吳樂樂 唐曹明,2 羅開海,2 程紹革,2 黃世敏,2

(1.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013；2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部防災(zāi)研究中心，北京 100013)

隨著社會的發(fā)展，對老舊小區(qū)的合理加固和性能提升已經(jīng)成為大的趨勢。在老舊小區(qū)中，砌體結(jié)構(gòu)占有相當(dāng)大的比例，對其構(gòu)件的安全性評估是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。我國對既有建筑結(jié)構(gòu)的安全性鑒定仍采用設(shè)計規(guī)范規(guī)定的極限狀態(tài)表達式。設(shè)計規(guī)范中的極限狀態(tài)表達式是針對新建建筑的，直接用于既有建筑的鑒定，是否合理值得深入研究。為此，有關(guān)學(xué)者和科研人員針對既有建筑相關(guān)的鑒定表達式、分項系數(shù)取值、荷載標(biāo)準(zhǔn)值以及目標(biāo)可靠指標(biāo)取值等方面開展了相關(guān)研究：Ellingwood認為既有建筑評估基于特定的工程背景，結(jié)構(gòu)的失效概率是基于特定工況的條件概率[1]。由于作用和抗力的不確定性與設(shè)計時不同，極限狀態(tài)方程中作用與抗力分項系數(shù)可以進行調(diào)整；Asp認為既有建筑的荷載和抗力不確定性因素低于新建建筑，極限狀態(tài)方程的作用分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)應(yīng)小于新建建筑設(shè)計[2]；Steenbergen從失效成本的角度考慮，認為既有建筑與新建建筑采用相同的目標(biāo)可靠指標(biāo)是不經(jīng)濟的，應(yīng)根據(jù)后續(xù)使用年限進行調(diào)整[3]。顧祥林等根據(jù)適用于既有結(jié)構(gòu)的荷載和抗力概率模型，給出了不同目標(biāo)使用期樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值，對不同目標(biāo)使用期內(nèi)的荷載分項系數(shù)進行了優(yōu)化[4]。對永久荷載分項系數(shù)取值，當(dāng)可變荷載控制時取1.0，永久荷載控制時取1.2，當(dāng)效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時取0.6；可變荷載分項系數(shù)取1.3，抗力分項系數(shù)根據(jù)受力構(gòu)件不同取γR=1.0～1.8，并根據(jù)目標(biāo)可靠指標(biāo)增減0.25確定了既有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的等級評定標(biāo)準(zhǔn)。黃炎生[5]根據(jù)既有結(jié)構(gòu)抗力與荷載的特點，建立了既有框架結(jié)構(gòu)基于分項系數(shù)法的可靠性評估表達式，并根據(jù)可靠度校準(zhǔn)法，將永久作用分項系數(shù)γG取1.2，可變作用分項系數(shù)γQ取0.814～1.168，抗力分項系γR根據(jù)目標(biāo)使用期和受力構(gòu)件不同，取1.114～2.266。李英民等以可靠性理論為基礎(chǔ)，通過比較我國與美國住宅樓面荷載統(tǒng)計參數(shù)，以等超越概率為原則，建立了不同后續(xù)服役期內(nèi)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值之間的關(guān)系[6]。本文將對中、美、歐三個地區(qū)的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和鑒定標(biāo)準(zhǔn)進行綜合比較，分析各國鑒定和設(shè)計方法、極限狀態(tài)方程、分項系數(shù)設(shè)計方法的異同點，為今后有關(guān)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供參考。

