以下文章來源于工程抗震與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究中心 ，作者尼羅漁夫

 編者按

    2021年4月9日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準發(fā)布了******標準《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》，編號為GB55002-2021，自2021年1月1日起實施。本規(guī)范為強制性工程建設(shè)規(guī)范，全部條文必須嚴格執(zhí)行?，F(xiàn)行工程建設(shè)標準中相關(guān)的強制性條文同時廢止，現(xiàn)行工程建設(shè)標準中有關(guān)規(guī)定與本規(guī)范不一致的，以本規(guī)范的規(guī)定為準。

    為配合《抗震通用規(guī)范》的發(fā)布與實施工作，本公號將陸續(xù)推送《抗震通用規(guī)范》的相關(guān)資訊，敬請關(guān)注。

本期推送：《規(guī)范》第2.1節(jié)解讀：防御目標與概率水準。

本期看點：三水準設(shè)防之前世、今生與未來

2.1.1  抗震設(shè)防的各類建筑與市政工程，其抗震設(shè)防目標應(yīng)符合下列規(guī)定：

      1  當遭遇低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，各類工程的主體結(jié)構(gòu)和市政管網(wǎng)系統(tǒng)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。

      2  當遭遇相當于本地區(qū)設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時，各類工程中的建筑物、構(gòu)筑物、橋梁結(jié)構(gòu)、地下工程結(jié)構(gòu)等可能發(fā)生損傷，但經(jīng)一般性修理可繼續(xù)使用；市政管網(wǎng)的損壞應(yīng)控制在局部范圍內(nèi)，不應(yīng)造成次生災(zāi)害。

     3  當遭遇高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時，各類工程中的建筑物、構(gòu)筑物、橋梁結(jié)構(gòu)、地下工程結(jié)構(gòu)等不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞；市政管網(wǎng)的損壞不致引發(fā)嚴重次生災(zāi)害，經(jīng)搶修可快速恢復(fù)使用。

2.1.2  抗震設(shè)防的建筑與市政工程，其多遇地震動、設(shè)防地震動和罕遇地震動的超越概率水準不應(yīng)低于表2.1.2的規(guī)定。

編制說明

        本條規(guī)定了建筑與市政工程抗震設(shè)防的低性能要求，屬于工程抗震質(zhì)量安全的控制性底線要求。
       按照什么樣的標準進行抗震設(shè)防，要達到什么樣的目標，是工程抗震設(shè)防的首要問題?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》GB50011-2010第1.0.1條、《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50032第1.0.2條以及《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》CJJ166-2011第3.1.2條分別規(guī)定了建筑工程、城鎮(zhèn)給排水和燃氣熱力工程以及城市橋梁工程的抗震設(shè)防目標要求。按照《標準化法修訂案》、國務(wù)院《深化標準化工作改革方案》以及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于深化工程建設(shè)標準化工作改革的意見》的要求，本條規(guī)定系由上述相關(guān)規(guī)定經(jīng)整合精簡而成，在具體的文字表達上與GB50011-2010略有差別。
        《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010采用的是三級設(shè)防思想，規(guī)定了普通建筑工程的三水準設(shè)防目標，即遭遇低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用；遭遇相當于本地區(qū)設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理可繼續(xù)使用；遭遇高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。
       《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50032采用的也是三水準設(shè)防，其在第1.0.2條規(guī)定，室外給水排水和燃氣熱力工程在遭遇低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，不致?lián)p壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；遭遇本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，構(gòu)筑物不需修理或經(jīng)一般修理后仍能繼續(xù)使用，管網(wǎng)震害可控制在局部范圍內(nèi)，避免造成次生災(zāi)害；遭遇高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時，構(gòu)筑物不致嚴重損壞危及生命或?qū)е轮卮蠼?jīng)濟損失，管網(wǎng)震害不致引發(fā)嚴重次生災(zāi)害，并便于搶修和迅速恢復(fù)使用。
      《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》CJJ166-2011采用的是兩級設(shè)防思想，其在第3.1.2條規(guī)定了各類城市橋梁的抗震設(shè)防標準（表1），同時，在第3.1.3條規(guī)定了各類城市橋梁的E1和E2地震調(diào)整系數(shù)（表2）。從E1和E2地震的調(diào)整系數(shù)看，其E1水準地震動要稍大于建筑工程的多遇地震動，E2水準地震動相當于建筑工程的罕遇地震動。

