]是我國(guó)最早對(duì)既有房屋建筑進(jìn)行整體完好性或損壞程度等級(jí)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)房屋安全鑒定的開(kāi)端[12]。1990年，我國(guó)出臺(tái)了首部可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)——GBJ 144—1990《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，創(chuàng)立了基于故障樹(shù)（Fault Tree）理論的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)可靠性鑒定傳力樹(shù)模型，解決了長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)缺少可靠性量化評(píng)定方法的現(xiàn)狀[13]，9年后發(fā)布的GB 50292—1999《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[14]是我國(guó)首部民用建筑鑒定標(biāo)準(zhǔn)，并于2015年發(fā)布了最新版[15]。

2021年發(fā)布的GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》[6]在安全性鑒定方面依然延續(xù)了上述兩本鑒定標(biāo)準(zhǔn)的思路，其內(nèi)容和程序如圖1所示，屬于根據(jù)分級(jí)模式設(shè)計(jì)的評(píng)定程序，分為構(gòu)件層次、子系統(tǒng)層次、系統(tǒng)層次三級(jí)，可以根據(jù)實(shí)際需要僅進(jìn)行至某一層級(jí)，每一層級(jí)劃分為不同的安全性等級(jí)，按最低等級(jí)項(xiàng)目鑒定結(jié)果或綜合評(píng)定結(jié)果確定層級(jí)的最終安全等級(jí)。由上所述，可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)跨越的三十年間，鑒定的整體思路與方法沒(méi)有發(fā)生根本性的變化。

圖1 安全性鑒定的內(nèi)容

2.2 抗震鑒定發(fā)展歷程

我國(guó)首部抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)TJ 11—74《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》于1974年發(fā)布，此前的建筑在設(shè)計(jì)時(shí)均未考慮抗震設(shè)防，因此六七十年代發(fā)生的數(shù)次大地震造成了巨大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，直接推動(dòng)了我國(guó)抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

我國(guó)抗震鑒定的發(fā)展大致可分為兩個(gè)階段：第一階段是起步階段：以《京津地區(qū)工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（試行）、TJ 23—77《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》為代表，該時(shí)期對(duì)于抗震構(gòu)造措施、抗震承載力的鑒定是分別進(jìn)行的，震害預(yù)測(cè)工作量極大。GB 50023—95《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》基于篩選法的原理提出了兩級(jí)鑒定方法，并提出了綜合抗震能力的概念，通過(guò)第一級(jí)宏觀鑒定篩選出不需要加固的建筑，第二級(jí)鑒定則以抗震承載力驗(yàn)算為主，減少了不必要的工作，也標(biāo)志著我國(guó)抗震鑒定進(jìn)入了成熟發(fā)展階段（圖2）。我國(guó)現(xiàn)行GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中基本沿用了GB 50023—95《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的鑒定思路[3-4,16]。

圖2 抗震鑒定的內(nèi)容與流程

2.3 存在的問(wèn)題

2.3.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的選擇

近年來(lái)，我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的底線(xiàn)要求逐步提高，2008至2016年間，我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂了3次，2018年發(fā)布的GB 50068—2018《建筑可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[17]提高了永久荷載與可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，2021年發(fā)布的抗震通規(guī)進(jìn)一步將重力荷載分項(xiàng)系數(shù)由1.2調(diào)整為1.3，提升了新建建筑的安全性。

但是這些調(diào)整對(duì)于既有建筑的鑒定工作帶來(lái)了一定的影響，GB 50292—1999《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，用于承載力驗(yàn)算的抗力作用效應(yīng)比中的抗力和效應(yīng)均應(yīng)按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，這會(huì)造成構(gòu)件按承載力評(píng)定等級(jí)降低，進(jìn)而有可能會(huì)導(dǎo)致鑒定單元評(píng)級(jí)為結(jié)果需要“必須立即采取措施”，出現(xiàn)安全性鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果不符的情況。GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》中對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，規(guī)定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)鑒定目的進(jìn)行選擇，但在具體執(zhí)行過(guò)程中仍存在一些細(xì)節(jié)問(wèn)題。

2.3.2 安全性與抗震鑒定的關(guān)系

二者的關(guān)系問(wèn)題一直以來(lái)存在較大的爭(zhēng)議，結(jié)構(gòu)的安全性從廣義上來(lái)說(shuō)包含抗震安全性，GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》中也規(guī)定“既有建筑的鑒定應(yīng)同時(shí)進(jìn)行安全性鑒定和抗震鑒定”。但是對(duì)于具體工程情況，如局部加固與改造，僅涉及到個(gè)別構(gòu)件承載力的復(fù)核問(wèn)題，是否需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行安全性與抗震鑒定？對(duì)此，程紹革[18]指出，由于GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》中同時(shí)規(guī)定了安全性鑒定可只進(jìn)行到構(gòu)件層次，此時(shí)的鑒定不屬于對(duì)整體結(jié)構(gòu)的鑒定，因此也就自然不必同時(shí)對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定，對(duì)GB 55021—2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》中第2.0.4條的正確理解應(yīng)為：安全性鑒定后不一定要做抗震鑒定，抗震鑒定前必須要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)安全性鑒定。

