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摘要：某砖木结构教学楼的震害等级评定为中等破坏，房屋容易因为局部墙肢失效后造成整栋结构的破坏甚至倒塌。考虑到房屋为教学楼，属于重点设防类房屋，在罕遇地震作用下的性能指标应为基本运行，所以应采取加固措施使得该房屋结构能够达到抗震性能指标。通过抗震加固方案性能化估算可以看出，房屋结构经过抗震加固后在多遇地震及设防烈度地震作用下均能满足抗震加固性能指标。在罕遇地震作用下，由于房屋薄弱层（底层）抗力稍有欠缺，薄弱层会出现一定的震害损伤，但房屋薄弱层的层间位移性能指标和楼层屈服强度性能指标显示，房屋结构抗震加固后整体抗震性能有所提高，能够满足“基本运行”性能目标。
关键词：抗震加固性能目标，基于性能，砖木结构，型钢构造柱、圈梁
中图分类号：U452 文献标识码:
引言
根据规范通则[1] [2]，结构抗震加固性能目标应考虑建筑物的使用功能以及建筑物的重要性，当加固后的建筑物抗震遭受不同水准的设防地震时，其损坏程度的严重性及对建筑功能等各方面影响应是可控的，最大程度地保障生命安全，并且兼顾抗震加固投入的经济合理性。
建筑结构抗震加固性能目标
根据结构的震害特征和破坏程度，用结构构件的承载力和变形状态作定量描述，作为结构抗震加固性能目标的参考指标。
砌体结构对不同性能要求的楼层层间位移性能指标按表1选取。
表1砌体结构层间位移性能指标
对砌体结构承载力的性能指标，多遇地震作用下按结构构件承载力设计值复核；设防烈度地震和罕遇地震作用下结构重要部位按屈服和极限承载力复核；结构薄弱楼层以楼层屈服强度系数作为性能指标，如表2所示。
表2砌体结构楼层屈服强度系数性能指标
1. 房屋概况
上海某教学楼为三层砖木结构房屋，建造于1952年左右，建筑面积为1582m2。房屋平面布置较规则，总长度为35.4m，总宽度为15.3m，房屋总高度为11.1m，各层层高均为3.6m，室内外高差为0.30m。楼梯间设置在房屋端部，墙体均为240mm厚，采用青砖和石灰砂浆砌筑，结构采用纵墙承重方式。房间内楼板采用木格栅，走廊为现浇板，房屋屋盖为木屋架。房屋设计时没有考虑抗震设防，没有设置构造柱和圈梁。房屋一~三层墙体实测砂浆强度达到M1.5，实测青砖强度达到MU7.5。建筑平面见图1，结构平面图见图2。
图1建筑平面图
图2结构平面图
2. 房屋抗震性能评估
该房屋建造于1952年左右，平面形状规则。虽然房屋已使用了近60年，但房屋的外观和内在质量较好，墙体无明显裂缝和空鼓现象，但砌筑砂浆强度偏低。房屋一直作为教学用途，横墙布置及间距较为合理，墙体布置规则均匀，立面无变化。由于房屋建造年代较早，没有考虑抗震设防，所以房屋整体的抗震能力存在不足，具体表现在如下几个方面：
在结构体系方面：
[1]房屋结构采用纵墙承重，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；
[2]房屋楼盖大多为为木楼盖，屋盖为木屋架，平面内刚度较差，不能对墙体形成有效的约束。
在抗震构造措施方面：
[1]楼梯间设置在房屋端部且未设置构造柱，由于楼梯间墙体缺少各层楼板的侧向支承，设置在端部在扭转效应下更易破坏；
[2]房屋未设构造柱和圈梁，墙肢缺少构造柱圈梁的有效约束，容易因为局部墙肢失效后造成整栋结构的破坏甚至倒塌；
[3]由于外纵墙开窗面积较大，部分窗间墙肢宽度较窄，这些受力集中区域易失效造成整栋结构的破坏。
根据表3在多遇地震作用下，纵横墙各墙肢抗力与效应之比R均大于1，大于抵抗地震的实际需要。
表3楼层墙体抗力与效应之比
根据表4在罕遇地震作用下，房屋底层的屈服强度系数较低，为薄弱层。考虑到房屋砌筑砂强强度较低，房屋楼盖大多为为木楼盖，屋盖为木屋架，平面内刚度较差，不能对墙体形成有效的约束，且房屋没有设置构造柱、圈梁，墙肢缺少构造柱圈梁的有效约束等不利因素，根据表5，可将该房屋结构的震害等级评定为中等破坏。房屋容易因为局部墙肢失效后造成整栋结构的破坏甚至倒塌，所以应采取加固措施以加强房屋在罕遇地震情况下的抗倒塌能力。