1 美國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與鑒定加固規(guī)范比較

1.1 美國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

ACI530BuildingCodeRequirementsandSpecificationforMasonryStructures[7]《砌體結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范要求和規(guī)定》對砌體結(jié)構(gòu)采用允許應(yīng)力設(shè)計和強度設(shè)計兩種方法。允許應(yīng)力設(shè)計方法基于彈性理論，需滿足σ≤[σ]，其中，[σ]=fu/K，K的取值較大且籠統(tǒng)，因此容許應(yīng)力方法相對保守。強度設(shè)計方法，基于彈塑性理論，允許結(jié)構(gòu)存在非線性行為。兩種設(shè)計方法均采用ASCE 7-16MinimumDesignLoadsandAssociatedCriteriaforBuildingsandOtherStructures[8]《建筑和其他結(jié)構(gòu)的最小設(shè)計荷載和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的荷載組合如表1所示。其中強度設(shè)計方法中采用的極限狀態(tài)方程如式(1a)所示。當(dāng)活荷載控制時，采用強度設(shè)計方法的無筋砌體軸壓構(gòu)件，極限狀態(tài)方程如式(1b)所示。標(biāo)準(zhǔn)軸壓強度的計算方法如式(2)所示。規(guī)定無筋砌體的名義抗剪強度Vn取(3)～(7)賦值的最小值。

Sd≤φRK

(1a)

1.2D+1.6L≤0.6RK

(1b)

式中：Sd為作用效應(yīng)；RK為砌體設(shè)計強度標(biāo)準(zhǔn)值；φ為強度折減系數(shù)。

(2)

式中：An為砂漿凈截面，f′m為砌體名義抗壓強度；h為墻或柱高度；r為回轉(zhuǎn)半徑。

φ的取值反映了施工、材料特性、計算模型和預(yù)期失效模型的不確定性。對于強度設(shè)計方法：設(shè)計強度等于標(biāo)準(zhǔn)強度乘以折減系數(shù)φ；壓彎組合時配筋砌體取0.9，無筋砌體取0.6；受剪時取0.8，軸壓時取0.6。φ值越大，說明砌體強度計算值與試驗值之比的變異系數(shù)越小，φ值越小，則變異系數(shù)越大。

名義抗剪強度Vn取值：

Vn=0.83An

(3b)

對錯縫砌筑未灌實的砌體：

Vn=0.26An+0.45Nu

(4)

式中：Nu為抗剪面的設(shè)計壓力。

對通縫砌筑端部開口砌塊灌實的砌體：

Vn=0.26An+0.45Nu

(5)

對錯縫砌筑灌實的砌體：

Vn=0.414An+0.45Nu

(6)

對通縫砌筑其他非端部開口的砌塊灌實砌體：

Vn=0.103An

(7)

表1 ACI530荷載組合Table 1 Load combination of ACI530

1.2 美國砌體結(jié)構(gòu)鑒定與加固規(guī)范

ACI318BuildingCodeRequirementsforStructuralConcrete[9]《混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范要求》規(guī)定，既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行極限狀態(tài)評估時，如果構(gòu)件的尺寸、大小、位置和材料特性通過實地測量或試驗獲得，允許提高抗力的折減系數(shù)。如抗剪構(gòu)件設(shè)計時，φ值為0.75，評估時則提高至0.8。受壓構(gòu)件設(shè)計時，φ值為0.65，評估時則提高至0.8。為此，在對砌體結(jié)構(gòu)評估時，若相關(guān)的參數(shù)由現(xiàn)場或試驗獲得時，強度折減系數(shù)φ的取值，也可以相應(yīng)地提高。

文獻[8]規(guī)定的荷載適用于改建、擴建以及改變使用功能的既有結(jié)構(gòu)。對既有建筑的評估和改造可以參照IEBC—2018InternationalExistingBuildingCode[10]《既有建筑國際規(guī)范》，其中規(guī)定對無筋砌體的強度可以采用現(xiàn)場實測強度，強度折減系數(shù)φ值為1.0。