2.3.3 鑒定等級(jí)評(píng)定方法

既有建筑的鑒定工作中現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)占很大比重，而現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果主要依據(jù)視覺(jué)判斷和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，尚未建立宏觀損傷現(xiàn)象與客觀損傷指標(biāo)的關(guān)系[19]，受主觀意識(shí)和認(rèn)知偏差的影響大，對(duì)于構(gòu)件層次的安全性鑒定、抗震構(gòu)造鑒定，仍采取“短板控制”的鑒定方法是否合理有待進(jìn)一步研究[20]。

2.3.4 使用設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算既有建筑

擬建建筑與既有建筑的主要區(qū)別在于擬建建筑具有不確定性，隨機(jī)因素非常多，而既有建筑是客觀存在的，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)等手段“去隨機(jī)性”，因此，在抗力計(jì)算時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)、材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)等與設(shè)計(jì)考慮的不確定性完全不同，劉立渠等[21]指出，直接采用設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算公式進(jìn)行既有建筑的驗(yàn)算是造成鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)論不符的深層原因。

3 既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升技術(shù)

3.1 常用技術(shù)

3.1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是在混凝土構(gòu)件外增加混凝土和鋼筋，可以提高構(gòu)件承載力和剛度。通常用于受彎加固（梁、板構(gòu)件）、壓彎拉彎加固（柱、墻構(gòu)件）及復(fù)雜受力構(gòu)件（壓彎剪構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)區(qū)加固）[22]。該方法采用同時(shí)增加鋼筋和混凝土的方式進(jìn)行加固，最小加固厚度取決于材料和工藝。經(jīng)過(guò)加固，截面的剛度和承載力都有顯著的提高。加固中采取鋼筋搭接、焊接和混凝土粗糙面連接的方式，保證加固后構(gòu)件基本滿(mǎn)足平截面假定。承載力驗(yàn)算時(shí)，多按照平截面假定合理估計(jì)原有鋼筋應(yīng)力，計(jì)算整個(gè)截面的承載能力。

增大截面加固法的研究主要集中于增大截面加固法對(duì)于受彎、壓彎和拉彎正截面承載力[23-25]、斜截面承載力[26]、抗震延性[27]和可靠度[28]的影響。增大截面法對(duì)于原先存在劣化或損傷的混凝土構(gòu)件也有良好的效果，較新的研究包括高溫?fù)p傷[29-30]、震后損傷[31-32]、銹蝕損傷[33]、靜力損傷[34]后的混凝土構(gòu)件，采用增大截面加固法后的承載力研究。對(duì)于其他加固方法不易解決的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)加固問(wèn)題也常采用增大截面加固法。同時(shí)，為提高加固性能，也有采用高性能混凝土對(duì)截面進(jìn)行加固等大相關(guān)研究[35]。增大截面法中，采用高性能易澆筑的混凝土材料、新舊混凝土界面?zhèn)髁C(jī)制、截面疲勞性能和考慮原劣化混凝土的承載力分析尚需要進(jìn)一步研究。

3.1.2 包鋼、粘鋼加固

包鋼加固和粘鋼加固是兩種不完全相同的加固思路。其中包鋼加固是在混凝土構(gòu)件外包型鋼及綴板連接成架構(gòu)與原混凝土結(jié)構(gòu)共同受力，包鋼加固構(gòu)件更接近于組合構(gòu)件受力方式。包鋼加固方式包括外包角鋼加固[36-37]、外套鋼管加固[38]、型鋼混凝土組合梁[39]等。外包鋼型材具有單獨(dú)受力能力，與原混凝土材料復(fù)合受力。外包鋼材起到骨架作用承擔(dān)部分受力，對(duì)原混凝土構(gòu)件起到支撐作用，被附著的混凝土構(gòu)件改善了鋼骨架的受壓穩(wěn)定問(wèn)題，合理受力的構(gòu)件可以起到類(lèi)似組合結(jié)構(gòu)一加“1+1>2”的效果。其計(jì)算方式也與組合結(jié)構(gòu)類(lèi)似，按照平截面假定考慮鋼材貢獻(xiàn)，同時(shí)考慮加固構(gòu)件的二次受力問(wèn)題。研究表明，外包型材可以對(duì)原混凝土構(gòu)件產(chǎn)生約束效應(yīng)，起到改善混凝土受力、提高構(gòu)件延性[36, 40-41]的作用。