表4楼层屈服强度系数
表5砌体结构震害等级与屈服强度系数的关系
3. 加固方案选择
由于该房屋已使用近60年，根据国家标准[3] [4] [5]，该房屋抗震加固后的后续使用年限可以定为30年。选择加固方案时还必须考虑到校方使用要求、施工方便性和经济合理性等多方面因素。校方对外立面及室内使用面积要求较高；房间内楼板采用木格栅，房屋屋盖为木屋架，加固施工时不宜对这些区域有大面积的扰动。考虑到上述因素及施工简单快捷，我们采用在房屋四角及纵横墙交接处新增型钢构造柱和圈梁的加固方法，并增设拉结钢筋保证新增型钢构造柱圈梁与原有砖墙的整体性，外加型钢构造柱圈梁与原有墙体之间采用聚合物砂浆填实，这些构造措施用来保证新增型钢构造柱圈梁与原有墙体能够形成整体共同受力。型钢和钢板采用Q235B钢材，焊条采用E43xx型焊条，螺杆采用5.8级螺杆。抗震加固方案图见图3。
图3抗震加固方案图
4. 抗震加固方案性能化估算
根据本文提出的对结构进行等效线性化简化分析的方法对房屋结构进行抗震加固性能化估算。该房屋抗震加固后的后续使用年限为30年，根据表6，地震作用调整系数λ可取0.78，调整后的各层弹性地震剪力标准值见表7。
表6不同设计使用年限地震作用调整系数λ
表7各层弹性地震剪力标准值(kN)
房屋结构抗震加固后，在多遇地震作用下，房屋结构满足S≤R/γRE，能够满足“充分运行”性能目标。在设防烈度地震作用下，房屋结构基本满足SGE＋SEk≤Rk，房屋薄弱层的楼层屈服强度系数ξ>0.5，能够满足“运行”性能目标。
在罕遇地震作用下，各楼层的抗震承载力极限值Rui、各楼层的楼层屈服强度系数ξi以及各楼层变形延伸率μi见表8。
表8各楼层计算值
根据公式（1）和公式（2）分别计算得出各楼层的等效刚度Keqi和各楼层的等效阻尼比ζi。结构体系的等效自振周期Teq按公式（3）计算，计算得出纵向μx=1.45，横向μy=2.07，纵向Teqx=0.29s，横向Teqy=0.34s，纵向ζeqx=0.10，纵向ζeqy=0.14。从而可计算得出阻尼调整系数纵向η2x=0.78，横向η2y=0.70，调整后的各楼层地震剪力标准值Vi和各楼层位移角θ见表9。
---------------------------------------------------------------------------公式（1） ------------------------------------------------------------------公式（2）
----------------------------------------------------------------------------公式（3）
表9各樓层计算值
在罕遇地震作用下，房屋薄弱层（底层）纵向弹性层间位移角为1/1467，横向弹性层间位移角为1/1323；房屋薄弱层（底层）纵向估算实际层间位移角为1/518，横向估算实际层间位移角为1/364；从而计算得出纵向变形延伸率为2.83，横向变形延伸率为3.64。
5. 结果分析
通过抗震加固方案性能化估算可以看出，房屋结构经过抗震加固后在多遇地震及设防烈度地震作用下均能满足抗震加固性能指标。在罕遇地震作用下，由于房屋薄弱层（底层）抗力稍有欠缺，薄弱层会出现一定的震害损伤，但房屋薄弱层的层间位移性能指标和楼层屈服强度性能指标显示，房屋结构抗震加固后整体抗震性能有所提高，能够满足“基本运行”性能目标。
参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2010
[2] 建筑工程抗震性态设计通则 CECS160:2004
