談我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及鑒定標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

宋春雷

(中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司，北京 100840)

1 概述

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2020年，我國(guó)既有建筑的保有量接近600億m2，大量既有建筑由于歷史原因及現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，均面臨著加固改造、功能提升等問(wèn)題，20世紀(jì)50年代以前，我國(guó)建造了大量的建筑，由于當(dāng)時(shí)我國(guó)的具體國(guó)情及科技水平，這些建筑大都沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或抗震設(shè)防水平較低，現(xiàn)如今，這些建筑中仍有相當(dāng)大體量仍處于服役狀態(tài)，供人們生產(chǎn)及生活所用，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展及科學(xué)水平的提升，在當(dāng)時(shí)背景下建造的多數(shù)房屋已不能滿足我國(guó)現(xiàn)階段的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此類建筑開(kāi)展抗震鑒定工作，了解既有房屋的現(xiàn)有抗震水平，并進(jìn)行抗震加固，是新時(shí)期亟需解決的具體問(wèn)題。

羅開(kāi)海等[1]對(duì)我國(guó)建筑抗震設(shè)防水準(zhǔn)的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題進(jìn)行了梳理和分析，并對(duì)我國(guó)建筑抗震設(shè)防水準(zhǔn)進(jìn)一步發(fā)展需要研究和完善的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和展望。宇文興偉[2]對(duì)我國(guó)既有磚混房屋結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固設(shè)計(jì)研究的重要性及其國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了概括性地論述，明確了我國(guó)目前建筑行業(yè)發(fā)展的方向以及對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定和加固設(shè)計(jì)研究等相關(guān)工作的意義，并通過(guò)工程實(shí)例，給出了既有磚混結(jié)構(gòu)的抗震鑒定及加固方法。

通過(guò)對(duì)歷次地震震害的調(diào)查，嚴(yán)格按照相關(guān)時(shí)期的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的房屋或經(jīng)過(guò)抗震鑒定后進(jìn)行加固的房屋，在歷次地震中，均基本完好，未設(shè)防或設(shè)防水平較低后期沒(méi)有進(jìn)行抗震加固的房屋，在歷次地震中震害明顯，甚至有的房屋已經(jīng)坍塌。震害損傷如圖1～圖4所示。

本文旨在通過(guò)對(duì)我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂過(guò)程的梳理及相應(yīng)時(shí)期抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的頒布，了解不同時(shí)期、不同背景下我國(guó)抗震規(guī)范對(duì)建筑抗震的影響及抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，并通過(guò)對(duì)建筑荷載規(guī)范的歷次修訂，闡述荷載變化對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用的影響，對(duì)抗震鑒定有一個(gè)具體的把握。

2 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展

我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范始于新中國(guó)成立后，20世紀(jì)50年代后期，我國(guó)相繼開(kāi)展了建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的編制工作，1959年及1964年，我國(guó)編制了《地震區(qū)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(草案稿)》(未頒發(fā))，1966年邢臺(tái)地震后，在京津地區(qū)抗震辦公室的領(lǐng)導(dǎo)下，編制了《京津地區(qū)建筑抗震設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(69暫行規(guī)定)，作為地區(qū)性的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，從69暫行規(guī)定開(kāi)始，我國(guó)7度地區(qū)的一些基本建設(shè)，已經(jīng)開(kāi)始采取抗震設(shè)防工作。直至1974年，我國(guó)才正式頒布了第一本指導(dǎo)全國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范，即TJ 11—74工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)，試行時(shí)間為1974年12月1日。這本規(guī)范的頒布，標(biāo)志著我國(guó)全面進(jìn)入房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)期，為后續(xù)的抗震規(guī)范的修訂及編寫(xiě)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1976年，隨著唐山大地震的發(fā)生，我國(guó)對(duì)74版抗規(guī)進(jìn)行修訂，在1978年，我國(guó)頒布了TJ 11—78工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(簡(jiǎn)稱78抗規(guī))為全國(guó)通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范，施行時(shí)間為1979年8月1日。78抗規(guī)吸取了唐山地震的震害經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)了我國(guó)抗震水平的發(fā)展。 在1989年及2001年，我國(guó)又對(duì)抗震規(guī)范進(jìn)行了修訂，并相繼頒布了GBJ 11—89建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(簡(jiǎn)稱89抗規(guī))，自1990年1月1日起施行及GB 50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(簡(jiǎn)稱01抗規(guī))，自2002年1月1日起施行。01版抗規(guī)的實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入結(jié)構(gòu)抗震新的發(fā)展時(shí)期，基礎(chǔ)理論趨于完善，2008年5·12大地震后，我國(guó)對(duì)01版抗規(guī)進(jìn)行局部修編，總結(jié)了汶川地震的經(jīng)驗(yàn)，并頒布了GB 50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(08版)。2010年至今，我國(guó)又頒布了GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(簡(jiǎn)稱10抗規(guī))[3]，施行日期2010年12月1日及GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016版)。

