第42卷第6期2020年12月
工程抗震与加固改造
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting
Vol.42,No.6
Dec.2020
［文章编号］1002-8412(2020)06-0030-11DOI：10.16226/j.issn.1002-8412.2020.06.004建筑消能减震加固技术规程介绍
薛彦涛，程小燕（中国建筑科学研究院有限公司，北京100013）
［提要］建筑消能减震加固是建筑抗震加固的重要组成部分，本文介绍了《建筑消能减震加固技术规程》（CECS547-2018）的编制背景、指导思想、编制过程，并对规范的主要设计内容和技术要点进行了详细阐述，包括规程的适用范围、不同后续使用年限三水准地震动参数、加固的设防目标、计算分析方法、混凝土结构加固、钢结构加固、性能化加固设计、消能器技术要求和消能部件及连接要求等。
［关键词］消能减震；消能器；性能化设计；后续使用年限；抗震加固
卡通猫头鹰
［中图分类号］TU746.3［文献标识码］A
Introduction of technical speciflcation for ismic energy dissipation of strengthening structure
Xue Yan-tao,Cheng Xiao-yan^China Academy of Building Rearch Co.Ltd.Beijing100013,China)
Abstract:Energy dissipation technology is an important part of building ismic strengthening.This paper introduces the compilation background,guiding ideology and compilation process of Technical Specification for Seismic Energy Dissipation of Strengthening Structure (CECS547-2018).The technical points are elaborated in detail,including the scope of application,three-level ground motion parameters with different subquent rvice life,strengthening fortification targets,calculation methods,concrete structure strengthening,steel structure strengthening,performance-bad strengthening design,technical requirements for damper and energy dissipation components and connection requirements,etc.It plays an important role in the design of building energy dissipation strengthening.
Keywords:ismic energy dissipation,damper,performance-bad design,subquent rvice life,ismic strengthening
E-mail:
由于使用功能变更、规范修订、区域抗震设防烈度变化等因素，我国大量既用建筑在改造时往往难以满足现行抗震规范或抗震鉴定标准的要求，需要进行抗震加固。
采用消能减震技术加固是在现有建筑中安装适当数量的消能器，当建筑遭遇地震作用时，消能器通过结构变形消耗结构的振动能量，将部分结构动能转为热能消散掉，此时结构的位移或变形大大减小，结构无需加固或适当加固，其承载力和变形就能够满足抗震需求，为抗震加固开辟了一条新途径。
多年来，我国在采用消能减震技术进行抗震加固方面开展了大量的研究工作，取得了系统的研究
［收稿日期］2020-02-21成果，并在实践中积累了丰富经验。1998年完成了北京火车站等3个重要工程的消能减震加固⑴，见图1，至今，全国已有大量建筑，尤其是中小学校舍和医院的抗震加固采用了消能减震技术，为消能减震加固的规程制定奠定了坚实基础。