粘鋼加固是在混凝土構(gòu)件外皮粘貼鋼板以補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，提高局部受拉承載力。通過(guò)粘貼界面?zhèn)髁?，新粘貼與原被加固構(gòu)件共同受力。粘貼鋼板可以控制彎曲、受拉產(chǎn)生的直裂縫，也可以控制受剪產(chǎn)生的斜裂縫，可以有效提高構(gòu)件正截面和斜截面承載力，通常適用于受彎、受拉和大偏心受壓構(gòu)件[42]，也有用于節(jié)點(diǎn)加固[43-45]。由于粘鋼加固通過(guò)鋼板黏結(jié)界面應(yīng)力[46-48]提高構(gòu)件受彎和受剪承載力[38, 48-51]，其加固極限承載力不僅取決于外加鋼板的數(shù)量，同時(shí)受制于黏結(jié)界面的傳遞能力，在粘鋼加固的破壞試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)黏結(jié)界面破壞[48, 52-53]，因此通常會(huì)限制粘鋼加固的承載力上限，且需要考慮新增鋼板二次受力效率問(wèn)題。

3.1.3 纖維復(fù)合材料粘貼加固

常用于混凝土結(jié)構(gòu)加固的纖維包括碳纖維[54]、玄武巖纖維[55]、芳綸纖維[54]等。對(duì)于受拉、受彎和受剪構(gòu)件，纖維復(fù)合材料粘貼加固的原理與粘鋼加固類(lèi)似，主要通過(guò)黏結(jié)界面?zhèn)鬟f應(yīng)力，控制被加固構(gòu)件的裂縫開(kāi)展，起到共同受力的效果。相比鋼板，纖維復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、粘貼貼合性好和施工便利等優(yōu)點(diǎn)。纖維布粘貼加固可以類(lèi)似粘鋼加固使用[56]，通過(guò)在混凝土構(gòu)件外皮粘貼高強(qiáng)度纖維復(fù)材以提高局部受拉承載力，提高構(gòu)件受彎[56-60]或受剪承載力[61-63]。類(lèi)似粘鋼加固，碳纖維布與混凝土黏結(jié)界面的剝離破壞[64]和加固前初始應(yīng)力[65-66]應(yīng)給予重視。通常需要限制纖維復(fù)合材料加固的承載力上限，且在考慮二次受力的情況下按應(yīng)力分配考慮粘貼纖維承擔(dān)的應(yīng)力對(duì)其承載力進(jìn)行折減。

纖維復(fù)合材料加固不僅適用于受彎、受拉和大偏心受壓構(gòu)件，也適用于軸心受力構(gòu)件和抗震構(gòu)件[67]。纖維復(fù)合材料可以較為方便地對(duì)柱構(gòu)件進(jìn)行包裹，提高混凝土的周?chē)s束。按照約束混凝土理論，受約束的混凝土可以有效提高其軸心極限承載力和延性。較多研究表明，采用纖維復(fù)合材料包裹加固后的柱構(gòu)件的受壓、壓彎承載力[68]和延性[69]得到了顯著的提升。纖維復(fù)合材料加固圓柱構(gòu)件的約束效應(yīng)更好，對(duì)于方柱需要將柱邊角改圓之后再用纖維復(fù)合材料進(jìn)行包裹。由于受力依賴(lài)于界面連接，對(duì)于構(gòu)件母材易破碎的情況下，試驗(yàn)表明纖維復(fù)合材料粘貼加固對(duì)砌體墻的加固作用有限[58]。

3.1.4 高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固

高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固，其加固方式類(lèi)似于加大截面法，是將網(wǎng)片作為受拉構(gòu)件與混凝土變形協(xié)調(diào)、共同受力，在待加固構(gòu)件外增加一層加固覆蓋層。高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固在混凝土外表面附加較小直徑的鋼筋網(wǎng)，采用涂抹的方式將砂漿涂抹到待加固構(gòu)件表面。相比加大截面法，其涂抹的方式施工效率更高，完成面最小厚度更薄；相比粘鋼和粘碳纖維加固，由于有水泥砂漿的包裹，加固材料的防火和耐腐蝕性可得到保障，加固成本更低。為提高加固效率，通常采用高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)，并在鋼絞線(xiàn)上施加預(yù)應(yīng)力。

