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“解說”專輯
將邀請我司規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)編修專家
進(jìn)行技術(shù)解說，談?wù)勀切I(yè)事兒！
本次“解說”就《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》等抗震防災(zāi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的若干熱點技術(shù)問題，由規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）的主要編修人員：我公司建研設(shè)計院羅開海研究員、毋劍平研究員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)解讀。
抗震規(guī)范的總綱，你理解正確嗎？
1、抗震規(guī)范的總綱？那是個什么鬼？
所謂的抗震規(guī)范總綱，就是《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》所秉承的抗震設(shè)防思想，是貫穿抗震規(guī)范始終的技術(shù)靈魂和理論鏈條，它解決和回答的是建筑抗震防災(zāi)的一些根本性問題，比如，為什么要進(jìn)行抗震設(shè)防？進(jìn)行什么樣的抗震設(shè)防？如何進(jìn)行抗震設(shè)防等等。
具體來說，我國抗震規(guī)范的總綱，就是通常所謂的“三水準(zhǔn)兩階段”！
2、它們在哪兒？
2.1 ?三水準(zhǔn)設(shè)防
三水準(zhǔn)設(shè)防是我國89規(guī)范以來一直秉承的基本設(shè)防目標(biāo)，均在規(guī)范的第1條（1.0.1條）進(jìn)行規(guī)定，明確了抗震設(shè)防的基本思想和基本原則，即通常所說的“小震不壞、中震可修、大震不倒”
2.2??兩階段設(shè)計
兩階段設(shè)計，是我國規(guī)范貫徹落實“三水準(zhǔn)目標(biāo)”的具體技術(shù)手段，其方法和步驟是：
第一階段設(shè)計：
第一步：采用第一水準(zhǔn)烈度的地震動參數(shù)，先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力等荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求；
第二步：是采用同一地震動參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值；同時采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。
第二階段設(shè)計：
采用第三水準(zhǔn)烈度的地震動參數(shù)，計算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角，使之小于《抗震規(guī)范》限值；并結(jié)合采取必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。
《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010在第3.6.1條和第3.6.2條分別對第一階段和第二階段設(shè)計進(jìn)行了具體的技術(shù)規(guī)定：
3 、 三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)的由來及涵義
我國的《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（試行）TJ11-74（以下簡稱74規(guī)范）和《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》TJ11-78（以下簡稱78規(guī)范）曾明確規(guī)定，“建筑物遭遇到相當(dāng)于設(shè)計烈度的地震影響時，建筑物允許有一定的損壞，不加修理或稍加修理仍能繼續(xù)使用”。這一標(biāo)準(zhǔn)表明，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，建筑物并不是完整無損，而是允許有一定程度的損壞，特別是考慮到強(qiáng)烈地震不是經(jīng)常發(fā)生的，因此遭受強(qiáng)烈地震后，只要不使建筑物受到嚴(yán)重破壞或倒塌，經(jīng)一般修理可繼續(xù)使用，基本上可達(dá)到抗震的目的。
但是，在74規(guī)范頒布之后的第二年，即1975年，在我國重工業(yè)區(qū)的遼寧海城發(fā)生7.3級大地震，1976年又在人口稠密的唐山地區(qū)發(fā)生了7.8級大地震。這兩次大地震的震中烈度都比預(yù)估（基本烈度）的高，特別是唐山大地震竟比預(yù)估高出5度。基于這種基本烈度地震具有很大不確定性的事實，89規(guī)范在修訂過程提出要對78規(guī)范的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，顯然是非常必要的。