中国建筑科学研究院有限公司会同同济大学、清华大学、北京市建筑设计研究院等单位，于2014年开始编制《建筑消能减震加固技术规程》⑷（以下称规程）,2017年10月24日召开专家审查会，2019年4月1日颁布实施。
1规程内容概述
规程共有9章，1个附录，分别是总则、基本规定、设计计算、消能器技术性能及检验、钢筋混凝土结
构加固、钢结构加固、消能部件连接构造与设计以及施工、验收和维护；附录是钢筋混凝土框架-屈曲Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Dec.2020
第42卷第6期薛彦涛，等：建筑消能减震加固技术规程介绍・31 •
图1北京火车站中央大厅消能减震加固采用黏滞阻尼器
Fig.l Energy dissipation strengthening of central hall of
Beijing railway station by viscous damper
约束支撑结构。“总则”规定了消能减震加固结构
的设防目标；“基本规定”涉及消能减震加固的概 念设计和性能化加固目标；“设计计算”对不同后
哲学的任务
续使用年限的地震作用、地震反应谱、计算模型、
结构变形指标等作出详细规定；“消能器技术性能 和检验”对消能减震加固用各类消能器的性能和 检测提出了要求；“钢筋混凝土结构和钢结构加
固”对采用消能减震加固的钢筋混凝土结构和钢
结构的适用高度、抗震等级、构造措施等作了规
定；“消能部件连接构造与设计”提出消能部件与 结构的直接连接、嵌套式连接和附加式连接，并对
设计要求做了规定；“施工、验收和维护”对消能减 震加固施工和验收作了规定，对后期可能遭遇地
震或火灾时的维护要求作了规定；“钢筋混凝土框
架-屈曲约束支撑结构”提出一个采用屈曲约束支 撑加固后形成的新体系，并对其适用高度、计算方
法、构造措施等做了规定。2适用范围
消能减震技术适用范围较广，可用于不同结 构类型和高度的建筑加固。消能器利用结构变形 消耗能量，因此需要结构有一定的变形能力，钢筋
混凝土框架结构、框架抗震墙结构、框架-筒体结
构、混合结构、钢结构等都具有较强的变形能力。 此外，底框结构（底部框架上部砌体结构）中的底 部框架、内框架砌体结构、单层及多层工业厂房也 可采用消能减震技术加固，装配式框架和框架剪
力墙结构可根据其结构特点选用适合的消能减震 技术。
3不同后续使用年限三水准地震动参数及设防目标
针对不同后续使用年限，规定发生与50年相同
超越概率63%、10%和2%-3%的地震烈度作为30
肺结核诊断
年或40年的多遇地震、设防地震和罕遇地震。采用
极值皿型概率分布函数预测不同后续使年限下不同
水准地震的相对应的烈度值（表1），并且给出不同 后续使用年限下的各水准地震加速度峰值的折减系
数，见表2，其中多遇地震下的比值与《建筑抗震鉴 定标准》一致。地震作用计算时，不同后续使用年
限三水准地震影响系数的比值也按表2取值⑷。
表1不同后续使用年限下三水准地震烈度值
Tab. 1 Seismic intensity values of three levels under
different subquent rvice life
后续使用年限
30年40年50年6度 5. 68 5. 86 6. 00
7度 6. 68 6. 86
7.00
8度
7.69
7. 878.009度8. 70
8. 87
9.00
表2不同后续使用年限的地震加速度折减系数
Tab. 2 Seismic acceleration reduction coefficient of
different subquent rvice life
后续使用年限
304050
多遇地震0. 750. 88 1.0设防地震0. 810.91 1. 0
罕遇地震
0. 85
0. 93
1.0
后续使用年限50年的建筑抗震设防目标与新 建筑相同，要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”。
对于后续使用年限40年的建筑，考虑其按89版抗 震规范设计时，已提出大震不倒，采取了相应的抗震
措施，因此采用消能减震加固仍能达到“小震不坏， 中震可修，大震不倒”的要求。后续使用30年的建 筑，现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》基本沿用了 95版建筑抗震鉴定标准的规定，而95版鉴定标准