ASCE 41-17SeismicEvaluationandRetrofitofExistingBuilding[11]《既有建筑抗震評估和改造》采用了基于性能的評估和加固改造方法。既有建筑的抗震評估和改造分為三級進行，第一級為篩選過程，第二級為基于缺陷的評估和改造過程，第三級為系統(tǒng)的評估和改造過程。第一級評估主要用于篩選出既有結(jié)構(gòu)中的缺陷構(gòu)件，第二級評估需要針對第一級的評估結(jié)果，采用線性靜力方法(LSP)或線性動力方法(LDP)對缺陷部分進一步評估。在第二級評估時規(guī)范引入了認知系數(shù)к(Knowledge Factor к)進行構(gòu)件強度折減。к 反映了對既有建筑信息收集的完整性和可靠性，同時也反映了對抗力認知的不確定性。第三級評估，采用系統(tǒng)性的評估程序，并根據(jù)信息采集情況考慮к系數(shù)。對于二級和三級評估分析方法，可以采用線性方法和非線性方法。對于線性分析，重力作用不利時QG如式(8a)所示，重力作用有利時QG如式(8b)所示，對于非線性分析，如式(8c)所示。

式中：QG為重力荷載代表值；QD為恒荷載；QL為活荷載；QS為雪荷載。

線性分析適用于規(guī)則結(jié)構(gòu)或者滿足需求能力比小于3.0的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。根據(jù)力-變形曲線的不同，可以將構(gòu)件分為力控制構(gòu)件和變形控制構(gòu)件。在線性分析中，對于變形控制的構(gòu)件需要滿足式(9)的要求；對于力控制構(gòu)件需要滿足式(10)要求。

mκQCE>QUD

(9)

式中：m為承載力修正系數(shù)；κ為認知系數(shù)；QCE為預(yù)期承載力；QUD為作用需求。

κQCL>QUF

(10)

式中：QCL為構(gòu)件承載力下限值；QUF為作用需求。

在非線性分析中，對變形控制構(gòu)件，要求主要和次要構(gòu)件的預(yù)期變形能力不得小于變形限值要求。對力控制構(gòu)件，需要滿足式(11)要求。

γχ(QUF-QG)+QG≤QCL

(11)

式中：QCL為構(gòu)件的下限強度；γ為力控制構(gòu)件荷載系數(shù)，對關(guān)鍵構(gòu)件取1.3，非關(guān)鍵構(gòu)件取1.0；χ為與結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的系數(shù)，性能目標(biāo)為防止倒塌時取1.0，生命安全和立即入住時，取1.3。

對砌體結(jié)構(gòu)的評估，認知系數(shù)κ是通過材料測試和條件評估的范圍來確定。對于力控制砌體軸壓構(gòu)件，抗震承載力極限狀態(tài)方程如式(12)所示，抗壓強度下限值如式(13a)所示，抗剪承載力如式(13b)所示。

(12)

式中：QE為既定地震動水準(zhǔn)下的地震作用；J為力傳遞折減系數(shù)；C1、C2為修正因子。

QCL=0.8(0.85f′mAn)

(13a)

式中：f′m為砌體現(xiàn)場實測強度；Vtest為砌體抗剪承載力實測值；Ab為砌體單元上下砂漿凈面積和；PD+L為試驗時的恒載加活載；PD為墻體上部恒載；An為砂漿凈面積。

1.3 小 結(jié)

極限狀態(tài)設(shè)計方程中抗力設(shè)計值采用強度標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)φ的形式。砌體結(jié)構(gòu)安全性評估時，抗力折減系數(shù)φ值比設(shè)計時提高，取φ=1.0?？拐鹪u估規(guī)范采用了基于性能的評估方法，考慮了結(jié)構(gòu)認知的不確定性，抗震設(shè)計與抗震評估的重力作用代表值與材料強度取值均不同。

2 歐洲砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與鑒定加固規(guī)范比較

2.1 歐洲砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

BS EN 1996-1-1∶2005 Eurocode 6 —DesignofMasonryStructuresPart1-1:GeneralRulesforReinforcedandUnreinforcedMasonryStructures[12]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計-第1-1 部分：有筋和無筋砌體結(jié)構(gòu)的一般規(guī)則》采用BS EN 1990∶2002BasisofStructuralDesign[13]《結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)》中規(guī)定的荷載組合。當(dāng)采用承載力極限狀態(tài)設(shè)計時，需滿足式(14)的要求。其中文獻[12]采用的基本組合形式如式(15)所示，地震作用設(shè)計組合形式如式(16)所示。BS EN 1998-1∶2004GeneralRules,SeismicActionandRulesforBuildings[14]《抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計-第 1 部分：一般規(guī)定、地震作用和建筑規(guī)定》中規(guī)定，地震作用時重力作用代表值如式(16)所示。

