建筑抗震鑒定與加固技術(shù)發(fā)展歷程回顧與展望

程紹革

前言

我國是個地震多發(fā)國家，無論是從有史可考的記載還是從近代的統(tǒng)計，我國的地震災害及造成的人員傷亡均居世界之首。1556年1月23日陜西華縣8級地震，死亡人數(shù)83萬人，是有史以來全世界地震中死亡人數(shù)最多的一次。1976年7月28日河北唐山7.8級地震，死亡人數(shù)24萬人、傷殘16萬人，是世界上近代大地震中傷亡人數(shù)最多的一次。2008年5月12日四川汶川8.0級地震，造成6萬多人死亡、2萬多人失蹤和37萬余人受傷，是近年來人員傷亡最嚴重的一次地震。

地震中造成大量人員傷亡的主要原因是建筑物的倒塌，提高建筑物的抗震能力，即對新建工程按新的抗震設計規(guī)范設計建造，對現(xiàn)有房屋進行抗震鑒定，對不滿足鑒定要求的房屋進行抗震加固，這是減輕地震災害行之有效的措施，已被歷次地震所驗證。

我國的地震活動具有分布廣，震源淺、強度大，強震的重演周期長的特點，容易在現(xiàn)實生活中忽視地震災害的威脅。我國自1974年才發(fā)布第一本《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》（TJ 11—74），此前建造的大量房屋未考慮抗震設防，并且由于技術(shù)和經(jīng)濟方面的原因，我國早期的抗震設防標準低，造成了我國現(xiàn)存的一批老舊房屋抗震能力低下，亟待進行加固。

抗震鑒定加固技術(shù)標準歷史回顧

（一）建筑抗震鑒定與加固技術(shù)標準

現(xiàn)代高樓背景下的城市舊城區(qū)

1. 68草案。1966年3月8日邢臺地震后，我國首先在北京、天津地區(qū)開展了房屋的抗震普查與鑒定工作。1968年原國家建委京津地區(qū)抗震辦公室發(fā)布了五本草案：京津地區(qū)新建的一般民用房屋抗震鑒定標準（草案）、北京地區(qū)一般單層工業(yè)廠房抗震鑒定標準（草案）、北京市舊建筑抗震鑒定標準（草案）、京津地區(qū)農(nóng)村房屋抗震檢查要求和抗震措施要點（草案）及京津地區(qū)煙囪及水塔抗震鑒定標準（草案)。

2. 75試行標準。1970年在云南省通海地震的經(jīng)驗總結(jié)會上，正式提出要把預防工作做在地震發(fā)生之前，對現(xiàn)有未設防房屋采取積極的防災措施，這是我國工程抗震戰(zhàn)略上的一個重大突破。1975年遼寧海城地震后，在原國家建委京津地區(qū)抗震辦公室的領(lǐng)導下，由國家建委建筑科學研究院（1979年更名為中國建筑科學研究院）工程抗震研究所會同北京市房管局、天津市建筑設計院等單位，對1968年發(fā)布的5本草案進行了修訂，形成了《京津地區(qū)工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標準》（試行），于1975年9月正式試行，這是我國第一個抗震鑒定標準。

3. 77標準。1976年唐山地震后，我國正式成立了國家建委抗震辦公室，主持召開了第一次全國抗震工作會議，布置了全國抗震加固工作，組織廣大科技人員進行了震害調(diào)查和抗震加固技術(shù)的試驗研究工作。1977 年12月頒布了《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標準》（TJ23—77），配合該標準編制了《工業(yè)建筑抗震加固圖集》（GC—01） 和《民用建筑抗震加固圖集》（GC—02），成為指導全國抗震鑒定與加固工作的規(guī)范文件。