3 建筑抗震規(guī)范修訂對(duì)多遇地震作用的影響

在1974年抗規(guī)以前，我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)房屋的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以抗震構(gòu)造措施為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的原則，1974年抗規(guī)在進(jìn)行地震作用計(jì)算時(shí)，引入了結(jié)構(gòu)影響系數(shù)。對(duì)于74抗規(guī)(試行)及78抗規(guī)，即Q0=Cα1Geq,其中Q0為底部總地震剪力;C為結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)房屋取0.3，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)取0.35;α1為地震影響系數(shù)，對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)，因地震影響曲線一般在水平段，則α=αmax，不同抗震設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)各計(jì)算參數(shù)及總地震基底剪力如表1所示。

表1 按74及78抗規(guī)計(jì)算參數(shù)及總基底剪力

89抗規(guī)取消了結(jié)構(gòu)影響系數(shù)，并引入了抗震等級(jí)的概念，對(duì)抗震設(shè)計(jì)實(shí)行三水準(zhǔn)兩階段的設(shè)計(jì)理念，考慮了強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)連接弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，抗震承載力分項(xiàng)系數(shù)γRa，此時(shí)基底剪力Q0=α1Geq，α1=αmax，不同抗震設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)各計(jì)算參數(shù)及總地震基底剪力如表2所示。

表2 按89抗規(guī)計(jì)算參數(shù)及總基底剪力

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，抗震承載力分項(xiàng)系數(shù)取值范圍為0.75～0.85，對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)，抗震承載力分項(xiàng)系數(shù)取值范圍為0.9～1.0，又由于89抗規(guī)以前采用的計(jì)算方法為單一系數(shù)法，89抗規(guī)開(kāi)始采用多系數(shù)的可靠度設(shè)計(jì)方法，綜合考慮各個(gè)系數(shù)的調(diào)整，89抗規(guī)在考慮抗震承載力分項(xiàng)系數(shù)后，其地震作用大體與74及78抗規(guī)相當(dāng)[4]。

01抗規(guī)計(jì)算地震力方法基本與89抗規(guī)一致，考慮到89抗規(guī)的場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期比01抗規(guī)減少10%，且材料強(qiáng)度大致為01抗規(guī)系列規(guī)范的1.05～1.15，于是可以認(rèn)為89抗規(guī)地震作用大致相當(dāng)于01抗規(guī)的0.88倍[5]。

10抗規(guī)地震作用計(jì)算方法、場(chǎng)地特征周期等與01抗規(guī)保持一致，但較01抗規(guī)，10抗規(guī)提高了強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，具體見(jiàn)表3。

表3 10抗規(guī)與01抗規(guī)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)比較

4 建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

我國(guó)的抗震鑒定工作始于唐山大地震之后，為了吸取唐山地震中建筑物及構(gòu)筑物的震害經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)頒布了第一本建筑抗震鑒定規(guī)范，即TJ 23—77工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)，并于1977年12月1日開(kāi)始試行，這本規(guī)范在74抗規(guī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂，考慮當(dāng)時(shí)我國(guó)的國(guó)情及經(jīng)濟(jì)狀況，77鑒定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在按74抗規(guī)進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，安全系數(shù)可取不考慮地震作用時(shí)數(shù)值的65%，低于74抗規(guī)規(guī)定的不小于80%。1995年，在89抗規(guī)的基礎(chǔ)上，我國(guó)頒布了GB 50023—95建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)，并于1996年6月1日正式實(shí)施，95抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)引用了89抗規(guī)的設(shè)計(jì)方法，并將房屋按不同結(jié)構(gòu)類型分為一級(jí)鑒定及二級(jí)鑒定，綜合考慮了結(jié)構(gòu)抗震承載能力及結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的影響，并規(guī)定對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)，承載力抗震影響系數(shù)可取設(shè)計(jì)規(guī)范的0.85倍，也體現(xiàn)了我國(guó)的具體國(guó)情及針對(duì)老舊房屋所采用的有針對(duì)性的方法。2009年，在充分總結(jié)汶川大地震的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我國(guó)對(duì)95抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，并于2009年6月5日頒布了GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)，新規(guī)范于2009年7月1日開(kāi)始實(shí)施，此本規(guī)范，系統(tǒng)的將我國(guó)既有房屋按照建設(shè)年代分為A，B，C三個(gè)類別，針對(duì)不同的建設(shè)年代，規(guī)定了采用不同的鑒定方法，即在20世紀(jì)70年代以前建造的既有房屋，其后續(xù)使用年限不應(yīng)少于30 a，在80年代建造的既有房屋，后續(xù)使用年限不宜少于40 a，且不得少于30 a，為A類建筑，在90年代建造的既有建筑，后續(xù)使用年限不宜少于40 a，條件許可時(shí)應(yīng)采用50 a，在2001年以后建造的既有建筑，后續(xù)使用年限宜采用50 a。