Ed≤Rd

(14)

式中：Ed為作用效應(yīng)設(shè)計值；Rd為抗力設(shè)計值。

式中：γG,j為永久作用j的分項系數(shù)；γP為預(yù)應(yīng)力作用分項系數(shù)；γQ,i為可變作用i的分項系數(shù)；ψ0,i為可變作用i的組合值系數(shù)；ψ2,i為可變作用i的準(zhǔn)永久值系數(shù)；Gk,i為永久作用i的標(biāo)準(zhǔn)值；Qk,i為可變作用i的標(biāo)準(zhǔn)值；P為預(yù)應(yīng)力作用的相關(guān)代表值；AEd為地震作用設(shè)計值。

G=∑Gk,j+∑ψE,iQk,j，ψE,i=φψ2,i

(16)

式中：ψE,i為可變作用i的組合值系數(shù)；φ計算系數(shù)。其他符號見文獻[12-14]。

文獻[13]中規(guī)定，當(dāng)進行靜力驗算時，作用分項系數(shù)γG=1.35，γQ=1.5。因此，當(dāng)僅考慮永久作用和一個可變作用時，極限狀態(tài)方程如式(17)所示。對砌體軸壓構(gòu)件，抗壓承載力設(shè)計值如式(18)所示。文獻[12]中規(guī)定砌體材料分項系數(shù)γM取值與砌體的施工控制等級相關(guān)，在進行抗震承載力驗算時γM取值不小于1.5。考慮水平地震作用下極限狀態(tài)方程如式(19)所示，抗剪承載力如式(20)所示。

1.35Gk+1.5Qk,1≤Rd

(17)

式中:Gk為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值;Qk,1為第一個可變作用標(biāo)準(zhǔn)值;Rd為抗力設(shè)計值。

(18)

其中φ=1-2ei/t

式中：φ為折減系數(shù)，與砌體長細比和偏心效應(yīng)有關(guān)；t為砌體厚度；ei為偏心距；fk為材料強度標(biāo)準(zhǔn)值；γM為材料分項系數(shù)。

Gk+0.3Qk,1+Ehx+0.3Ehy≤Rd

(19)

式中：Ehx為水平地震作用x方向分量;Ehy為水平地震作用y方向分量。

(20)

式中：lc為受壓部分長度；fvk0為初始抗剪強度(對于黏土磚，砂漿強度M5時，fvk0=0.30 N/mm2);σd為平均豎向應(yīng)力。

2.2 歐洲砌體結(jié)構(gòu)評估規(guī)范

ISO 13822BasesforDesignofStructures-AssessmentofExistingStructures[15]《結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)：既有建筑評估》規(guī)定：在進行結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)評估時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際條件確定基本變量的概率模型，包括作用、材料特性和土工條件、構(gòu)件的幾何尺寸和基礎(chǔ)形狀以及模型的不確定因素等；可靠性評估應(yīng)考慮現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命、基準(zhǔn)期以及結(jié)構(gòu)環(huán)境變化；由于經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展等方面原因，既有結(jié)構(gòu)評估的可靠性與新結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的不同，在使用極限狀態(tài)進行評估時，可以根據(jù)檢測或試驗的結(jié)果對隨機變量概率分布進行校正。

