这些加固构件承载力验算的应用攻略，你了解多少？
随着我国经济发展，公共、民用建筑的功能更加多样化，房屋的改造需求日益增多；同时，岁月在老旧房屋上留下了无法抗拒的痕迹，老旧小区综合整治项目中，房屋的安全性、使用性，是关乎百姓幸福的民生工程。本着资源可再生、节能环保的原则，相关房屋安全规范的管理制度，新老建筑的功能改变、扩能、抗震设防等级要求提高，达到设计使用年限的老旧房屋，房屋灾害损伤等，都涉及到建筑结构的鉴定、加固或改造。
既有结构鉴定或加固时，承载力是判定承重构件安全的重要指标之一，对于现有构件或各种方法加固后复杂构件截面的承载能力评估，现行规范计算方法均存在一定的局限性，本文结合设计规范，采用PKPM 复杂截面设计软件GSEC对加固构件进行建模，通过其承载力分析和配筋设计功能进行构件加固设计，并进行截面三维承载力评估，实现了基于非线性分析方法的构件加固设计。
lGSEC在鉴定加固构件设计的应用流程
PKPM通用钢筋混凝土截面非线性承载力分析与配筋软件GSEC，是针对任意复杂截面的承载力分析及配筋设计工具，具备如下能力：
1）任意形状截面钢筋混凝土构件承载力分析（含组合墙、型钢砼及矩形圆形等常用截面）；
2）任意形状截面钢筋混凝土构件配筋设计；
3）三维承载力包络球计算。
上述功能恰恰为加固后的不规则截面，提供了可靠的安全性评估方法。实际上，在进行鉴定加固构件截面设计及承载力验算时，需要结合PKPM-SATWE计算，得出的构件在结构中的实际受力，最终利用GSEC的承载力分析及三维承载力包络球来评估构件的安全性，大致流程如图1。
图1 构件设计及验算流程图
计算应用实例
●柱外包钢法加固承载力验算
某工程使用功能的改变，涉及到增加设备、使用荷载变化等，因此按要求进行了结构综合安全性鉴定，鉴定结论是一些构件承载力不满足要求，建议加固。如图2所示，某柱配筋不满足要求，现拟使用外包钢法加固。
图2 PKPM-JDJG外包钢法加固模型
一般来讲，使用PKPM的JDJG鉴定加固软件将原结构进行计算，得出计算配筋和实配钢筋的差距，此时则按照等效钢筋面积预估包钢加固截面。将预估的加固截面在JDJG软件中设置好（图3），计算后即可在构件信息计算书中（图4），查看新增型钢截面面积是否满足要求。
图3 PKPM-JDJG外包钢法截面参数
图4 PKPM-JDJG加固设计构件计算书
该方法是目前比较常用的，加固和计算方法均有规范依据，我们可以认为，按照这个方法加固的构件，是满足规范和承载力要求的。但加固后构件的实际承载力究竟是怎样的，具备多少安全富裕度，却无处可知。基于GSEC软件，可以实现截面的建模和承载力分析，并可以通过承载力包络球直接了解构件的承载情况，以下介绍利用GSEC软件的进行加固构件承载力计算的实现过程。
将柱截面原有配筋和内力输入GSEC软件，同时将增设的型钢布置在构件上，截面大致信息如表1，原截面与GSEC中的加固截面信息如图5所示。
图5 原截面与GSEC中的加固截面模型
此处需要注意，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称《砼规》）第11.1.6条要求，考虑地震作用组合验算混凝土结构构件承载力时，应按承载力抗震调整系数γRE进行调整。因此，对含地震工况的组合内力进行配筋设计时，可利用GSEC软件中“荷载放大系数”来实现承载力的抗震调整。如轴压比≥0.15的偏心受压柱γRE取0.8，将“荷载放大系数”填为0.8，对荷载效应进行折减等同于对抗力放大。
经计算，得出包钢加固后构件的承载力满足要求，承载力计算结果见表2。
从计算出的承载力包络球（图6），可直观看到构件的承载极限N-M，在轴力为-460.88kN（取-576.71×0.8）时，绘制M-M曲线，如图7所示，构件实际所受弯矩在包络线范围内，证明加固后的构件承载力足够。由此，可以总结出该实例的加固构件承载力验算流程（图8）。
图6 构件承载力包络球
图7 构件定轴力M-M曲线
图8 构件加固承载力验算流程
●墙肢加厚复杂截面承载力验算
某项目经过鉴定发现，位移指标稍微不满足要求，拟通过增大剪力墙厚度提高结构刚度等方法减小结构位移，同时要保证结构构件承载力满足要求。然而，现有软件对于加厚剪力墙的承载力计算方面不尽完善，此时，可以用GSEC软件来计算新旧钢筋混凝土组合墙截面的实际承载力，大致流程如图9所示。
图9 新旧混凝土组合墙截面承载力验算流程
将结构分析软件得到的构件内力和原有截面、新增截面及配筋，输入GSEC模型进行计算，原截面与GSEC中的加固截面模型如图10所示，主要截面参数如表3所示，其中，考虑新增钢筋强度利用系数的钢筋直径。经计算，得出加厚墙的承载力满足要求，计算结果见表4。
图10 原截面与GSEC中的加固截面模型
表4 加厚墙承载力计算结果
从计算出的承载力包络球（图11），可直观看到构件的承载极限N-M，在轴力为-4681.8kN时，绘制M-M曲线，如图12所示，构件实际所受弯矩在包络线范围内，证明加固后的构件承载力足够。
图11 构件承载力包络球
图12 构件定轴力M-M曲线
利用构件非线性计算，可以准确地描绘出任何复杂构件的承载力包络。在鉴定加固工作中，无论鉴定或加固后的截面混凝土等材料是否单一、钢筋排布是否规则、型钢截面是否复杂，基于非线性方法的截面分析，总能得到一个更直观的构件承载性能。
设计人员可结合现有成熟地结构分析软件，与GSEC复杂截面非线性分析软件结合运用，对任意构件的承载力进行计算，亦可进行非线性配筋设计，最终查看三维承载力包络球进行精准、量化的承载力判断，为构件的安全性能评估提供可靠依据。
期望
本文展示了GSEC软件的部分功能，而我们的GSEC不仅如此，改进更不会止步！
不知您在初步了解GSEC后，有什么样的感受，或者有什么更高的期望呢？欢迎您在下方留言。
如果您在使用过程中遇到任何问题，欢迎向我们反馈，我们将期待着您更高的要求！
爱工作、爱生活、爱PKPM
供稿：马成
审稿：刘孝国