对建筑设防目标只提“中震可修”，未涉及“大震不 倒”，因此只规定了基本的抗震构造措施，这样的构
造措施无法满足“大震不倒”的要求，但可以通过消 能减震加固，提高结构的抗震能力，对结构提出罕遇
地震下更高的弹塑性层间位移角限值来实现“大震
不倒”目标。4计算分析
根据结构及构件在荷载作用下所处的状态选择
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Vol. 42, No. 6
2020
•32•工程抗震与加固改造2020年12月
适宜的计算与分析方法，是正确进行结构计算与设计的基本前提。对于采用消能减震技术加固的结构而言，在进行结构地震作用效应的计算中，通常可采用如下方法进行区分：在多遇地震作用下，主体结构保持弹性状态，消能器未进入或进入消能阶段，消能器为主体结构提供附加刚度和附加阻尼，可采用主体结构弹性、消能器线性或等效线性模型并考虑附加阻尼的振型分解反应谱法及弹性时程分析法；在设防地震作用下，消能器通常进入耗能工作状态，此时可以采用主体结构弹性、消能器等效线
遥望星空
性模型并考虑其附加阻尼的振型分解反应谱法，并宜进一步选用恰当的恢复力模型模拟消能器非线性特性的非线性时程分析方法进行补充分析；在罕遇地震作用下，主体结构进入显著的弹塑性状态，消能器亦会表现出强烈的非线性工作状态，此时应选择能够同时考虑主体结构弹塑性性质和消能器非线性特性的弹塑性方法进行计算，且优先采用动力弹塑性方法。4.1振型分解反应谱法
采用振型分解反应谱法进行结构强度验算时，金属消能器和摩擦型消能器提供等效阻尼和有效刚度；液体黏滞消能器提供等效阻尼。
4.1.1反应谱曲线
地震反应谱是进行结构承载力与变形验算的基本前提。本规程针对不同后续使用年限的建筑分别给岀了不同水准地震反应谱曲线的形式及其关键参数的取值方法。其中多遇地震影响系数曲线的形式与《建筑抗震设计规范》一致，基于保持原结构设计延续性的考虑。罕遇地震影响系数曲线的形式(图2)与现行CECS标准《建筑工程抗震性态设计通则》一致，该曲线更能反映地震波的特性，为许多国家的规范所采用。
图2罕遇地震影响系数曲线
Fig.2Seismic influence coefficient curve of rare earthquake
4.1.2有效刚度
金属消能器和摩擦型消能器有效刚度按消能器目标位移的割线刚度取值，液体黏滞消能器的有效刚度通常取零。
4.1.3等效阻尼红鼻剪刀
wps怎么设置自动保存
(1)等效阻尼比计算方法一：能量法
采用能量法确定消能器等效阻尼时，等效阻尼比可按下式计算：
工陷/(4讥)(1)
j
式中：&为附加等效阻尼比；》%为第)个消能部件在结构预期层间位移△勺下往复循环一周所消耗的能量；巧为设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。
采用能量法确定等效阻尼比时，由于难以准确预估消能器的变形量，因而通常需采用迭代方法来确定消能器的刚度及其附加给整体结构的阻尼比。首先，参照可接受的整体结构的变形大小，根据结构中
所布置消能器的数量和位置，预先假设一个消能器的割线刚度及附加给整体结构的等效阻尼比，并采用振型反应谱方法对采用消能减震技术的结构进行整体计算。其次，根据计算结果中消能器的实际位移，依照消能器类型，通过相应恢复力模型和公式求解其有效刚度及附加等效阻尼比。调整相应参数后，重新进行整体结构的振型分解反应谱分析。重复上述过程，直至整体计算结果符合要求为止。
(2)等效阻尼比计算方法二：自由振动衰减法
自由振动衰减法则是根据自由振动衰减理论，将消能结构顶点自由振动衰减看作单自由度体系自由振动，根据单自由度体系阻尼比与振幅关系计算得到结构的阻尼比：
5”=ln(S”/S”+”)(3)式中：5”为振幅对数衰减率，S”和S”+”分别为第n 和第n+m周期振幅，m为两振幅间相隔的周期数。
计算过程为：
①将采用消能减震加固的结构自身阻尼比设为0，对结构施加一个瞬时激励，计入消能器非线性变形，计算结构振幅自由振动衰减时程(图3)。
②将结构振幅值代入式(2)，计算不同振幅下结构的阻尼比，得到采用消能减震技术加固的结构阻尼比-振幅曲线，如图4。
③通过多遇地震人工波计算顶点位移。Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Dec.
