我国目前既有建筑总量为600多亿平方米，而且每年新增15-20亿平米。其中有大量建筑已经接近或者超过设计使用寿命，设计时未考虑抗震设防或者不能满足抗震设防目标要求，需要进行功能改造或改扩建等。既有建筑的加固改造是未来相当长一段时期内建筑领域比较稳定的增长点。本文以一个混凝土框架结构的加固改造为例，介绍该类项目进行性能化设计的方法及流程。

项目基本信息

某项目为混凝土框架结构体系，共两层高8.1m，平面尺寸为31.5m x 16m，框架柱截面为500mm*500mm，框架梁截面为300mm*600mm~300mm*700mm。建造时间为2015年，建造时设防烈度为7度（0.15g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。现甲方要求在结构顶部加盖一层，层高4.3米。为最小化新增楼层对既有结构的影响，新增楼层框架柱采用型钢柱，框架梁采用型钢梁，楼面采用轻钢屋面，加层后模型如图1所示。

图1 某框架结构三维模型图

由于该结构建造时间为2015年，根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》（GB55021-2021）第5.1.3条和第5.1.4条，后续工作年限为40年以上50年以内的建筑，属于C类建筑。对于C类建筑，应按照现行标准的要求进行抗震鉴定。

地震荷载及抗震等级变化

由于2016年《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）修改了地震区划图，该地区设防烈度从7度（0.15g）改为8度（0.2g），导致结构上的地震荷载增加。将加层前后的结构分别按照7度（0.15g）和8度（0.2g）进行计算，结构各层地震力如表1所示，底部两层的地震剪力分别增加了32%~46%。

表1 设防烈度从7度（0.15g）到8度（0.2g）后楼层剪力变化

同时由于设防烈度的变化，构件的抗震等级也相应提高。7度时框架的抗震等级为三级，改为8度后，抗震等级变为二级。从三级提高到二级，与抗震等级相对应的柱端弯矩增大系数、梁端、柱端剪力增大系数也会增大，相应的抗震构造措施也会有所区别。

结构整体指标变化

加层以后如果不对结构进行加固，计算结构的层间位移角X向为1/523，Y向为1/399，均不能满足规范1/550的限值要求。

配筋变化

图2 计算配筋结果

如上图所示，原结构按照当时设防烈度7度（0.15g）计算的配筋与加层后结构按照现行规范8度（0.2g）计算的配筋结果相比，框架梁配筋有少量增加。框架柱纵筋、箍筋则增加较多。需要对框架梁及框架柱进行加强，对框架柱采用增大截面法进行加固，截面从500mm*500mm增加到700mm*700mm。

大震弹塑性分析

由于该结构下部2层为混凝土结构，顶部加层为钢结构，属于结构体系超限，因而需要对该加固结构进行大震弹塑性分析。选择三条地震波，包括一条人工波RH4TG045以及两条天然波Morgan Hill、TH063TG045进行大震弹塑性分析，地震荷载采用双向加载，主方向峰值加速度按照规范要求取为400cm/s²，主方向与次方向峰值加速度之比为1:0.85。

图3 罕遇地震作用下结构层间位移角

结构加固前后在罕遇地震作用下的层间位移角如图3所示。加固后结构整体刚度增加，结构层间位移角减小。加固前X向层间位移角最大值为1/66，Y向层间位移角最大值为1/61。加固后X向层间位移角最大值为1/133，Y向层间位移角最大值为1/92，满足规范1/50的限值要求。

图4 罕遇地震作用下构件性能水平

结构加固前后在罕遇地震作用下的构件性能水平如图4所示。加固后结构整体抗震性能提高。加固前大部分框架柱损伤程度为中度及以上，加固后框架柱损伤程度明显减轻，除少量构件为中度损坏以外，大部分为轻度以下。

图5 罕遇地震作用下构件性能水平统计

结构加固前后在罕遇地震作用下的构件性能水平统计如图5所示。加固前框架柱中度损坏程度以上占比为92%，加固后降为9%，且为中度损坏。结构整体抗震性能大幅提升。

结论

本文以一个两层混凝土框架结构加层加固改造项目为例，介绍了既有建筑性能化设计的流程。主要结论如下：

（1）对既有建筑进行加层改造时，由于上部结构荷载增加，因而要重点验算基础是否能够满足要求。加层采用钢结构能最大程度减小对基础的影响，但由于结构体系超限，需要进行大震弹塑性分析以验证结构抗震性能是否满足要求。

（2）由于地震区划图修改设防烈度增加，导致地震荷载增大以及相应的内力调整系数增大等原因，按照现行标准要求计算的层间位移角以及构件配筋等均不能满足要求，需要对构件特别是框架柱进行加固。

（3）对框架柱采用增大截面方法进行加固以后，层间位移角从1/61减小到1/92。加固前框架柱的性能水平有92%以上达到中度损坏及以上，加固后仅有9%为中度损坏，大部分处于轻度损坏及以下。通过对结构进行加固有效提高了整体结构及构件的抗震性能。