高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固應(yīng)用較為廣泛，是砌體墻抗震加固[70-71]的一種常用技術(shù)手段。當(dāng)鋼絞線(xiàn)的含鋼率較高時(shí)，可以顯著地改善砂漿的受力性能。對(duì)于混凝土梁、柱和墻等構(gòu)件復(fù)雜受力狀況下的加固均有研究和應(yīng)用。對(duì)于混凝土構(gòu)件，常用高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固的方式包括混凝土樓板加固[72]、混凝土梁加固[73-75]、框架節(jié)點(diǎn)加固[75-77]、裂縫控制[76]。高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)砂漿加固方式加固的方式同樣會(huì)受到附著截面的影響，因此加固的厚度不宜太厚，通常需限制提升承載力上限。同時(shí)，高強(qiáng)鋼絞線(xiàn)包裹柱身也可以達(dá)到類(lèi)似于纖維復(fù)核材料包裹的作用，通過(guò)提高混凝土的周?chē)s束，顯著提高柱在軸心受壓、偏壓下的極限承載力和延性[78]。

3.2 減隔震加固技術(shù)

3.2.1 消能減震加固

消能減震技術(shù)是一種高效的抗震手段，在結(jié)構(gòu)的合理位置設(shè)置耗能能力優(yōu)異的阻尼器[79]，提高結(jié)構(gòu)的耗能能力和抗側(cè)延性[80]。在20世紀(jì)70年代從機(jī)械控制領(lǐng)域引入土木工程，經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，在被動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和主動(dòng)控制方面有大量研究，同時(shí)適用于新建和加固結(jié)構(gòu)。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的是被動(dòng)減震技術(shù)。在20世紀(jì)90年代的一批首都圈防震減災(zāi)示范區(qū)建設(shè)中，北京火車(chē)站、北京飯店和北京展覽館等標(biāo)志性建筑即采用了消能減震技術(shù)進(jìn)行加固，2008年汶川地震及后續(xù)的震后建筑加固中亦采用了減震技術(shù)。國(guó)務(wù)院、住建部、北京市等各級(jí)主管部門(mén)都發(fā)布了在加固結(jié)構(gòu)中推廣使用減隔震的要求。

經(jīng)過(guò)多年的研究、產(chǎn)線(xiàn)迭代和工程實(shí)踐，消能減震已經(jīng)由當(dāng)初90年代完全依賴(lài)進(jìn)口，到如今國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展出了非常成熟、豐富的消能減震產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不次于進(jìn)口產(chǎn)品，種類(lèi)和型號(hào)尚在不斷更新迭代中。常用的消能減震產(chǎn)品包括，屈曲約束支撐[81-84]、黏滯阻尼器[85]、摩擦阻尼器[86]、黏彈性阻尼器[87]等。消能減震加固對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)的抗震加固效果最佳，可以顯著改善結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，將加固集中于安裝阻尼器的跨附近，避免了常規(guī)加固方式下大量的加固，節(jié)約加固時(shí)間和加固造價(jià)，方案具有一定優(yōu)勢(shì)。

消能減震設(shè)計(jì)方法也在不斷發(fā)展中，可以通過(guò)附加阻尼比和等效剛度考慮阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的貢獻(xiàn)[88-89]，降低了設(shè)計(jì)難度。另外，對(duì)于原結(jié)構(gòu)構(gòu)造不滿(mǎn)足的情況，尚可以采用體系性能化設(shè)計(jì)的方法[84, 90-91]，擴(kuò)展了消能減震加固的適用范圍。

3.2.2 隔震加固

隔震技術(shù)通過(guò)隔震墊延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期并提高耗能能力，可以顯著提高上部結(jié)構(gòu)抗震能力。與減震技術(shù)同樣起源于20世紀(jì)70年代，90年代在我國(guó)得到應(yīng)用。在多次地震檢驗(yàn)中，隔震建筑表現(xiàn)出良好的抗震性能。采用隔震的建筑內(nèi)裝修損傷小、家具不宜倒伏和人員舒適度較高等優(yōu)點(diǎn)使得其在醫(yī)院、學(xué)校類(lèi)對(duì)抗震要求高的建筑中得到了大量應(yīng)用。同減震技術(shù)類(lèi)似，當(dāng)前隔震產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并有各級(jí)主管部門(mén)的政策支持，發(fā)展較快。隔震層、隔震溝、外裝飾、樓梯、電梯和通風(fēng)井等的隔震構(gòu)造措施[92]影響了隔震建筑的完成度，應(yīng)當(dāng)予以關(guān)注。