2020
第42卷第6期薛彦涛，等：建筑消能减震加固技术规程介绍• 33 •
④由结构顶点位移座标，在阻尼比-振幅曲 线中确定结构的阻尼比，即为消能器附加等效阻
尼比。
图3自由振动衰减时程曲线
步步高点读机
Fig.3 Time history curve of free vibration attenuation
顶点位移角
图4阻尼比-振幅曲线
Fig.4 Damping ratio amplitude curve
4. 2 时程分析4. 2. 1 地震波
采用时程法分析时，应按建筑场地类别和设计 地震分组选择实际强震记录和人工模拟加速度时程 曲线，其中实际强震记录数量不应少于总数的2/3,
多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分 解反应谱法采用的地震影响系数曲线在统计意义上
相符且持续时间不应小于结构基本周期的5倍和
15s 的较小值，地震加速度时程曲线的最大值按不 同后续使用年限的不同水准地震作用折减系数（表 2）进行调整。
人工模拟加速度时程曲线分别按规程多遇和罕 遇地震影响系数曲线拟合，人工模拟加速度时程曲 线的反应谱与给定水准的加速度反应谱在各周期点
的误差平均值不应超过5%，最大偏差不应超过 10%。
4.2.2 弹性时程分析
研究表明，消能器在主体结构中布置不均匀、结 构不规则、以及消能器附加给主体结构的阻尼比越 大时，整体结构采用简单增大振型阻尼比的振型分
解反应谱法计算的精度会有明显下降，因此，特别不 规则结构、超高层建筑、消能器附加阻尼比大于
25%、消能器沿竖向布置不均匀的结构等等，还需进 行弹性时程分析补充计算。
液体黏滞消能器为速度相关型消能器，其出力
最大值与结构最大变形时的受力不是同时出现，振
型分析法还不能解决其组合问题，受消能器影响较
大的消能子结构内力，采用弹性时程分析法确定更 为准确，为了避免分析结果的离散性过大，规程要求
采用3条人工地震波，进行弹性时程分析，并取其包
络值。
4. 2.3 弹塑性时程分析
罕遇地震下要求进行弹塑性分析完善了结构大 震不倒的设计要求。弹塑计算软件日趋成熟，使得
结构在罕遇地震下的变形验算成为可能，因此，规程 规定采用消能减震技术加固的结构必须行罕遇地震
下的弹塑性计算。
在进行结构弹塑性计算时，应首先根据主体结
构的受力特点、消能器的类型、分析结果的精度和可 靠性要求选择适宜的计算软件。在建立结构弹塑性 计算模型时，应根据结构构件的受力特征、可能发生 的屈服和破坏模式以及消能器的工作特性等因素分
别选择适宜的单元模型。一般梁、柱、斜撑等采用线 单元。墙、板则可采用面单元或体单元。消能器根
据其受力特性可采用非线性连接单元或弹簧单元。
值得强调的是，对于采用消能减震加固的结构，结构 的几何尺寸、钢筋、型钢以及钢构件等应按现场实际 情况采用，现有结构构件的材料力学参数（如弹性
模量、强度等）应按照实际检测结果或规范规定确
定并采用。材料的本构关系可参考相关标准规范的
规定采用。
此外，结构弹塑性变形往往比弹性变形大很多， 而且结构的加固方法与施工过程对于结构现有构件
而言存在二次受力及内力重分布的影响，这些因素
在弹塑性分析中应充分考虑，增强计算结果的可靠 性及可参考性。
与弹性静力分析计算相比，结构的弹塑性分析
结果具有较大的不确定性，其影响因素除材料力学
参数取值、有限元网格的剖分等因素有关外，还与分 析软件的性能、构件的计算模型、损伤与破坏的模拟
Resistant Engineering and Retrofitting v ol. 42, No. 6
2020
•34•工程抗震与加El改造2020年12月