后續(xù)使用年限30 a,40 a,50 a，分別對(duì)應(yīng)A類、B類、C類建筑。

對(duì)于A類建筑，在70年代及以前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱，在當(dāng)時(shí)的大的背景下，我國(guó)建造了一批不設(shè)防或設(shè)防烈度較低的建筑，針對(duì)此類房屋，考慮鑒定后的加固量及實(shí)際情況，規(guī)范規(guī)定，仍按95抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定，此時(shí)的地震作用大致相當(dāng)于01抗規(guī)的0.75倍。對(duì)于B類建筑，在建造此類建筑時(shí)，我國(guó)已有較為成熟的抗震規(guī)范，全國(guó)大部分區(qū)域基本處于抗震設(shè)防區(qū)域，此類建筑一般是在78抗規(guī)及89抗規(guī)的規(guī)定下進(jìn)行設(shè)計(jì)并建造完成的，由前文分析，兩本規(guī)范的地震作用大致相當(dāng)，規(guī)范規(guī)定，此類建筑仍采用89抗規(guī)進(jìn)行鑒定，地震作用大致相當(dāng)于01抗規(guī)的0.88倍。對(duì)于C類建筑，即按01抗規(guī)及以后設(shè)計(jì)的既有房屋，規(guī)定直接按現(xiàn)行國(guó)家抗規(guī)進(jìn)行鑒定，由于10版抗規(guī)的施行，相對(duì)01抗規(guī)，內(nèi)力調(diào)整系數(shù)有了提高，可能會(huì)引起地震作用的增大。

5 建筑荷載規(guī)范的發(fā)展對(duì)地震作用的影響

我國(guó)的荷載規(guī)范編制始于建國(guó)初期，1954年及1958年我國(guó)相繼編制了《荷載暫行規(guī)定》結(jié)規(guī)1-54及結(jié)規(guī)1-58，這兩本規(guī)范主要以引進(jìn)蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為主，直至1974年，我國(guó)才真正頒布了自主的并且較為完整的荷載規(guī)范，即TJ 9—74工業(yè)與民用建筑荷載規(guī)范，1987年，在大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，以GBJ 68—84建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，基于概率論極限設(shè)計(jì)方法的荷載規(guī)范開(kāi)始頒布，后續(xù)我國(guó)又相繼頒布了GB 50009—2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，GB 50009—2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006版)及GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，縱觀荷載規(guī)范的發(fā)展，對(duì)于一般民用建筑，活荷載有較大提高，住宅、宿舍、旅館等從1.5 kN/m2提高到2.0 kN/m2，教室等從2.0 kN/m2提高到2.5 kN/m2，食堂等荷載沒(méi)有變化，對(duì)于一般工業(yè)建筑，與歷次荷載規(guī)范值相同，一般仍取2.0 kN/m2[6]。

根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)建筑荷載的把握，一般多層及高層建筑的豎向荷載平均值約為15 kN/m2，框架結(jié)構(gòu)大約為12 kN/m2～14 kN/m2，剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)大約為14 kN/m2～16 kN/m2，砌體結(jié)構(gòu)大約為18 kN/m2～20 kN/m2。綜合來(lái)看，活荷載在混凝土及砌體結(jié)構(gòu)形式中所占的比重較小，約占全部豎向荷載的15%～20%[7]，規(guī)范修訂，建筑活荷載的提高，對(duì)地震作用的影響較小，在鑒定工作定性判斷中，可不考慮此部分影響。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)20世紀(jì)70年代以前建造的房屋，未經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì)或抗震設(shè)防水平較低，經(jīng)過(guò)可靠性鑒定仍可繼續(xù)使用的，采用95版鑒定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定，一般仍需要進(jìn)行抗震加固；對(duì)采用89抗規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的房屋，抗震鑒定仍采用89抗規(guī)，對(duì)于施工質(zhì)量無(wú)缺陷，材料強(qiáng)度無(wú)退化，使用功能無(wú)改變，可初步判定抗震水平滿足相應(yīng)規(guī)范要求；對(duì)2001年之后建造的房屋，抗震鑒定采用10抗規(guī)(16版)，由于地震分組、內(nèi)力調(diào)整系數(shù)等進(jìn)行了調(diào)整，抗震鑒定時(shí)應(yīng)引起注意。

開(kāi)展既有結(jié)構(gòu)的鑒定工作，要結(jié)合鑒定標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范，按照老房子老方法，新房子新方法的鑒定理念，充分了解既有建筑的歷史情況，掌握其設(shè)計(jì)資料，在開(kāi)展具體鑒定工作前，能夠定性把握建筑的抗震性能。

鑒定工作過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)把握建筑的使用功能、地震設(shè)防烈度及設(shè)防類別的變化。材料強(qiáng)度因碳化、風(fēng)化等隨時(shí)間的變化引起的降低，可能會(huì)影響最后的鑒定結(jié)果。

本文僅就地震作用的變化對(duì)抗震鑒定的影響進(jìn)行分析，為了滿足我國(guó)現(xiàn)有房屋小震不壞、中震可修、大震不倒的設(shè)計(jì)思想，鑒定過(guò)程中應(yīng)結(jié)合抗震構(gòu)造措施，對(duì)既有建筑進(jìn)行綜合評(píng)判。對(duì)既有建筑的改建、擴(kuò)建進(jìn)行鑒定，應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。