抗震設(shè)防目標(biāo)、兩階段設(shè)計(jì)方法及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的意義

【摘 要】抗震設(shè)防目標(biāo)、兩階段設(shè)計(jì)方法和抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是總結(jié)了人類歷史上歷次地震的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，考慮到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平和工程實(shí)踐，采納了地震工程的最新的科學(xué)研究成果而制定，是我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中必須遵循的原則和方法。本文對(duì)上述三方面內(nèi)容進(jìn)行了詳盡的論述，闡述了其重要意義。

【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)防目標(biāo)；兩階段設(shè)計(jì)方法；抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

1 抗震設(shè)防目標(biāo)

抗震設(shè)防的目標(biāo)很大程度上依賴于經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)水平，既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟(jì)投入不超過當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)能力，又要使震后經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)的建筑的破壞程度在可以承受的范圍內(nèi)，達(dá)到合理使用建設(shè)投資、確保建筑抗震安全。

現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的抗震設(shè)計(jì)主要致力于保證結(jié)構(gòu)本身具有一定的強(qiáng)度、剛度和足夠的延性，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”。我國(guó)1976年唐山大地震的慘痛教訓(xùn)是由于房屋大量倒毀，頃刻間數(shù)十萬(wàn)人喪失生命。之后修訂抗震設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，將“大震不倒”作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）第1章總則第1.0.1條對(duì)建筑的抗震設(shè)防目標(biāo)是這樣規(guī)定的：“當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。”就是說，建筑結(jié)構(gòu)抗震有三個(gè)烈度水準(zhǔn)：第一水準(zhǔn)，眾值烈度（小震）；第二水準(zhǔn)，基本烈度（中震）；第三水準(zhǔn)，罕遇烈度（大震）。

小震是指發(fā)生在該地區(qū)的多遇地震，其超越概率為63.2%，地震烈度為概率密度分布圖上的眾值烈度。中震則是指設(shè)防烈度或稱基本烈度，其超越概率為10%，烈度值比小震大1.55度。大震則指罕遇地震，其超越概率為2～3%，其烈度值比中震大1度。

按照“三水準(zhǔn)設(shè)計(jì)思想，通過二階段設(shè)計(jì)方法設(shè)防的建筑應(yīng)滿足：當(dāng)該建筑遭受與三個(gè)烈度水準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，遭遇第一水準(zhǔn)烈度（小震）時(shí)，一般情況下（不是所有情況下），建筑處于正常使用狀態(tài)，抗震分析時(shí)，結(jié)構(gòu)可以視為彈性體系，采用反應(yīng)譜進(jìn)行彈性地震反應(yīng)分析；遭遇第二水準(zhǔn)烈度（中震）時(shí)，結(jié)構(gòu)進(jìn)入一定程度的非彈性工作階段，但非彈性的變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞控制在可修復(fù)的范圍內(nèi)；遭遇第三水準(zhǔn)烈度（大震）時(shí)，結(jié)構(gòu)有較大的非彈性變形，但應(yīng)控制在不倒塌的范圍內(nèi)。嚴(yán)重破壞但不倒塌的房屋，雖然沒有修理價(jià)值，但可以避免人員和設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p失。規(guī)范規(guī)定的這個(gè)三級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)可大致概括為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

三水準(zhǔn)設(shè)計(jì)思想中最重要的是抗震建筑能否滿足第三水準(zhǔn)即“大震不倒”的要求，這是事關(guān)人民生命的問題。第三水準(zhǔn)的核心和實(shí)質(zhì)就是既要充分估計(jì)到大震帶來的危害，從而采取有力而又適當(dāng)?shù)拇胧┖褪侄危沟卣馂?zāi)害減輕到不致對(duì)人民生命造成危害的程度；同時(shí)也要考慮到發(fā)生大震的可能性甚小且重現(xiàn)期長(zhǎng)，以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)情況和財(cái)力的承受能力，不能僅僅為了防御這樣罕遇的大震在建筑設(shè)計(jì)中耗費(fèi)過多的材料，投入大量資金，使建筑物長(zhǎng)期在正常使用荷載下處于十分保守和過分安全的狀態(tài)。因此，新規(guī)范規(guī)定，地震力的計(jì)算仍然按設(shè)防烈度考慮，更多措施則著力于“概念設(shè)計(jì)”，以提高抗大震的能力，并對(duì)一些容易倒塌的薄弱層和部位按大震進(jìn)行變形驗(yàn)算，在構(gòu)造上采取一些加固措施。

