汶川地震建筑震害启示——抗震概念设计

汶川大地震造成大量房屋建筑破坏倒塌,通过在地震区对遭受中震、大震作用的砌体结构和钢筋混凝土结构以及非结构构件的震害调查与分析,以典型的结构破坏为例,针对多道抗震防线、强柱弱梁、剪力墙连梁、砌体结构整体性、楼梯间、非结构构件等抗震设计问题,对照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)所规定的抗震概念设计原则进行讨论,总结经验教训,提出改进建议。震害分析结果表明,只要严格按照规范设计,保证施工质量,房屋建筑就能达到"小震不坏,中震可修,大震不倒"的三水准设防目标。     

《建筑抗震设计规范》的发展沿革和最新修订

在回顾了我国建筑抗震设计规范的发展沿革的基础上,简要介绍了《建筑抗震设计规范》历次版本的主要特点,着重阐述GB 50011-2001规范的最新修订情况。这些修订包括：建筑抗震设防水准、设计基本地震加速度、基本要求和概念设计、场地分类和评估、地震作用和抗震验算等基础性内容,各类建筑结构的抗震设计规定、计算方法和抗震措施,新增加了结构抗震性能设计要求以及大跨度空间结构、地下建筑等内容。1976年7·28唐山地震造成未设防或设防能力低的各类房屋建筑严重破坏和倒塌,通过对地震区建筑震害的调查研究,吸取经验教训,对TJ 11-78《工业与民用建筑抗震设计规范》及时进行了修订。2008年5·12汶川地震全面考验了各类建筑结构,凡按照现行规范设计建造的建筑都能达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标。在震中地区,由于实际地震影响烈度远高于设防烈度,致使具备一定抗震设防能力的建筑结构不可避免地产生了破坏。通过对这些震害的研究,对多道抗震防线、强柱弱梁、剪力墙连梁、砌体结构整体性、楼梯间、非结构构件等抗震设计问题提供了有益的启示,及时地体现在GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》的修订中。抗震性能设计方法被明确地编入新修订的《建筑抗震设计规范》,充实了中国特色的“三水准两阶段”抗震设防理念。图3表7参7     

汶川地震引发的建筑结构抗震安全性能探讨

基于汶川地震造成的建筑结构震害分析,从正确进行建筑物选址、注重抗震设计、提高低烈度地区的抗震设防标准、全面实施建筑结构的抗震加固改造、提高学校和医院的抗震设防标准、开展建筑结构抗地震倒塌性能研究、推广和应用新型抗震建筑结构体系、加强建筑工程的质量监管、增强全民的抗震意识等方面探讨了提高建筑结构抗震安全性能的措施。结果表明,严格按照建筑抗震设计规范设计并保证施工质量的建筑物,是能满足“大震不倒”的抗震设防目标。     

从"抗震救灾"走向"防震减灾"

汶川地震的震害调查表明,严格按照抗震规范进行设计、施工质量有保证的新建建筑完全可以达到"三水准两阶段"的设防目标,而由于历史原因未进行抗震设防的建筑物,如果实施有效的抗震加固措施,同样可以达到三水准要求。为了避免类似巨大灾难的再次发生,应从"抗震救灾"走向"防震减灾",对既有建筑的抗震能力进行鉴定和适当的加固,眼前的这些资金投入会在未来的地震中产生巨大的投入产出比。     

基于性能设计方法在超限高层抗连续倒塌设计应用

我国抗震设计规范提出"小震不坏、中震可修、大震不倒"的设防目标,其中,"中震可修、大震不倒"的第二、第三水准设防目标,主要是采用经验调整系数及构造加强措施来实现,缺乏定量的计算分析。本文应用基于性能抗震设计的方法,采用静力非线性有限元倒塌计算原理,分析框架结构在大震作用下的破坏机理,对结构"大震不倒"进行定量分析,确保结构实现抗倒塌的设计目标。并结合一个超限高层实例,验证倒塌计算结果与振动台实验结果的相符性。     

建筑抗震设防是减轻地震灾害的根本途径

我国的建筑抗震设计规范自发布实施至今已有 2 0多年了 ,在这期间 ,我国大陆相继发生了 2 0多次 6级及以上破坏性地震 (笔者曾多次赴地震灾区进行房屋震害调查工作 )。按抗震设计规范进行设计建造的房屋以及进行了抗震加固的房屋在这些地震中的表现如何 ,是人们十分关心的问题。本文根据我国大陆近些年来发生的 6级及以上破坏性地震的震害情况 ,分析了地震直接经济损失的构成 ,总结了丽江、包头、巴楚 3次地震的房屋震害规律 ,得出建筑抗震设防是减轻地震灾害的根本途径的结论     