另一方面，在89規(guī)范修訂的同期，即上世紀(jì)70年后期至80年代中期，國際上關(guān)于建筑抗震設(shè)防思想出現(xiàn)了一些新的趨勢，其中最具代表性的當(dāng)屬美國應(yīng)用技術(shù)委員會（Applied Technology Council, ATC）研究報告ATC 3-06。在總結(jié)1971年San Fernando地震經(jīng)驗教訓(xùn)，回顧、反思1976年以前UBC等規(guī)范抗震設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，ATC 3-06第一次嘗試性地對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的風(fēng)險水準(zhǔn)進(jìn)行了量化，同時，還明確提出了建筑的三級性能標(biāo)準(zhǔn)：1）允許建筑抵抗較低水準(zhǔn)的地震動而不破壞，2)在中等水平地震動作用下主體結(jié)構(gòu)不會破壞，但非結(jié)構(gòu)構(gòu)件會有一些破壞，3）在強(qiáng)烈地震作用下，建筑不會倒塌，確保生命安全。另外，對某些重要設(shè)備，特別是應(yīng)急狀態(tài)下對公眾的安全和生命起主要作用的設(shè)備，在地震時和地震后要保持正常運(yùn)行。
基于上述趨勢，89規(guī)范結(jié)合我國的經(jīng)濟(jì)能力，在78規(guī)范的基礎(chǔ)上對抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)做了如下一些規(guī)定：
（一）保持78規(guī)范的基本目標(biāo)，即在遭受本地區(qū)規(guī)定的基本烈度地震影響時，建筑（包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分）可能有損壞，但不致危及人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全，不需修理或稍加修理即可恢復(fù)使用；
（二）根據(jù)基于概率設(shè)計要求，要求常遇地震下結(jié)構(gòu)保持彈性，即在遭受較常遇到的、低于本地區(qū)規(guī)定的基本烈度的地震影響時，建筑不損壞；
（三）基本烈度地震的不確定性，要求罕遇地震下結(jié)構(gòu)不倒塌，即在遭受預(yù)估的、高于基本烈度的地震影響時，建筑不致倒塌或發(fā)生危及人民生命財產(chǎn)的嚴(yán)重破壞。
上述三點規(guī)定可概述為“小震不壞，中震可修、大震不倒”這樣一句話,即89規(guī)范以來，我國建設(shè)工程界秉承的抗震設(shè)防思想。
按照上述抗震設(shè)防思想，從結(jié)構(gòu)受力角度看，當(dāng)建筑遭遇第一水準(zhǔn)烈度地震(小震)時，結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)，可以采用彈性體系動力理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)和地震反應(yīng)分析，滿足強(qiáng)度要求構(gòu)件應(yīng)力完全與按彈性反應(yīng)譜理論分析的計算結(jié)果相一致；當(dāng)建筑遭遇第二水準(zhǔn)烈度地震(中震)時，結(jié)構(gòu)越過屈服極限，進(jìn)入非彈性變形階段，但結(jié)構(gòu)的彈塑性變形被控制在某一限度內(nèi)，震后殘留的永久變形不大；當(dāng)建筑遭遇第三水準(zhǔn)烈度地震(大震)時，建筑物雖然破壞比較嚴(yán)重，但整個結(jié)構(gòu)的非彈性變形仍受到控制，與結(jié)構(gòu)倒塌的臨界變形尚有一段距離，從而保障了建筑內(nèi)部人員的安全。如圖1所示為三水準(zhǔn)下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞程度與層間位移角的大致對應(yīng)關(guān)系。?
4 、關(guān)于三水準(zhǔn)兩階段理解的常見錯誤：“小震不壞”＝“小震彈性”
當(dāng)前，在工程實踐中比較常見的一個錯誤現(xiàn)象，就是相當(dāng)一部分工程技術(shù)人員，想當(dāng)然的將“小震不壞”與“小震彈性”等同，認(rèn)為所有的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在小震作用下都應(yīng)該保持彈性狀態(tài)，否則，就是違反了“小震彈性”的要求。
其實，從規(guī)范的具體規(guī)定（1.0.1條、3.6.1條）可以看出：
（1）?小震不壞是設(shè)防目標(biāo)，小震彈性是實現(xiàn)“小震不壞”的技術(shù)手段，二者不能等同。
（2）?小震彈性中的“彈性”是偽彈性，是假定的！
規(guī)范3.6.1條的規(guī)定“此時，可假定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)”，已經(jīng)表明，這種彈性只是一種假定，并非真實！規(guī)范在彈性假定的基礎(chǔ)上，尚有若干基于宏觀經(jīng)驗和概念設(shè)計的調(diào)整措施，比如連梁剛度折減、框支轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力放大等等。?
延伸閱讀
[1] ?羅開海 建筑抗震設(shè)防思想發(fā)展動態(tài)及展望[J]. 工程抗震與加固改造，2017.10,Vol39(S):99~105
[2] ?羅開海，毋劍平. 建筑工程常用抗震規(guī)范應(yīng)用詳解[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.11.
本文作者
羅開海
研究員，工學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師
國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師
我國結(jié)構(gòu)與抗震知名專家
毋劍平
研究員
國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師
一級注冊建筑師
轉(zhuǎn) 自：
?CECS抗震專業(yè)委員會