忽略各基本變量間的相關(guān)性，可單獨確定每個隨機變量的校正設(shè)計值。對于抗力參數(shù)X其校正后的設(shè)計值xd如式(21a)、式(21b)所示。也可采用另一種方法確定xd，先確定標(biāo)準(zhǔn)值xk，再采用適當(dāng)?shù)姆猪椣禂?shù)γm計算設(shè)計值xd，如式(22)～(25)所示，一般k取1.645。由式(21)～(24)可知，當(dāng)獲得了校正后的概率分布且規(guī)定了既有建筑的目標(biāo)可靠指標(biāo)β時，即可獲得對應(yīng)可靠指標(biāo)β條件的分項系數(shù)γd，如式(25)所示。

σ2=ln(1+V2)

(22)

xd=xk/γm

(24)

γd=xk/xd

(25)

文獻[15]對既有結(jié)構(gòu)評估基準(zhǔn)期提出了建議：可采用預(yù)期的剩余使用年限作為既有結(jié)構(gòu)評估基準(zhǔn)期；對承載力極限狀態(tài)評估，取較短的基準(zhǔn)期更為合理。如有規(guī)定，目標(biāo)可靠指標(biāo)可按照現(xiàn)行規(guī)范選擇，否則，可以選用表2中的值。荷蘭標(biāo)準(zhǔn)NEN 8700AssessmentofExistingStructuresinCaseofReconstructionandDisapproval：BasicRules《重建和不批準(zhǔn)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)評估——基本原則》，在歐洲標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)評估基準(zhǔn)期和服役期的不同對既有建筑改造和評估的最低可靠指標(biāo)和荷載分項系數(shù)進行了調(diào)整，分別如表3和表4所示[16]，其中ψ0為組合系數(shù)。

表2 目標(biāo)可靠指標(biāo)Table 2 Target reliability indexes

表3 最小可靠指標(biāo)βTable 3 Minimum values for the reliability index β

表4 荷載分項系數(shù)Table 4 Load partial coefficients

BS EN 1998-3∶2005Eurocode8-DesignofStructuresforEarthquakeResistance-Part3:AssessmentandRetrofittingofBuildings[17]《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 第3部分:建筑物評估和加固改造》，采用了基于性能的評估和加固改造方法。結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)通過三種極限狀態(tài)(LS)來定義，即幾乎倒塌(NC)、嚴(yán)重損傷(SD)和有限損傷(DL)。根據(jù)對既有建筑的認知水平(反映了結(jié)構(gòu)的不確定性程度，KL1—有限認知、KL2—一般認知、KL3—完整認知)的不同，分別規(guī)定了相應(yīng)的置信系數(shù)CF(CFKL1=1.35、CFKL2=1.2、CFKL3=1.0)。進行性能評估時，材料性能取從現(xiàn)場實測的平均值除以置信系數(shù)。

對砌體結(jié)構(gòu)進行評估時，需要對砌體結(jié)構(gòu)的幾何特性、構(gòu)造、材料特性進行檢測，并選定結(jié)構(gòu)的性能水平。例如，對法向力和彎曲控制的構(gòu)件，當(dāng)選擇進行SD狀態(tài)驗算時，所采用的砌體抗壓強度設(shè)計值fd=fm/CF，其中fm是現(xiàn)場實測的抗壓強度平均值，CF可取1.2。DL狀態(tài)下，對彎曲控制構(gòu)件，考慮水平地震作用下極限狀態(tài)方程如式(26)所示。

Gk+0.3Qk,1+Ehx+0.3Ehy≤Vf

(26)

式中：Vf為地震作用下抗剪承載力；H0是計算抗彎承載力截面與反彎點截面之間的距離；D為墻體面內(nèi)水平尺寸(高度)；t為墻厚；N為軸向荷載。

2.3 小 結(jié)

既有建筑評估的基準(zhǔn)期與設(shè)計時不同，進行評估時，采用較短的基準(zhǔn)期更為合理，可根據(jù)實測統(tǒng)計結(jié)果對變量分布進行校正，根據(jù)校正后的變量分布和相應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)對分項系數(shù)進行修正。