此次《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》編制時，為便于管理和操作，將各類工程的抗震設(shè)防思想統(tǒng)一為三水準設(shè)防（表3）。

  同時，為了兼顧房屋建筑、城市橋梁、基礎(chǔ)設(shè)施、地下工程等各類工程之間的差別，在第2.1.2條進一步補充規(guī)定了各類工程的多遇地震動、設(shè)防地震動和罕遇地震動的超越概率低水準。
        對于地下綜合管廊，由于******標準《城市地下綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》GB50838 明確規(guī)定，其設(shè)計使用年限為100年，因此，對城市地下綜合管廊的三級地震動概率水準進行了專門規(guī)定。
       對于城市橋梁結(jié)構(gòu)，《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》CJJ166-2011在第3.2.1條和3.2.2條規(guī)定，甲類橋梁，一般多為城市斜拉橋、懸索橋和大跨度拱橋，大都建在依傍大江大河的現(xiàn)代化大城市，其特點是橋高（通航凈空要求高)、橋長、造價高，一般都占據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)上的樞紐位置，無論在政治、經(jīng)濟、國防上都有重要意義，且一旦發(fā)生破壞，修復(fù)很困難，因此，甲類橋梁的設(shè)防水準定得較高，甲類橋梁設(shè)防的E1和E2地震的重現(xiàn)期（即超越概率水準）分別為475年和2500年。而對于乙、丙和丁類橋梁，其E1地震作用則是在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011多遇地震的基礎(chǔ)上，分布乘以1.7、1.3和1.0的重要性系數(shù)得到的；其E2地震作用直接采用GB50011罕遇地震。此次《通用規(guī)范》編制時，為了與其他各類建筑與市政工程在抗震設(shè)防策略上協(xié)調(diào)統(tǒng)一，橋梁結(jié)構(gòu)三級地震動的50年概率水準仍然保持63.2%、10%和2%，但甲、乙、丙、丁類橋梁，其抗震設(shè)防標準中的地震作用取值則分別考慮重要性系數(shù)2.0、1.7、1.3和1.0（詳《抗震通用規(guī)范》第2.3.2條），本質(zhì)上提高了各類橋梁的設(shè)防標準。
      對于設(shè)計使用年限不超過5年的臨時性建筑與市政工程，我國自74版抗震規(guī)范開始，歷來的對策是在滿足靜力承載要求的前提下可不設(shè)防。

(參考文獻：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，V39（Supp.）：99~105)

 3.1、為什么要采用三水準設(shè)防的思想？

1、  74、78規(guī)范后的國內(nèi)情況       
    我國的74和78抗震規(guī)范曾明確規(guī)定，“建筑物遭遇到相當于設(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”。這一標準表明，當?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，特別是考慮到強烈地震不是經(jīng)常發(fā)生的，因此遭受強烈地震后，只要不使建筑物受到嚴重破壞或倒塌，經(jīng)一般修理可繼續(xù)使用，基本上可達到抗震的目的。
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)防標準進行適當?shù)恼{(diào)整，顯然是非常必要的。

2、70-80年代的國際動態(tài)
     另一方面，在89規(guī)范修訂的同期，即上世紀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，其中具代表性的當屬美國應(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 3-06一次嘗試性地對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的風險水準進行了量化，同時，還明確提出了建筑的三級性能標準：
       1）允許建筑抵抗較低水準的地震動而不破壞，
       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行。