2 兩階段設(shè)計(jì)方法

在建筑抗震設(shè)計(jì)中如何貫徹“三水準(zhǔn)”思想？新規(guī)范明確規(guī)定必須采取二階段的設(shè)計(jì)方法，其具體要求和步驟是：

第一階段設(shè)計(jì)是承載力驗(yàn)算和彈性變形驗(yàn)算。取第一水準(zhǔn)烈度（小震）的地震動(dòng)參數(shù)，用彈性反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用，然后將地震作用效應(yīng)和其它荷載效應(yīng)相組合，并采用《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068）規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行承載力驗(yàn)算，以保證必要的強(qiáng)度可靠度要求。

為實(shí)現(xiàn)第一水準(zhǔn)下的設(shè)防要求，要求對(duì)各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的彈性變形驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在第二水準(zhǔn)烈度下的抗震驗(yàn)算根本上應(yīng)該是彈塑性變形驗(yàn)算，但為減少工作量并符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，對(duì)大部分結(jié)構(gòu)，將變形驗(yàn)算轉(zhuǎn)換為眾值烈度地震作用下構(gòu)件承載能力驗(yàn)算的形式來表現(xiàn)。經(jīng)過分析研究表明，對(duì)多數(shù)結(jié)構(gòu)可只進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)，而通過概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

第二階段設(shè)計(jì)是彈塑性變形驗(yàn)算。對(duì)有特殊要求的建筑、地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)以及有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。

需要進(jìn)行抗震變形驗(yàn)算的建筑有：

1）8度Ⅱ、Ⅳ類場(chǎng)地和9度時(shí)，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房；

2）7～9度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的框架結(jié)構(gòu)、底層框架磚房；

3）甲類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)薄弱部位應(yīng)按下列原則確定：

1）樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)沿高度分布均勻的結(jié)構(gòu)可取底層；

2）樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)沿高度分布不均勻的結(jié)構(gòu)，可取該系數(shù)小的樓層和相對(duì)較小的樓層，一般不宜超過2～3處；

3）單層廠房可取上柱。

3 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

建筑抗震設(shè)防類別劃分，應(yīng)根據(jù)下列因素的綜合分析確定：

1）建筑破壞造成的人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響的大小。

2）城鎮(zhèn)的大小、行業(yè)的特點(diǎn)、工礦企業(yè)的規(guī)模。

3）建筑使用功能失效后，對(duì)全局的影響范圍大小、抗震救災(zāi)影響及恢復(fù)的難易程度。

4）建筑各區(qū)段的重要性有顯著不同時(shí)，可按區(qū)段劃分抗震設(shè)防類別。下部區(qū)段的類別不應(yīng)低于上部區(qū)段。

5）不同行業(yè)的相同建筑，當(dāng)所處地位及地震破壞所產(chǎn)生的后果和影響不同時(shí)，其抗震設(shè)防類別可不相同。

實(shí)際設(shè)計(jì)中建筑工程應(yīng)分為以下四個(gè)抗震設(shè)防類別：

1）特殊設(shè)防類：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱甲類。

2）重點(diǎn)設(shè)防類：指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑。簡(jiǎn)稱乙類。

3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類：指大量的除1、2、4款以外按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱丙類。

4）適度設(shè)防類：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。簡(jiǎn)稱丁類。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，抗震“三水準(zhǔn)”設(shè)計(jì)思想和二階段設(shè)計(jì)要求較之原規(guī)范在思路上其物理概念更明確，設(shè)計(jì)工作的步驟更具體，這既是學(xué)習(xí)和吸收先進(jìn)國(guó)家抗震設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果，也是對(duì)防震抗震工作認(rèn)識(shí)上的新飛躍。今后只要大家嚴(yán)格執(zhí)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持“三水準(zhǔn)”設(shè)計(jì)思想，嚴(yán)格按二階段的設(shè)計(jì)方法和步驟去工作，無疑，防震抗震的建筑設(shè)計(jì)工作必將邁上一個(gè)新臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010

[2]徐建.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見及疑難問題解析，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

[3]朱伯龍，張琨聯(lián).建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社