荷蘭標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)評估基準(zhǔn)期和服役期的不同對既有建筑改造和評估的最低可靠指標(biāo)和荷載分項系數(shù)進行了調(diào)整?？拐鹪u估采用基于性能的評估方法，考慮了既有建筑的認知水平，引入了置信系數(shù)?？拐鹪O(shè)計與評估中極限狀態(tài)方程作用效應(yīng)組合相同，抗力計算方法不同。在設(shè)計中抗力采用標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項系數(shù)的形式，而抗震評估中抗力是通過平均值除以置信系數(shù)的形式。

3 中國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與鑒定加固規(guī)范比較

3.1 中國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[18]規(guī)定，砌體結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)按式(27)與(28)中最不利組合進行計算：

R(f,ak…)

(27)

(28)

對安全等級二級，設(shè)計使用年限為50 a，施工質(zhì)量等級B級的砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，取一個可變荷載和一個永久荷載時，如式(29)所示，抗力函數(shù)R(f,ak…)與砌體的強度設(shè)計值和幾何參數(shù)有關(guān)。其中砌體的強度設(shè)計值f=fk/γf，fk=fm-1.645σf，fm為砌體強度平均值，施工質(zhì)量等級B級時γf取1.6。

英譯文：After going through a system of analysis,the Dou Qi rankings in the Dou Qi Continent got split into four different classes-Tian,Di,Xuan,Huang and every class was split further into Beginner,Medium and High ranks!

1.2SQk+1.4SQk≤R(f,ak…)

(29)

GB 50068—2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[19]將可變作用的分項系數(shù)由γG=1.2，γQ=1.4，調(diào)整為γG=1.3，γQ=1.5，如式(30)所示。

1.3SQk+1.5SQk≤R(f,ak…)

(30)

對軸心受壓構(gòu)件的抗壓承載力和抗剪承載力分別如式(31)、式(32)所示?？紤]水平地震作用下，極限狀態(tài)方程如式(33)所示，抗剪承載力如式(34)所示。

N≤φfA

(31)

式中：N為軸向力設(shè)計值；φ為高厚比β和軸向力的偏心距e對受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)；f為抗壓強度設(shè)計值；A為截面面積。

V≤(fv+αμσ0)A

(32)

式中：V為剪力設(shè)計值；A為水平截面面積；fv為抗剪強度設(shè)計值；α為修正系數(shù)；μ為剪壓復(fù)合受力影響系數(shù)；σ0為永久荷載設(shè)計值產(chǎn)生的水平截面平均壓應(yīng)力，其值不應(yīng)大于0.8f。

1.2(SGk+0.5SQ1k)+SEhk≤R/γRE

(33)

式中：SEhk為水平地震作用；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值；γRE為承載力調(diào)整系數(shù)。

V≤ξNfvA/γRE

(34)

式中：ξN為磚砌體抗震抗剪強度的正應(yīng)力影響系數(shù)。

3.2 中國砌體結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)

GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[20]根據(jù)不同的后續(xù)使用年限將既有建筑分為A類(后續(xù)使用年限30 a)、B類(后續(xù)使用年限40 a)、C類(后續(xù)使用年限50 a)。抗震鑒定分為兩級。第一級鑒定應(yīng)以宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主進行綜合評價，第二級鑒定應(yīng)以抗震驗算為主結(jié)合構(gòu)造影響進行綜合評價。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震驗算公式如式(35)所示，抗剪承載力同式(34)。

S≤R/γRa

(35)

式中：S為結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合設(shè)計值(遵循現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范)；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值(遵循現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范)；γRa為抗震鑒定的承載力抗震調(diào)整系數(shù)(一般按現(xiàn)行規(guī)范取值，A類建筑抗震鑒定時，鋼筋混凝土構(gòu)件取0.85γRE)。

GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[21]規(guī)定，可靠性鑒定包括安全性鑒定和使用性鑒定。鑒定分為三個層次，如圖1所示。對結(jié)構(gòu)的鑒定或加固設(shè)計,結(jié)構(gòu)上作用標(biāo)準(zhǔn)值均按GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[22]的規(guī)定，若實測值大于規(guī)范值則按實測值取值。加固設(shè)計時，根據(jù)下一目標(biāo)使用期的不同可變作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以表5中修正系數(shù)。按檢測結(jié)果確定構(gòu)件材料強度標(biāo)準(zhǔn)值時，fk=mf-ks，此時k并不等于新建建筑取值的1.645(由于取值樣本有限)，而與概率分布下分位數(shù)a(取0.05)、檢測所取得置信水平γ(對鋼材取0.90，對混凝土和木材取0.75，對砌體取0.60)和樣本數(shù)量n有關(guān)。

圖1 可靠性鑒定分級Fig.1 Classification of reliability assessment

表5 基本雪壓、基本風(fēng)壓及樓面活荷載的修正系數(shù)kaTable 5 Correction coefficients of basic snow loads,wind pressure and floor live loads

砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性鑒定，應(yīng)按承載能力、構(gòu)造、不適于承載的位移和裂縫或其他損傷等四個檢查項目分別評定，并取最低一級作為該結(jié)構(gòu)的安全性等級。按承載力評定其安全性等級時，按表6確定，并取其中最低等級作為該構(gòu)件承載力的安全性等級。按照墻、柱高厚比確定構(gòu)件安全性等級，符合現(xiàn)行規(guī)范時取au級或bu級，超過文獻[18]規(guī)定10%評定為cu級或du級。根據(jù)文獻[21]的規(guī)定，可知表6中抗力和作用效應(yīng)計算方式均與設(shè)計時取值相同。

表6 按承載能力評定的砌體構(gòu)件安全性等級Table 6 Safety levels of masonry structures based on bearing capacity

DG/TJ 08-804—2005《既有建筑物結(jié)構(gòu)檢測與評定標(biāo)準(zhǔn)》[23]，考慮了既有建筑的特點，重新定義了上海地區(qū)的基本雪壓和基本風(fēng)壓值，并采用可靠性設(shè)計校準(zhǔn)法，重新定義了結(jié)構(gòu)的抗力分項系數(shù)。對于承載力極限狀態(tài)驗算時如式(36)所示。

γ0S≤R/γR

(36)

除γR外，γ0，S，R均按相關(guān)設(shè)計規(guī)范取值。γR根據(jù)構(gòu)件受力狀態(tài)的不同，取不同的值。其中磚砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力分項系數(shù)γR如表7所示。永久荷載分項系數(shù)取值，當(dāng)可變荷載控制時取1.0，永久荷載控制時取1.2，當(dāng)效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時取0.6；可變荷載分項系數(shù)取值，一般情況取1.3，對標(biāo)準(zhǔn)值大于4 kN/m2的房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.2。永久作用控制時，對于軸心受壓構(gòu)件，承載力極限狀態(tài)按照式(37)進行。

1.0SGk+1.3SQk≤Rk/1.5

(37)

表7 磚砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力分項系數(shù)γRTable 7 Resistance partial factor γR of the member of masonry structures

3.3 小 結(jié)

可靠性鑒定中，材料特性基于檢測值。加固設(shè)計時，活荷載可以根據(jù)下一目標(biāo)使用年限采用修正系數(shù)進行調(diào)整，抗力和作用效應(yīng)的計算表達式均與設(shè)計相同?？拐痂b定標(biāo)準(zhǔn)中采用了二級鑒定模式，抗震驗算的作用效應(yīng)和抗力的計算表達式與抗震設(shè)計規(guī)范相同。地方標(biāo)準(zhǔn)中，對既有建筑鑒定的極限狀態(tài)方程中，抗力和作用分項系數(shù)進行了調(diào)整。

4 三地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計與鑒定標(biāo)準(zhǔn)綜合對比

三地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計與鑒定標(biāo)準(zhǔn)對比如表8所示?？芍?，設(shè)計規(guī)范中三個地區(qū)承載力極限狀態(tài)方程中采用了不同的作用和抗力分項系數(shù)，這是由于三地區(qū)采用的分項系數(shù)確定方法不同；中國規(guī)范與歐洲規(guī)范采用校準(zhǔn)法，二者分項系數(shù)不同是由于兩個地區(qū)選取可靠水平不同；美國規(guī)范中的分項系數(shù)則是采用分離系數(shù)法，根據(jù)目標(biāo)可靠指標(biāo)確定。