隔震加固的適用范圍較廣，對(duì)大多數(shù)高寬比不大、抗震能力不足的結(jié)構(gòu)都有非常優(yōu)異的加固效果。經(jīng)過(guò)隔震加固的建筑，其抗震性能和震后易恢復(fù)性都可以得到極大提升，在大量框架結(jié)構(gòu)[93]、框架剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)[94]都有大量的隔震加固應(yīng)用。但由于隔震層、隔震溝和管線(xiàn)改造等方面的需求，隔震加固的造價(jià)偏高和周期相對(duì)較長(zhǎng)，相對(duì)適合于抗震要求較高的建筑加固，該加固方式對(duì)于歷史建筑[94-97]、需要位置平移的建筑、底部損傷的建筑[97-98]尤其適用。

3.3 結(jié)構(gòu)抗震加固韌性技術(shù)

3.3.1 附加子結(jié)構(gòu)技術(shù)

附加子結(jié)構(gòu)的加固方式[99-100]是結(jié)構(gòu)整體體系加固方式的一種，傳統(tǒng)加固中常有采用，如增加剪力墻、增加受力框架和增加支撐的方式。其思路是對(duì)結(jié)構(gòu)附加一個(gè)額外的結(jié)構(gòu)體系以提升原結(jié)構(gòu)的抗震性能，在中國(guó)國(guó)家博物館的加固中就采用的是增加受力框架的方式；在一些砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)中，常采用增設(shè)剪力墻或增加支撐的方式。

除了傳統(tǒng)硬抗的思路，還有采取改善結(jié)構(gòu)變形耗能性能的思路，如采用附加消能框架、搖擺墻體系和自復(fù)位體系，通過(guò)子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)原結(jié)構(gòu)變形能力，使得原結(jié)構(gòu)整體抗震性能得到極大提升。搖擺墻體系通過(guò)與原結(jié)構(gòu)并聯(lián)一個(gè)底部交接墻體，可以有效控制結(jié)構(gòu)變形和損傷的離散性[100]。自復(fù)位體系可以附加在子結(jié)構(gòu)上以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位[101]。

3.3.2 可恢復(fù)功能的防震技術(shù)

隨著人們對(duì)抗震要求的不斷發(fā)展，對(duì)抗震建筑的要求已經(jīng)從單一的保障生命、財(cái)產(chǎn)安全發(fā)展到需考慮震后恢復(fù)效率的階段。根據(jù)多次地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于城市遭受地震沖擊后，大量建筑的加固需求將對(duì)城市加固維修能力形成沖擊。此時(shí)需要快速恢復(fù)城市中重要建筑的功能，因此韌性城市概念被提出。對(duì)于城市重要建筑，控制其震時(shí)反應(yīng)、減少其震后損失、實(shí)現(xiàn)快速可恢復(fù)成為越來(lái)越關(guān)注的話(huà)題。對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的評(píng)估，也從單一的力學(xué)概念，發(fā)展到經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)控制和全生命期范圍。結(jié)構(gòu)魯棒性、防倒塌能力、中震下正常使用性能和震后可恢復(fù)性成為關(guān)注焦點(diǎn)。

可恢復(fù)功能的防震技術(shù)是指在設(shè)計(jì)初即充分考慮結(jié)構(gòu)在震后快速恢復(fù)使用功能的技術(shù)[102]。通過(guò)合理設(shè)計(jì)損傷集中部位，在地震發(fā)生后，可以通過(guò)快速更換或加固損傷部位從而快速恢復(fù)使用功能。通過(guò)合理設(shè)計(jì)的隔震和減震手段可以有利于提高建筑的震后可恢復(fù)性，更加廣義的概念是在結(jié)構(gòu)的一些易損部位實(shí)現(xiàn)高延性和可更換功能，當(dāng)前在研究的可更換部位包括可更換連梁[101,103]、可更換柱[104-105]、可更換節(jié)點(diǎn)[106-107]和可更換剪力墻角[108-109]等。通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性分析，以及完善的部品部件系統(tǒng)，有望在將來(lái)的發(fā)展中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

4 既有建筑結(jié)構(gòu)韌性評(píng)價(jià)

既有建筑結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估方法主要經(jīng)歷了二大階段。第一代抗震性能評(píng)估方法以美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署（Federal Emergency Manage Agency，F(xiàn)EMA）FEMA 273、FEMA 356和ASCE/SEI 41–06等為代表，采用確定性方法，依據(jù)由地震強(qiáng)度等級(jí)和結(jié)構(gòu)性能等級(jí)構(gòu)成的性能水準(zhǔn)矩陣來(lái)評(píng)估單體建筑的抗震性能，該方法有一定的局限性：1）采用確定性分析方法，未考慮地震動(dòng)的隨機(jī)性對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行概率分析；2）往往忽略了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及設(shè)備損傷對(duì)整體結(jié)構(gòu)性能的影響；3）以結(jié)構(gòu)層間位移角、材料應(yīng)變等專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)反映評(píng)估結(jié)果，對(duì)于非專(zhuān)業(yè)人士難以理解，增加了決策難度[110]。