考虑巨震的四级地震设防水平一致风险导向定义与决策分析

防止结构倒塌、保障生命安全是确定抗震设防标准的首要目标。抗震设防水准的决策应该从只考虑地震危险性的“一致危险”原则向考虑地震危险性区域差异和工程结构抗倒塌能力不确定性的“一致风险”原则过渡。新颁布的第五代地震动参数区划图已提出第四级设防水准“极罕遇地震”（或“巨震”）,但是现行抗震设计规范仍然采用三水准设防原则,抗震设计从当前的三水准设防原则向四水准设防原则转变已成为当前工程界迫切需要解决的问题,但是目前各国对巨震的定义还比较混乱。该文阐述四级地震设防水平决策的风险导向原理,提出确定风险导向地震设防水平的解析方法。针对我国大陆地区的地震环境和抗震设防情况,给出目标倒塌风险以及相应于巨震、大震和中震的目标条件倒塌概率的建议值。采用这些建议值以及地震危险性参数的简化确定方法,初步计算并得到了相应于四级地震设防水准的风险导向地震动参数PGA值。通过与我国现行抗震设计规范、最新版地震动参数区划图和我国学者对各级设防水准地震定义的PGA值进行对比分析,发现该文得到的巨震PGA值大于最新版地震动参数区划图定义的巨震PGA值,而小震、中震和大震的PGA值则小于我国现行抗震设计规范规定的PGA值。     

既有建筑抗震加固的性能分析与优化方案

我国现存大量建于上世纪七、八十年代的城镇房屋,至今服役时间在30年以上,由于抗震规范的修订,设防等级的提高,许多建筑不满足新规范的抗震要求,因此,从人民正常生活、生产或经济的角度来看,需要对建筑进行抗震加固。针对传统的"小震不坏、中震可修、大震不倒"的三水准设防思想的局限性,进一步细化三水准设防,加固建筑的抗震性能,同时减轻结构破坏,降低人员财产损失。     

汶川地震中四川省绵阳中学建筑震害调查

绵阳中学建筑群位于四川省绵阳市涪城区,以框架结构和砌体结构为主,建造于90年代和2000年代,均按当时抗震设防要求进行6度设计施工。在5.12汶川地震中,绵阳市涪城区实际地震烈度7度,该建筑群遭受了一定程度破坏,但未发生建筑物倒塌事件;通过震害分析表明,按照现行＂建筑抗震设计规范＂设计的结构具有较好的抗震性能。     

论高层建筑结构抗震的优化设计

汶川地震这场巨大灾难引发的严重伤亡和财产损失,使得高层建筑结构抗震成为关注的焦点。我国新的建筑抗震设计规范(GB50011-2001)(以下简称《抗震设计规范》)继续采用(GBJ-89)规范确定的"三水准设防目标,两阶段设计步骤"的抗震设计思想,并作了许多重要补充和完善。将新的建筑抗震设计规范中有关条款的要求作为约束条件引入构件优化设计,使结构优化设计更加贴近工程实际。     

汶川地震中部分建筑构件破坏的探讨

以汶川特大地震为出发点,通过整理地震灾区的震害资料,分析了大量房屋建筑的倒塌破坏情况,总结了建筑构件震害的破坏机理及抗震计算措施,从而进一步完善建筑物抗震设计。     

自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法

与传统剪力墙结构体系相比,自复位剪力墙结构体系在地震作用下,会将材料非线性问题转为体系非线性问题,具有整体变形能力强、残余位移小的特点,因此,亟需针对自复位剪力墙结构,提出具有更高抗震设防要求的抗震设防目标以及相应的设计方法。基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,与2015年颁布的第五代《中国地震动参数区划图》相适应,提出了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌”抗震设防四水准目标。采用了基于位移的抗震设计方法进行自复位剪力墙结构设计。以一幢自复位剪力墙结构为例,给出四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例,并对其进行弹塑性时程分析,验证了所提出的四水准抗震设防目标下基于位移抗震设计方法的有效性,该方法也适用于其他可恢复功能结构体系设计。     

消能减震与隔震技术在抗震加固工程中的应用

历次地震震害表明,房屋建筑的破坏与倒塌是造成大量人员伤亡与经济损失的主要原因。我国早期建造的一批房屋限于当时的技术与经济水平,抗震设防标准低,并且材料性能由于使用了这么多年也会产生不可避免的退化,这类房屋的抗震性能低下,亟待进行抗震加固。事实证明,经过抗震加固的房屋在地震中的破坏程度明显低于未加固的房屋。     