表8 三個地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計與鑒定標(biāo)準(zhǔn)對比Table 8 Comparisons of design and assessment standards of masonry structures in three regions

對于既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鑒定，美國標(biāo)準(zhǔn)采用的作用分項系數(shù)與設(shè)計規(guī)范相同，強度折減系數(shù)φ=1.0；歐洲標(biāo)準(zhǔn)則建議對作用和抗力分項系數(shù)分別進行重新校正，以更符合既有建筑的實際情況；荷蘭標(biāo)準(zhǔn)則在歐洲規(guī)范的基礎(chǔ)上，對既有建筑翻修和評估時的荷載分項系數(shù)進行了調(diào)整；中國標(biāo)準(zhǔn)采用的分項系數(shù)與設(shè)計規(guī)范相同。三地區(qū)的材料性能均采用實測值，但是取值標(biāo)準(zhǔn)有所不同，具有不同的材料強度保證率。在抗震鑒定中，美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)均采用了基于性能的鑒定方法，美國標(biāo)準(zhǔn)中對地震作用的選取考慮了性能水平的影響，材料性能基于實測強度的下限值；歐洲標(biāo)準(zhǔn)地震作用取值與設(shè)計相同，但抗力計算中考慮了性能水平的影響，引入了認知系數(shù)；中國標(biāo)準(zhǔn)中對基于性能的鑒定方法則沒有詳細的說明，抗震驗算中采用的地震作用與設(shè)計相同，而地震承載力調(diào)整系數(shù)有所區(qū)別。

通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，中國鑒定標(biāo)準(zhǔn)中既沒有降低作用分項系數(shù)，也沒有降低抗力分項系數(shù)，與美國和歐洲鑒定標(biāo)準(zhǔn)相比，鑒定結(jié)論會相對保守。

5 結(jié)束語

美國鑒定標(biāo)準(zhǔn)強度折減系數(shù)φ=1.0(不進行強度折減)，歐洲鑒定標(biāo)準(zhǔn)對承載力極限狀態(tài)方程的分項系數(shù)調(diào)整方法做了明確的規(guī)定。美歐抗震鑒定，均采用了基于性能的抗震鑒定方法，根據(jù)對既有建筑認知水平的不同，美國標(biāo)準(zhǔn)引入了認知系數(shù)κ，歐洲標(biāo)準(zhǔn)引入了置信系數(shù)CF。同時，美歐標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了重力荷載代表值和抗震承載力的計算方法。中國鑒定標(biāo)準(zhǔn)采用與新建建筑設(shè)計相同的極限狀態(tài)方程，沒有針對既有建筑的特性進行分項系數(shù)修正，對既有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性鑒定相對保守。上海地方鑒定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)既有建筑特點采用校準(zhǔn)法進行了分項系數(shù)修正，與歐洲鑒定標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整原則相一致。

隨著科學(xué)水平的不斷進步和工程經(jīng)驗的積累，鑒定標(biāo)準(zhǔn)必然會進行不斷的修正和增加新的內(nèi)容。本文認為以下方面需進行深入研究：

1)基于性能的鑒定方法。

2)既有建筑鑒定和加固時的目標(biāo)可靠指標(biāo)。

3)根據(jù)可靠性理論和既有建筑的特點，對鑒定極限狀態(tài)方程中的分項系數(shù)進行修正。

4)根據(jù)可靠性理論對結(jié)構(gòu)的安全性和使用性評價標(biāo)準(zhǔn)重新分級。從而在保證既有建筑結(jié)構(gòu)安全可靠的同時又可以避免過度加固、從而減少對原結(jié)構(gòu)的損傷。