4. 95標準。1977年至1978年，我國許多單位相繼進行了磚墻加固與修復技術(shù)的試驗研究，并于1978年12月在成都召開了全國抗震加固科研成果交流會，會后編制了《民用磚房抗震加固技術(shù)措施》。1980年后，抗震加固技術(shù)的研究不斷深入，并列入國家抗震重點科研項目。全國22個設計、科研單位與大專院校，進行了556項足尺與縮尺模型試驗，在此基礎(chǔ)上，于1985年編制了《工業(yè)與民用建筑抗震加固技術(shù)措施》。1988年由中國建筑科學研究院、同濟大學和機械電子部設計研究總院會同國內(nèi)有關(guān)科研、設計和高等院校等單位，按原建設部《1984年全國城鄉(xiāng)建設科技發(fā)展計劃》中任務的要求，認真總結(jié)了我國抗震鑒定與加固的實踐經(jīng)驗并吸取了國外一些有價值的資料，對77標準進行修訂，著手編制《建筑抗震鑒定與加固設計規(guī)程》。其間由于種種原因，直到1995年和1998年正式頒布《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023—95）、《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 116—98）。

5. 09標準。汶川地震后，根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設部的要求，并配合全國中小學校安工程的順利開展，對95標準與98規(guī)程進行了緊急修訂。修訂工作于2008年7月9日正式啟動。修訂過程中吸納了77標準實施以來抗震鑒定與加固的最新研究成果，總結(jié)了國內(nèi)外歷次大地震、特別是汶川地震的震災經(jīng)驗教訓。2009年5月19日、6月12日分別召開了兩本標準的審查會，并于同年7 月1 日、8月1日正式實施。

（二）不同歷史時期標準的技術(shù)特點

1. 68年頒發(fā)的五本草案類似于房屋安全的普查技術(shù)要點，結(jié)構(gòu)種類也少，除磚混結(jié)構(gòu)有抗震能力計算外，其余均靠現(xiàn)場調(diào)查給出相應的結(jié)論。

2. 75試行標準對68草案進行了重大修訂，是較為系統(tǒng)的第一本標準。75試行標準中明確了適用范圍（京津地區(qū)），鑒定流程按抗震構(gòu)造措施和承載力驗算兩部分獨立進行，抗震構(gòu)造措施的要求偏松，抗震承載力驗算按抗震設計規(guī)范的規(guī)定進行。75試行標準的設防標準是偏低的，其設防目標是在遭遇相當于鑒定烈度的地震影響時不致產(chǎn)生嚴重破壞，而鑒定烈度對于一般建筑物按基本烈度降低一度、重要建筑物按基本烈度進行鑒定。

3. 77標準是我國第一部適用于全國范圍（7～9度區(qū)）的技術(shù)標準，鑒定流程仍沿用了75試行標準的方法，但加強了對抗震構(gòu)造措施的要求。77標準最大的改進就是明顯提高了設防標準，鑒定烈度與設計烈度一致，在遭遇鑒定烈度的地震影響時，一般不致倒塌傷人或砸壞重要生產(chǎn)設備，經(jīng)修理后可繼續(xù)使用，這個設防目標相當于“中震不倒”。

4. 95標準是在77標準的基礎(chǔ)上修訂而成，經(jīng)歷了漫長的歷程，修訂過程與《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》（TJ 11—78）的修訂同步進行，其間伴隨著《建筑工程抗震設防分類標準》《建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準》的頒布實施幾易其稿，標準名稱也由開始的《房屋抗震鑒定與加固技術(shù)規(guī)程》拆分為《建筑抗震鑒定標準》與《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》。

95標準最主要的變化是改變了以往將抗震承載力驗算與抗震構(gòu)造措施割裂的鑒定方法，將綜合抗震能力作為是否滿足鑒定要求的標準，當抗震構(gòu)造措施較好時，可適當降低抗震承載力要求，當抗震承載力較高時可適當放松對抗震構(gòu)造措施的要求。另外一個變化是抗震鑒定時的地震作用折減，以往的標準中是通過專家經(jīng)驗人為給出一個折減系數(shù)，95標準則是按后續(xù)使用年限具有相同超越概率為基礎(chǔ)進行鑒定烈度的折減，進而對地震作用進行折減，明確建筑抗震鑒定的后續(xù)使用年限。