[3] 建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)；
[4] 砌体结构设计规范GB50003-2001
[5] 建筑抗震鉴定标准 GB50023-2009
作者简介：吉峰， 男，1980年，工程师，上海建科工程改造技术有限公司，从事抗震加固工作
关键词：抗震加固性能目标，基于性能，砖木结构，型钢构造柱、圈梁
中图分类号：U452 文献标识码:
引言
根据规范通则[1] [2]，结构抗震加固性能目标应考虑建筑物的使用功能以及建筑物的重要性，当加固后的建筑物抗震遭受不同水准的设防地震时，其损坏程度的严重性及对建筑功能等各方面影响应是可控的，最大程度地保障生命安全，并且兼顾抗震加固投入的经济合理性。
建筑结构抗震加固性能目标
根据结构的震害特征和破坏程度，用结构构件的承载力和变形状态作定量描述，作为结构抗震加固性能目标的参考指标。
砌体结构对不同性能要求的楼层层间位移性能指标按表1选取。
表1砌体结构层间位移性能指标
对砌体结构承载力的性能指标，多遇地震作用下按结构构件承载力设计值复核；设防烈度地震和罕遇地震作用下结构重要部位按屈服和极限承载力复核；结构薄弱楼层以楼层屈服强度系数作为性能指标，如表2所示。
表2砌体结构楼层屈服强度系数性能指标
1. 房屋概况
上海某教学楼为三层砖木结构房屋，建造于1952年左右，建筑面积为1582m2。房屋平面布置较规则，总长度为35.4m，总宽度为15.3m，房屋总高度为11.1m，各层层高均为3.6m，室内外高差为0.30m。楼梯间设置在房屋端部，墙体均为240mm厚，采用青砖和石灰砂浆砌筑，结构采用纵墙承重方式。房间内楼板采用木格栅，走廊为现浇板，房屋屋盖为木屋架。房屋设计时没有考虑抗震设防，没有设置构造柱和圈梁。房屋一~三层墙体实测砂浆强度达到M1.5，实测青砖强度达到MU7.5。建筑平面见图1，结构平面图见图2。
图1建筑平面图
图2结构平面图
2. 房屋抗震性能评估
该房屋建造于1952年左右，平面形状规则。虽然房屋已使用了近60年，但房屋的外观和内在质量较好，墙体无明显裂缝和空鼓现象，但砌筑砂浆强度偏低。房屋一直作为教学用途，横墙布置及间距较为合理，墙体布置规则均匀，立面无变化。由于房屋建造年代较早，没有考虑抗震设防，所以房屋整体的抗震能力存在不足，具体表现在如下几个方面：
在结构体系方面：
[1]房屋结构采用纵墙承重，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；
[2]房屋楼盖大多为为木楼盖，屋盖为木屋架，平面内刚度较差，不能对墙体形成有效的约束。
在抗震构造措施方面：
[1]楼梯间设置在房屋端部且未设置构造柱，由于楼梯间墙体缺少各层楼板的侧向支承，设置在端部在扭转效应下更易破坏；
[2]房屋未设构造柱和圈梁，墙肢缺少构造柱圈梁的有效约束，容易因为局部墙肢失效后造成整栋结构的破坏甚至倒塌；
[3]由于外纵墙开窗面积较大，部分窗间墙肢宽度较窄，这些受力集中区域易失效造成整栋结构的破坏。
根据表3在多遇地震作用下，纵横墙各墙肢抗力与效应之比R均大于1，大于抵抗地震的实际需要。
表3楼层墙体抗力与效应之比
根据表4在罕遇地震作用下，房屋底层的屈服强度系数较低，为薄弱层。考虑到房屋砌筑砂强强度较低，房屋楼盖大多为为木楼盖，屋盖为木屋架，平面内刚度较差，不能对墙体形成有效的约束，且房屋没有设置构造柱、圈梁，墙肢缺少构造柱圈梁的有效约束等不利因素，根据表5，可将该房屋结构的震害等级评定为中等破坏。房屋容易因为局部墙肢失效后造成整栋结构的破坏甚至倒塌，所以应采取加固措施以加强房屋在罕遇地震情况下的抗倒塌能力。
表4楼层屈服强度系数
表5砌体结构震害等级与屈服强度系数的关系
3. 加固方案选择