第二代抗震性能評(píng)估方法開(kāi)始于2002年，F(xiàn)EMA發(fā)起了ATC—58計(jì)劃，旨在發(fā)展新一代建筑抗震性能設(shè)計(jì)和評(píng)估方法。

2012年，美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署和美國(guó)技術(shù)應(yīng)用委員會(huì)基于全概率韌性評(píng)估框架提出了FEMA P–58建筑性能評(píng)估方法[112]，并開(kāi)發(fā)了配套評(píng)估工具PACT[113]（Performance Assessment Calculation Tool）。FEMA P–58方法引入了概率分析方法，增強(qiáng)了評(píng)估結(jié)果的可信度，建立了包括人員傷亡、修復(fù)費(fèi)用和修復(fù)時(shí)間等性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，比第一代方法所采用的專(zhuān)業(yè)性結(jié)果更便于決策方理解。人員傷亡、修復(fù)費(fèi)用和修復(fù)時(shí)間等性能指標(biāo)反映了建筑維持與恢復(fù)原有建筑功能的能力，也被稱(chēng)為韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)。FEMA P–58方法根據(jù)工程需求參數(shù)（層間位移角、樓面加速度等）和構(gòu)件易損性數(shù)據(jù)庫(kù)確定構(gòu)件損傷狀態(tài)，再根據(jù)構(gòu)件損傷狀態(tài)通過(guò)損失函數(shù)計(jì)算性能評(píng)估指標(biāo)，奠定了建筑抗震韌性評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)。

2013年，奧雅納工程咨詢(xún)有限公司聯(lián)合多家單位基于 FEMA P–58方法依托PACT工具發(fā)布了REDi Rating System[114]，改進(jìn)了修復(fù)時(shí)間計(jì)算方法（計(jì)入震后延遲開(kāi)工時(shí)間及公共設(shè)施中斷時(shí)間），首次引進(jìn)了評(píng)級(jí)系統(tǒng)，建立了一套4 個(gè)維度（組織韌性、建筑韌性、環(huán)境韌性、損失評(píng)估）、 3 個(gè)等級(jí)（白金級(jí)、金級(jí)、銀級(jí)）和 65 個(gè)指標(biāo)的建筑抗震韌性指數(shù)評(píng)估體系。

2015年，美國(guó)韌性委員會(huì)建立了建筑性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)USRC Rating System[115]，建立一套3個(gè)維度（安全、損傷、可恢復(fù)）、5個(gè)等級(jí)（白金級(jí)、金級(jí)、銀級(jí)、銅級(jí)和成員級(jí)）的韌性評(píng)級(jí)體系，對(duì)建筑進(jìn)行掛牌評(píng)價(jià)及交易評(píng)價(jià)，推動(dòng)了建筑結(jié)構(gòu)韌性評(píng)級(jí)在社會(huì)范圍內(nèi)的普及。USRC本身并不提供新的韌性評(píng)估方法，而是基于 ASCE 41–13問(wèn)卷調(diào)查或 FEMA P–58、REDi 提供的評(píng)估結(jié)果獲得韌性評(píng)級(jí)。

2021年，由清華大學(xué)牽頭相關(guān)單位編制的GB/T 38591—2020《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[116]正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我國(guó)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和震害調(diào)查修正了結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部分非結(jié)構(gòu)構(gòu)件易損性數(shù)據(jù)，建立了三星制韌性評(píng)級(jí)體系。潘鵬團(tuán)隊(duì)基于該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了適用于我國(guó)的建筑抗震韌性評(píng)價(jià)系統(tǒng)[117]，極大地推動(dòng)了我國(guó)建筑抗震韌性評(píng)價(jià)工作的發(fā)展。

總體來(lái)說(shuō)，以上四種抗震韌性評(píng)估方法在工程需求參數(shù)的獲取、需求參數(shù)矩陣擴(kuò)充及構(gòu)件損傷狀態(tài)判定方面基本一致，評(píng)價(jià)流程如圖3（a）所示。建筑信息包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的種類(lèi)、數(shù)量、材料、幾何尺寸，設(shè)備的種類(lèi)、數(shù)量、安裝方式等。對(duì)于既有建筑，宜進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，依據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行模型修正，并在給定地震水準(zhǔn)下進(jìn)行非線(xiàn)性動(dòng)力時(shí)程分析。