在抗震加固技術(shù)上匯集了唐山地震后全國的科研成果，形成外加圈梁、構(gòu)造柱、鋼拉桿和夾板墻的砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，增設鋼筋混凝土抗震墻或翼墻、加大截面法、外包鋼構(gòu)套加固鋼筋混凝土房屋的加固技術(shù)。

5. 09標準明確了建筑抗震鑒定加固時按其建造年代及設計采用的標準系列分為30、40和50年三個檔次，在條文說明中給出了后續(xù)使用年限30、40年的地震作用折減系數(shù)分別為0.75、0.88，后續(xù)使用年限為30年的建筑沿用了95標準的鑒定方法，后續(xù)使用為40年的建筑則按設計規(guī)范的方法進行抗震承載力驗算，構(gòu)造措施基本上采用89版抗規(guī)的要求，但最終仍以綜合抗震能力來進行評定。在抗震加固技術(shù)上增加了鋼鉸線-聚合物砂漿、粘貼碳纖維布或鋼板、消能減震加固技術(shù)。

抗震鑒定加固的工程實踐

（一）抗震鑒定加固工程的三個階段

我國曾進行過三次大規(guī)模的抗震鑒定加固的工程實踐。

1.唐山地震后至《建筑抗震設計規(guī)范》（GBJ 11—89）實施前。該時期我國建立了抗震鑒定與加固的基本管理體制，制訂了著眼于安全的技術(shù)標準《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標準》（TJ23—77）。從加固技術(shù)手段上經(jīng)過近十年的研究，研發(fā)了夾板墻、鋼構(gòu)套、增設鋼筋混凝土抗震墻（或翼墻）、鋼支撐等多種抗震加固新技術(shù)。在此期間，國家投入44億元完成近3億平方米建筑物的加固任務。

2. 1998—2000年實施的“首都圈防震減災示范區(qū)”項目。在此期間國家安排國債資金13億元的專項經(jīng)費，用于首都圈中央國家機關(guān)行政事業(yè)單位建筑工程的抗震加固，共完成了357個項目600多萬平方米的抗震加固任務。一些更先進的抗震加固技術(shù)也逐漸成熟，如消能減震加固技術(shù)，并開始應用于大型重要公共建筑的抗震加固中，并且抗震鑒定、抗震加固與建筑功能改造日益密切結(jié)合在一起。

3.全國中小學校舍安全工程。汶川地震中學校建筑破壞嚴重、學生傷亡數(shù)量大，引起了黨中央的高度關(guān)注。2009年4月，國務院正式啟動了“全國中小學校舍安全工程”，中央投入280億元，對地震重點監(jiān)視防御區(qū)、7度以上地震高烈度區(qū)、洪澇災害易發(fā)地區(qū)、山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災害易發(fā)地區(qū)的各級城鄉(xiāng)中小學約3億平方米存在安全隱患的校舍進行了抗震加固，提高綜合防災能力。配合“校安工程”的實施，在技術(shù)標準上將中小學校舍由原來的標準設防類提高到重點設防類，在技術(shù)手段上基礎(chǔ)隔震、消能減震得到更廣泛的應用，并且全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，特別是新型的消能減震技術(shù)——防屈曲約束支撐也開始得到應用。

（二）抗震鑒定加固標準實踐中面臨的問題

習近平總書記在中央第三次財經(jīng)工作會議上提出了“九大工程”，我國將迎來第4次大規(guī)模抗震鑒定與加固工程實踐的高潮。

但應該看到，現(xiàn)行的鑒定與加固技術(shù)標準已使用了10年，與當時的01系列規(guī)范是配套使用的，然而在這10年中我國的一些相關(guān)標準發(fā)生了變化。