由于该房屋已使用近60年，根据国家标准[3] [4] [5]，该房屋抗震加固后的后续使用年限可以定为30年。选择加固方案时还必须考虑到校方使用要求、施工方便性和经济合理性等多方面因素。校方对外立面及室内使用面积要求较高；房间内楼板采用木格栅，房屋屋盖为木屋架，加固施工时不宜对这些区域有大面积的扰动。考虑到上述因素及施工简单快捷，我们采用在房屋四角及纵横墙交接处新增型钢构造柱和圈梁的加固方法，并增设拉结钢筋保证新增型钢构造柱圈梁与原有砖墙的整体性，外加型钢构造柱圈梁与原有墙体之间采用聚合物砂浆填实，这些构造措施用来保证新增型钢构造柱圈梁与原有墙体能够形成整体共同受力。型钢和钢板采用Q235B钢材，焊条采用E43xx型焊条，螺杆采用5.8级螺杆。抗震加固方案图见图3。
图3抗震加固方案图
4. 抗震加固方案性能化估算
根据本文提出的对结构进行等效线性化简化分析的方法对房屋结构进行抗震加固性能化估算。该房屋抗震加固后的后续使用年限为30年，根据表6，地震作用调整系数λ可取0.78，调整后的各层弹性地震剪力标准值见表7。
表6不同设计使用年限地震作用调整系数λ
表7各层弹性地震剪力标准值(kN)
房屋结构抗震加固后，在多遇地震作用下，房屋结构满足S≤R/γRE，能够满足“充分运行”性能目标。在设防烈度地震作用下，房屋结构基本满足SGE＋SEk≤Rk，房屋薄弱层的楼层屈服强度系数ξ>0.5，能够满足“运行”性能目标。
在罕遇地震作用下，各楼层的抗震承载力极限值Rui、各楼层的楼层屈服强度系数ξi以及各楼层变形延伸率μi见表8。
表8各楼层计算值
根据公式（1）和公式（2）分别计算得出各楼层的等效刚度Keqi和各楼层的等效阻尼比ζi。结构体系的等效自振周期Teq按公式（3）计算，计算得出纵向μx=1.45，横向μy=2.07，纵向Teqx=0.29s，横向Teqy=0.34s，纵向ζeqx=0.10，纵向ζeqy=0.14。从而可计算得出阻尼调整系数纵向η2x=0.78，横向η2y=0.70，调整后的各楼层地震剪力标准值Vi和各楼层位移角θ见表9。
---------------------------------------------------------------------------公式（1） ------------------------------------------------------------------公式（2）
----------------------------------------------------------------------------公式（3）
表9各樓层计算值
在罕遇地震作用下，房屋薄弱层（底层）纵向弹性层间位移角为1/1467，横向弹性层间位移角为1/1323；房屋薄弱层（底层）纵向估算实际层间位移角为1/518，横向估算实际层间位移角为1/364；从而计算得出纵向变形延伸率为2.83，横向变形延伸率为3.64。
5. 结果分析
通过抗震加固方案性能化估算可以看出，房屋结构经过抗震加固后在多遇地震及设防烈度地震作用下均能满足抗震加固性能指标。在罕遇地震作用下，由于房屋薄弱层（底层）抗力稍有欠缺，薄弱层会出现一定的震害损伤，但房屋薄弱层的层间位移性能指标和楼层屈服强度性能指标显示，房屋结构抗震加固后整体抗震性能有所提高，能够满足“基本运行”性能目标。
参考文献：
[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2010
[2] 建筑工程抗震性态设计通则 CECS160:2004
[3] 建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)；
[4] 砌体结构设计规范GB50003-2001
[5] 建筑抗震鉴定标准 GB50023-2009
作者简介：吉峰， 男，1980年，工程师，上海建科工程改造技术有限公司，从事抗震加固工作