圖3 建筑抗震韌性評(píng)價(jià)流程

由于式（1）所表征的是一組復(fù)雜的積分函數(shù)關(guān)系，無(wú)法直接求得解析解，可采用蒙特卡洛方法求解。非線(xiàn)性動(dòng)力時(shí)程分析往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，一般只做少量地震動(dòng)的時(shí)程分析，這就需要對(duì)原始樣本進(jìn)行擴(kuò)充，得到大量的模擬樣本。假定原始樣本矩陣滿(mǎn)足聯(lián)合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，擴(kuò)充后的矩陣與原始矩陣具有相同的均值與協(xié)方差。對(duì)于工程需求參數(shù)數(shù)目大于時(shí)程分析的地震動(dòng)數(shù)目或工程需求參數(shù)線(xiàn)性相關(guān)的情況，協(xié)方差矩陣非滿(mǎn)秩，Yang等[118]提出的方法中Cholesky分解算法將變得不穩(wěn)定，可采用FEMA P–58[112]附錄G方法進(jìn)行樣本矩陣擴(kuò)充。

以上四種傳統(tǒng)的抗震韌性評(píng)估方法預(yù)測(cè)精度多停留在性能組，而非構(gòu)件組。換言之，評(píng)估方法針對(duì)的是一類(lèi)構(gòu)件而非一個(gè)構(gòu)件，而不同位置、布置方式的構(gòu)件損傷狀態(tài)可能相差較大。比如，對(duì)于存在樓層變形不均勻、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等情況的結(jié)構(gòu)，同一樓層不同位置的構(gòu)件變形是不同的，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的層間位移角難以準(zhǔn)確反映同樓層所有構(gòu)件的變形。對(duì)于沒(méi)有層概念的空間結(jié)構(gòu)，無(wú)法定義層間位移角，因而傳統(tǒng)的根據(jù)層間位移角判斷構(gòu)件損傷狀態(tài)的方法無(wú)法對(duì)該類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震韌性評(píng)價(jià)。為增強(qiáng)建筑抗震韌性評(píng)價(jià)方法對(duì)沒(méi)有層概念的空間結(jié)構(gòu)的適用性，提高樓層變形不均勻、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的構(gòu)件損傷狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性，使之可以更靈活地適用于復(fù)雜建筑，肖從真等[119]參照GB/T 38591—2020《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)韌性評(píng)價(jià)流程進(jìn)行了改進(jìn)，提出了基于構(gòu)件損傷狀態(tài)的抗震韌性評(píng)價(jià)方法，并開(kāi)發(fā)了配套軟件SAUSG-RES，韌性評(píng)價(jià)流程如圖3（b）所示，詳細(xì)步驟如下：

1）地震危險(xiǎn)性分析，確定地震動(dòng)強(qiáng)度，選取合適的地震動(dòng)記錄。

2）采用纖維梁和分層殼模型或塑性鉸模型進(jìn)行非線(xiàn)性動(dòng)力時(shí)程分析獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

3）根據(jù)非線(xiàn)性時(shí)程分析結(jié)果，采用基于材料應(yīng)力應(yīng)變或者損傷的構(gòu)件性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或者基于構(gòu)件轉(zhuǎn)角或位移角的構(gòu)件性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定構(gòu)件損傷狀態(tài)。

4）提取構(gòu)件損傷狀態(tài)作為原始樣本，并對(duì)構(gòu)件損傷狀態(tài)矩陣進(jìn)行擴(kuò)充。

5）根據(jù)擴(kuò)充后的構(gòu)件損傷狀態(tài)矩陣，按照GB/ T 38591—2020《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間及人員傷亡指標(biāo)。

6）計(jì)算修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間及人員傷亡指標(biāo)給定置信水平的置信區(qū)間，估計(jì)置信上限。

7）根據(jù)修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)時(shí)間及人員傷亡指標(biāo)的置信上限進(jìn)行韌性評(píng)級(jí)。

根據(jù)非線(xiàn)性時(shí)程分析材料應(yīng)力、應(yīng)變或構(gòu)件轉(zhuǎn)角判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷狀態(tài)的方法，增強(qiáng)了抗震韌性評(píng)價(jià)方法對(duì)于沒(méi)有層概念的空間結(jié)構(gòu)的適用性，提高了存在樓層變形不均勻、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等情況的結(jié)構(gòu)的構(gòu)件損傷狀態(tài)判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用抗震韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)給定置信水平的置信上限進(jìn)行抗震韌性評(píng)級(jí)，考慮了地震動(dòng)數(shù)目及時(shí)程分析結(jié)果離散性的影響，提升了韌性評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié) 論

1）我國(guó)既有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加固工作始于1966年，目前歷經(jīng)了20世紀(jì)60年代、20世紀(jì)70年代、20世紀(jì)80—90年代、21世紀(jì)四個(gè)階段，當(dāng)前既有建筑改造已由單一的結(jié)構(gòu)加固進(jìn)入到功能、節(jié)能、綠色、低碳等綜合性能提升改造階段。