方式以及结构阻尼模型的选取等因素有关，存在较多的人为因素和经验因素。因此，弹塑性计算分析首先要了解分析软件的适用性，选择合适的软件，然后还应对计算结果的合理性进行分析判断。必要
时需采用两个不同的计算软件进行比对分析。
4.3强度验算
4.3.1结构构件抗震验算
结构构件抗震验算应按下式进行：
5W R/y^(4)式中：S为结构构件内力(轴向力、剪力、弯矩等)的设计值；y RE为抗震承载力调整系数，按《建筑抗震设计规范》取值;R为结构构件承载力设计值。
验算时，地震作用效应与其它荷载效应的组合按《建筑抗震设计规范》方法取值，内力调整系数按本规程规定取值。承载力验算公式按相关规范、规程的规定采用，结构构件截面、材料强度和配筋可按实际检测值取用，材料性能指标按现行相关标准的规定取值。
4.3.2楼层综合抗震能力指数法验算
强度验算应计入加固后仍存在的构造影响。当加固后的抗震构造措施仍不符合规范相关规定时，需采用楼层综合抗震能力指数法进行验算：
0=皿2&(5)
6="(6)式中：0为结构楼层综合抗震能力指数。大于等于1.0时，应认为满足要求；当小于1.0时，应采取加固或其他相应措施;“为体系影响系数；亿为局部影响系数；0为楼层屈服强度系数；匕为楼层现有受剪承载力，包含消能部件承载力；人为多遇地震下楼层弹性地震剪力设计值。
4.3.2.1体系影响系数
体系影响系数与规则性、构件箍筋、轴压比等构造和结构损伤倾斜有关。当部分构造符合要求，部分不符合，可取插值，不符合的程度大或有若干项不符合时取较小值。对不同烈度鉴定要求相同的项目，烈度高者，该体系影响系数取小值。结构损伤包括因建造年代甚早、混凝土碳化而造成的钢筋锈蚀。损伤和倾斜的修复，通常宜考虑新旧部分不能完全共同发挥效果而取小于1.0的影响数值，对体系影响系数进一步折减。
后续使用30年的A类钢筋混凝土房屋的体系影响系数可根据结构体系、梁柱箍筋、轴压比等符合要求的程度和部位，按下列情况确定：
(1)当各项构造均符合《建筑抗震鉴定标准》的规定时，可取1.0；
(2)当各项构造均符合非抗震设计规定时，可取0.8；
(3)结构受损伤或发生倾斜但已修复纠正的，上述数值尚宜乘以0.8-1.0o
后续使用40年的B类钢筋混凝土房屋的体系影响系数可根据结构体系、梁柱箍筋、轴压比、墙体边缘构件等符合要求的程度和部位，按下列情况确定：
(1)当各项构造均符合《建筑抗震鉴定标准》B 类房屋鉴定规定时，可取1-0；
(2)当各项构造均符合《建筑抗震鉴定标准》A 类房屋鉴定规定时，可取0.8；
(3)结构受损伤或发生倾斜但已修复纠正的，上述数值尚宜乘以0.8-1.0o
后续使用50年的C类钢筋混凝土房屋的体系影响系数可根据结构体系、梁柱箍筋、轴压比、墙体边缘构件等符合要求的程度和部位，按下列情况确定：
(1)当各项构造均符合《建筑抗震设计规范》时，可取1.0；
(2)当各项构造均符合《建筑抗震鉴定标准》B 类房屋鉴定要求时，可取0.7；
(3)当各项构造均符合《建筑抗震设计规范》2001时，框架结构可取0.8；其它结构可取0.9；
(4)结构受损伤或发生倾斜但已修复纠正的，上述数值尚宜乘以0.8-1.0o
4.3.2.2局部影响系数
局部影响系数根据局部构造不符合《建筑抗震鉴定标准》的程度，取下列三项系数的最小值：
(1)与承重砌体结构相连的框架，取0.8~ 0.95；
(2)填充墙等与框架的连接不符合要求，取0.7 -0.95；
白羊男和天蝎女(3)抗震墙之间的楼盖、屋盖长宽比超过鉴定标准要求时，根据超过的程度，取0.6~0.9。Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Dec.2020