不同后续使用年限地震加速度(PGA)取值研究

现行的建筑抗震设计规范中,以"三个水准"来表达抗震设防目标,即"小震不坏,中震可修,大震不倒",对于现有建筑物的抗震鉴定和加固,要使加固后的建筑物在后续的使用年限中具有与原设计相同的概率水准,抗震鉴定和加固时就需要给出相应使用年限的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA),作为地震作用的计算依据。本文依据极值Ⅲ型概率分布函数,给出不同使用年限下"三个水准"设防目标相对应的地震烈度,进而换算出相应的地震动加速度(PGA),最终给出后续使用30年和40年的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA)与50年的地震动加速度(PGA)的比值,方便设计人员使用。     

基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法

我国现行建筑结构抗震设计规范,通过小震弹性承载力计算+抗震延性构造措施来达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标,而对不满足规范要求的超限工程没有明确的设计方法。采用基于性能的结构抗震思想,参考被国外广泛应用的抗震设计规范,结合我国抗震规范体系的特点,提出一套符合我国规范的基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法。对不同水准地震作用下结构构件的受力和变形采用弹性和弹塑性方法进行结构分析,从结构和构件两个层次对承载力和变形进行定量控制。     

《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032-2003的几点修订建议

本文将《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032-2003与《建筑抗震设计规范》等国内主要工程抗震规范进行了原则比较,从抗震设防目标、设防分类和设防标准、地震作用计算、抗震性能化设计、地震动参数等方面进行了分析,并提出了一些修订建议,可供规范修订参考。同时通过一个典型清水池的试设计,建议开展高于"小震弹性"抗震设防目标的研究工作,并建议研究和增加中震、大震位移角限值的相关规定。     

玻璃幕墙与门窗结构可靠度设计问题探讨(续)

五、幕墙与门窗的抗震设计——抗地震作用的结构可靠度设计我国新修订的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)采用以概率理论为基础的极限状态设计法,系统分析了抗震设计理论和实践,总结最新科研成果,采用了大量的抗震新技术,适度提高了建筑工程抗震设防的结构安全度。该《规范》继续采用对建筑主体结构的三个概率水准抗震设防目标和二阶段设计的实现方法,新增加了非结构构件的抗震设计规定,并作为强制性条文,要求非结构构件进行抗震设计,以满足规定的抗震设防目标。建筑幕墙作为持久性的建筑非结构构件,必须按照新《规范》进行抗地震作用的…     

非结构构件的抗震设计要求GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》讲座之八

新抗震设计规范GB50011不仅有结构构件抗震设计的有关规定，还增加了非结构构件抗震设计的有关规定，包括适用范围、设防目标、地震作用计算和验算的基本要求，以及建筑非结构和建筑附属设备的基本抗震构造措施。我国89抗震规范主要对出屋面女儿墙、长悬臂附属构件（雨篷等）等附属于结构的构件抗震计算做了规定；并对围护墙、隔墙、装饰贴面、吊顶等建筑非结构构件的构造要求做了具体规定。在新《建筑抗震设计规范》GB50011中，明确要求非结构构件应进行抗震设计，以满足规定的抗震设防目标。它与隔震、消能减震一起，初步构成了基于性能…     

屈曲约束支撑在深圳第二高级技校抗震加固工程中的应用

针对深圳第二高级技工学校建筑不能满足抗震设防要求的情况以及学校建筑特殊的使用要求,采用屈曲约束支撑进行加固设计。计算表明:采用屈曲约束支撑可以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标,较之普通钢支撑,屈曲约束支撑加固后的建筑物基底地震剪力和倾覆弯矩大幅降低,建筑物原结构构件基本无需再加固,使加固费用大幅降低。     

耗能减震加固结构的性能水准与设防目标

以国内外有关结构性能水准和性能目标的主要研究结果为基础 ,根据耗能减震加固结构的特点 ,结合我国《建筑抗震设计规范》(GB5 0 0 11 2 0 0 1)的要求和基于性能抗震加固设计理论 ,将耗能减震加固结构的性能分为四个水准 :健康、亚健康、病态、生命安全。针对不同重要性类别的建筑提出了三个层次的设防目标 :“小震不坏 ,中震可修 ,大震不倒”、“中震不坏 ,大震可修”、“大震不坏”。最后 ,将设防目标进行了量化。