我国的城市建设发展正处在由以增量发展向存量提质改造的阶段,随着网络经济的崛起,实体经济受到巨大冲击,城市大批的商业建筑将逐步改造为办公建筑、养老设施等。
建筑功能的变化必然引起对原有建筑进行大规模的改造,由此也形成了以“结构安全为主的加固+局部建筑功能的改造”模式向以“大拆大改为主+被动性结构加固”模式的转变,结构加固的难度与复杂性大大增加。
国家现行标准《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009)、《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116—2009)实施了十年之久,已不能完全满足当下大型公共建筑的抗震鉴定与加固需求。
01
既有建筑的定义
既有建筑是相对于新建建筑而言的,其加固改造设计标准可略低于新建工程。对于有些工程很难判定是新建工程还是属于既有建筑,这类工程的加固改造如按新建工程对待,则实施的可能性几乎为零。
因此,有必要给出既有建筑的一个相对合理的定义。
从我国的标准发展历程来看,既有建筑主要还是按建筑在全生命周期中所处的阶段来定义的,即开工、基础施工、出地面、主体结构封顶、主体结构验收、建筑整体竣工、建筑整体竣工验收、建筑交付使用、后期改造、拆除。
我国早期的工程建设并没有竣工验收制度,古建筑和近现代建筑就是一个例子。既有建筑可定义为“出地面且主体结构不再续建的建筑”,即在图中分界点C和D之间的建筑物即为既有建筑。
这个定义也能为我国城市更新及从技术上解决“烂尾楼”问题提供一个出路。
02
加固改造中的标准适用性
2022年1月1日,强制性工程建设规范“通用规范”实施,这些通用规范实施需有相应的推荐性国家标准进行配套,才能有较强的实施性。
▋ 荷载分项系数的问题
1.《工程结构通用规范》GB 55001-2021 第3.1.3条第1款“永久作用:当结构不利时,不应小于1.3;当对结构有利时,不应大于1.0”;第4款规定除标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面活荷载外的其他活荷载,“当对结构不利时不应小于1.5”。
2.《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB 55021-2021 第4.2.2条第2款“当为结构加固、改变用途或延长工作年限的目的而鉴定的原结构、构件的安全性时,应在调查原结构上实际作用的荷载及拟新增荷载的基础上,按现行规范与标准的规定进行验算”。
前者针对新建工程是合适的,但对于既有建筑的改造是否合适还需打一个问号。
▋ 既有建筑构件层次安全性承载力评级
《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB 55021-2021中构件层次的安全性评级是根据《工程结构通用规范》GB 55001-2021和现行标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292—2015的规定进行。
前者规定永久作用和可变作用的分项系数取值,较以往的标准提高,后者是以抗力(R)与作用效应(S)乘以重要性系数(γ0)之比(R/ Sγ0)。按新的规范S增大导致的R/ Sγ0减小,势必造成大量的构件需要加固,也在一定程度是对原有结构的一种损伤,也不利于当我国城市更新与建筑改造的发展。
▋ 构件层次安全性评级的方法
由于《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB 55021-2021要求按国家现行设计规范进行构件承载力的验算,随着荷载分项系数的提高、结构重要性系数的提高,不少构件按承载力评定等级降低,从au、bu级降至cu甚至du级是很常有的事,构件的最后评级取最低一级也就成了cu或du级,而du级的构件要求“必须立即采取措施”,但现场调查时发现构件完全处于正常使用状态,这使得工程技术人员处于一个很尴尬的境地。
03
加固改造中的标准适用性
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地震作用和普通活荷载有很大的不同:考虑不同设计使用年限的地震作用差别比普通活荷载变化要大得多,研究表明按100年设计使用年限的地震作用约是按50年的1.4倍。
04
不同年限建筑的地震作用
既有建筑加固改造的地震作用如按现行的设计规范取值,不符合我国的防灾政策和经济水平基本国情,一般要求低于新建工程的要求,包括地震作用折减、抗震措施的适度降低。
早期的抗震鉴定标准中对地震作用的折减系数主要是依据震害教训和专家经验确定的,自《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—95)实施后,开始了不同后续使用年限地震作用计算的理论研究,大致可分为三个阶段。
1.戴国莹等提出了“抗震鉴定与加固时,可考虑后续设计工作寿命期的不同,建立相应的鉴定用地震动参数。新建工程按50年设计工作寿命,期内超越概率10%确定其设计所用的抗震设防烈度,对于已经使用了T1年的现有建筑,可按(50- T1)年内超越概率10%确定其鉴定与加固时所用的设防烈度,再确定对应的地震动参数”的重要思想,为地震作用的计算奠定了理论基础,从而使地震作用的折减系数的专家经验法过渡到半经验半理论方法。
2.毋剑平等基于我国华北、西北和西南45个城镇以及新疆地区20个城镇的地震危险性分析结果,提出50年地震烈度的概率符合极值Ⅲ型分布,进而得到不同后续使用年限内在给定概率下的众值地震烈度,进而确定不同后续使用年限所对应的地震作用的参数,以50年设计工作年限为基准,就可以得到不同后续设计工作年限的地震作用折减系数。
△小震下不同后续工作年限的地震影响系数比值
△不同后续工作年限的地震影响系数比值
05
C类建筑加固改造
《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009)中规定:在2001年以后(按当时的抗震设计规范系列设计)建造的现有建筑,后续使用年限宜采用50年。后续使用年限50年的建筑(简称C类建筑),应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)的要求进行抗震鉴定。
《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009)已实施了10多年了,按2001年版抗规建造的房屋(所谓的C类建筑)也已经使用了20年,在此期间《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)进行了修订,《建筑抗震设计规范》GB 50011进行了3次修订,包括2008年版、2010年版、2016年版,在设计地震动参数、抗震措施方面都有了很大变化。
2022年1月1日起,通用规范陆续实施,这些标准的实施是一把双刃剑,一方面是对建筑师无限创作的制约,起到保安全底线的作用,另一方面也在客观上制约城市更新与建筑改造的发展。
▋ 这类所谓的C类建筑抗震加固又如何确定抗震设防标准呢?
1.C类建筑加固时需坚守以下原则:
1)不得突破鉴定标准的红线要求,即后续使用年限不得低于30年;
2)不得低于原设计设防标准的底线要求,即加固改造后的设防标准要高于原设计的标准,对原结构设计不足之处要有明显的改善。
2.在基本原则的基础上,根据工程加固改造的具体情况可采取相应的灵活处理方式,如:
1)后续使用年限的确定;
2)对地震作用进行适当的折减;
3)寻找降低抗震措施的途径。
3.当下建筑加固改造的热点疑难问题解决方案
按2010版抗规设计建造的房屋,这类建筑的主要问题是抗震设防烈度的提高,导致地震作用增大和抗震等级提高,且这类建筑基本已投入使用近10年,按原设计使用年限50年算起则后续使用年限还有40年。
解决方案:
步骤:确定地震作用取值→确定抗震措施→确定后续使用年限,其流程如下:
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