1. 01版抗規(guī)修訂后的10版抗規(guī)，內(nèi)力調(diào)整系數(shù)有所提高；10版抗規(guī)2016年的修訂版，部分地區(qū)的地震動參數(shù)（設防烈度提高或是設計地震分組）進行了調(diào)整，進而引起鋼筋混凝土構(gòu)件抗震等級的調(diào)整，抗震措施也有相應變化。全文強制標準《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》（征求意見稿）中又將6、7度的地震動參數(shù)進一步提高。

2.《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB 50068—2001）進行了修訂，現(xiàn)為《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一設計標準》（GB 50068—2018），恒載分項系數(shù)由1.2提高到1.4，活荷載分項系數(shù)由1.3提高到1.5。

3.《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（征求意見稿）中相比《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012），將較多的樓面活荷載提高 0.5～1.0kN/m2。

結(jié)構(gòu)設計標準層層加碼，第4次大規(guī)模的抗震鑒定加固工程實踐必須有相應的應對措施。

抗震鑒定加固技術(shù)的發(fā)展方向

1.抗震鑒定加固的地震作用折減

在現(xiàn)行國家標準中，基于對不同后續(xù)使用年限具有相同超越概率的抗震鑒定設防烈度進行折減，進而進行地震作用的折減。但研究結(jié)果表明，地震烈度的概率分布屬于極值Ⅲ型分布，而地震作用的概率分布屬于極值Ⅱ型分布。工程技術(shù)人員更為關(guān)心地震作用的計算，因此地震作用的折減應是直接進行基于不同后續(xù)使用年限具有相同超越概率的地震作用分析來確定其折減系數(shù)取值。

2.性能化抗震鑒定與加固方法

我國的《建筑抗震設計規(guī)范》中已引入了性能化抗震設計的方法，但僅限于對復雜結(jié)構(gòu)中的某些重要構(gòu)件給出不同設防水準下應達到的設計標準。事實上性能化抗震設計源自于現(xiàn)有建筑的抗震鑒定與加固，房屋使用者可依據(jù)需求選擇相應的設計標準，我國現(xiàn)行《建筑抗震鑒定標準》中提出的不同后續(xù)使用年限即是性能化抗震鑒定的雛形，標準中給出的后續(xù)使用年限是一個最低要求，業(yè)主可根據(jù)需要和實施的可能性選擇更長的后續(xù)使用年限。

另外，目前抗震鑒定加固的設防目標是A類建筑保證“大震不倒”，B、C類建筑與現(xiàn)行規(guī)范一樣實現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準設防目標，但房屋在遭遇地震作用時的損失是不可預估的。因此，基于風險控制的性能化抗震鑒定加固是必然發(fā)展方向，也是新建工程抗震設計的發(fā)展方向。

3.抗震加固新技術(shù)的涌現(xiàn)與應用

抗震加固新技術(shù)日新月異，傳統(tǒng)加固技術(shù)不斷改進，基礎(chǔ)隔震、消能減震技術(shù)得到更廣泛應用，同時新的加固技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如高延性混凝土、附加子結(jié)構(gòu)、自復位搖擺墻加固技術(shù)，并且這些新技術(shù)逐步實現(xiàn)工廠預制、現(xiàn)場安裝，向綠色、環(huán)保方向發(fā)展。

4.抗震鑒定加固工作的實施

現(xiàn)有建筑的抗震加固不再是一個單一結(jié)構(gòu)專業(yè)的問題，強調(diào)與節(jié)能改造、降低能耗、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)與建筑使用功能相結(jié)合，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，最大程度地改善居住環(huán)境與質(zhì)量，真正讓老百姓得到“獲得感、幸福感和安全感”。最近中國工程建設標準化協(xié)會批準發(fā)布了協(xié)會標準《既有公共建筑綜合性能提升技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 600—2019），規(guī)程中涵蓋了建筑安全性能、環(huán)境性能、能效性能的評估與提升技術(shù)，將在今后的抗震加固與改造中發(fā)揮重要作用。