2）鑒定是既有建筑加固前的必要程序，也是工程師制定科學(xué)合理的加固方案的技術(shù)依據(jù)，我國(guó)既有建筑鑒定發(fā)展的幾十年間，鑒定標(biāo)準(zhǔn)與方法逐漸完善，但在工程實(shí)踐應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題。

3）經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升技術(shù)有了顯著進(jìn)步，該技術(shù)已經(jīng)從構(gòu)件局部加固發(fā)展到了體系加固和性能化加固方法，從被動(dòng)式的損傷后修復(fù)發(fā)展到預(yù)估損傷實(shí)現(xiàn)可快速替換恢復(fù)技術(shù)，從單一力學(xué)概念發(fā)展到城市建筑群概念。

4）建筑抗震韌性評(píng)價(jià)方法在第一代抗震性能評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上引入了概率分析方法，增強(qiáng)了評(píng)估結(jié)果的可信度，考慮了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，建立了包括人員傷亡、修復(fù)費(fèi)用和修復(fù)時(shí)間等性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，便于決策方理解。以FEMA P–58、REDi、USRC和GB/T 38591—2020《建筑抗震韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》為代表的抗震韌性評(píng)價(jià)方法極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外建筑抗震韌性評(píng)價(jià)工作的發(fā)展。

5.2 展 望

1）既有建筑改造以滿(mǎn)足建筑功能需求為前提，在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，提升消防性能、綠色改造、降低能效、減少碳排放是未來(lái)發(fā)展方向，需重點(diǎn)研究有效的消防補(bǔ)償措施、高效的綠色改造和能效提升技術(shù)。

2）隨著我國(guó)既有建筑存量的逐年提升，鑒定需求也將逐步增長(zhǎng)，亟需針對(duì)目前工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的具體問(wèn)題，從鑒定理論、技術(shù)方法等方面進(jìn)一步細(xì)化、完善我國(guó)既有建筑鑒定標(biāo)準(zhǔn)，為既有建筑鑒定工作提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

3）隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升技術(shù)的需求也在增長(zhǎng)中，更先進(jìn)準(zhǔn)確的體系化和性能化加固設(shè)計(jì)方法，更高性能的可更換部品部件和減隔震產(chǎn)品，以建筑群為目標(biāo)的更高魯棒性、更快震后恢復(fù)功能的建筑技術(shù)等將是未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。

4）既有建筑抗震韌性評(píng)價(jià)體系及基于韌性的性能提升設(shè)計(jì)理論亟待完善相關(guān)基礎(chǔ)性研究工作，包括：制定合理的既有建筑抗震韌性目標(biāo)、完善結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件易損性數(shù)據(jù)庫(kù)、與建筑信息模型（BIM）結(jié)合獲取精細(xì)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息、研究不同加固方案對(duì)既有建筑抗震韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律，建立和完善既有建筑抗震韌性評(píng)價(jià)體系及相關(guān)規(guī)范等。

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Current Situation and Development of Retrofitting and Performance Improvement for Existing Building Structures

XIAO Congzhen LI Jianhui MA Tianyi WEI Yue WU Zhenhong QIAO Baojuan

(China Academy of Building Research, Beijing 100013, China)

China's urban development has shifted from incremental planning to inventory planning. With the goal of high quality development, retrofitting and performance improvement for existing building structures have become the main task of building sector at present or even for a quite long time. The paper introduced the developmet process from retrofitting to performance improvement of existing building structures, systematically expounded the latest research results of existing building structure reconstruction at home and abroad from three aspects: safety and seismic performance appraisal, retrofitting and performance improvement technology, and resilience evaluation. Moreover, the technical problems existing in the safety and seismic performance evaluation of existing building structures were pointed out. Finally, the future development of retrofitting and performance improvement for existing building structures was prospected.

existing building; retrofitting; performance improvement; appraisal; resilience evaluation; technical problem; prospect

肖從真, 李建輝, 馬天怡, 等. 既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造與性能提升現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 工業(yè)建筑, 2024, 54(1): 20-30. XIAO C Z, LI J H, MA T Y, et al. Current Situation and Development of Retrofitting and Performance Improvement for Existing Building Structures[J]. Industrial Construction, 2024, 54(1): 20-30 (in Chinese).

10.3724/j.gyjzG23120812

*北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(8212019)。

肖從真，男，1967年出生，博士，研究員，主要從事高層建筑結(jié)構(gòu)的研究。

李建輝，主要從事高層建筑結(jié)構(gòu)的研究，lijh@cabr-design.com。

2023-12-08