3、89規(guī)范的處理對策 
      基于上述趨勢，89規(guī)范結(jié)合我國的經(jīng)濟能力，在78規(guī)范的基礎(chǔ)上對抗震設(shè)防標準做了如下一些規(guī)定：
        1）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；
       2）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；
       3）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)工程界秉承的三水準抗震設(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，當建筑遭遇di一水準烈度地震(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行結(jié)構(gòu)和地震反應(yīng)分析，滿足強度要求，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；當建筑遭遇第二水準烈度地震(中震)時，結(jié)構(gòu)越過屈服極限，進入非彈性變形階段，但結(jié)構(gòu)的彈塑性變形被控制在某一限度內(nèi)，震后殘留的不變形不大；當建筑遭遇第三水準烈度地震(大震)時，建筑物雖然破壞比較嚴重，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。

3.2 三水準設(shè)防對策存在的問題
       如前所述，我國自89規(guī)范以來一直沿用的是“三水準設(shè)計思想”，相應(yīng)的設(shè)計對策是通過“兩階段設(shè)計方法”來實現(xiàn)：

1）一階段設(shè)計：又分為兩步
 一步：采用di一水準地震動參數(shù)計算地震作用，并進行構(gòu)件截面設(shè)計，滿足di一水準的強度要求；
二步：驗算di一水準地震下的結(jié)構(gòu)彈性變形，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，從而滿足第二水準的變形要求。
2）二階段設(shè)計：驗算第三水準地震下的結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))彈塑性變形；并結(jié)合必要的抗震構(gòu)造措施，滿足第三水準的防倒塌要求。

 如表4所示為世界主要******建筑抗震設(shè)防思想及設(shè)計對策表，從中可以看出：

（1）我國三水準設(shè)防的技術(shù)對策是，小震要滿足強度要求，中震和大震要滿足變形要求。這一點與前述日本的二級設(shè)計要求類似，但與歐洲和美國的“小震滿足變形要求、大震滿足強度要求”二級設(shè)防在具體設(shè)計對策上存在差別。
（2）我國第二水準的變形要求是通過di一水準的彈性變形驗算和必要的抗震構(gòu)造措施來實施的，實際工程中并未直接進行第二水準的彈塑性變形驗算。規(guī)范給定的設(shè)計對策是否能保證第二水準的設(shè)防目標得以實現(xiàn)，值得商榷。建議在建筑抗震規(guī)范進一步修訂時，補充完善三水準的設(shè)計要求和實施對策，實現(xiàn)三準設(shè)防、三階段設(shè)計。
（3）我國的小震和大震地震動參數(shù)取值是基于中震人為約定的，與現(xiàn)行區(qū)劃圖不完全相符，而且也未考慮地震危險性特征的地區(qū)性差異。建議結(jié)合現(xiàn)行區(qū)劃圖的相關(guān)研究成果，并考慮地震危險性特征的地區(qū)性差異，進一步完善三水準地震動參數(shù)的取值規(guī)定。
（4）大震的概率水準不統(tǒng)一。如前所述 ，我國的大震即罕遇地震是指在50年期限內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為2%～3%的地震，相當于1600～2500年的地震。根據(jù)89規(guī)范的約定，7度區(qū)的大震取50年超越概率3%（1642年）的地震，8度區(qū)大震取50年超越概率2.5%（1975年）的地震；9度區(qū)的大震取50年超越概率2%（2475年）的地震。因此，不同烈度區(qū)建筑物的倒塌設(shè)防水平是不一樣的。建議規(guī)范進一步修訂時，綜合考慮經(jīng)濟社會發(fā)水平、工程設(shè)計習慣、地震工程與工程抗震的研究成果等，研究確定合適的、統(tǒng)一的大震概率水準。
（5）大震不倒的概率可靠度不明確。按照三水準目標設(shè)計的建筑物，在未來大震作用下實現(xiàn)不倒的概率或可靠程度并不清楚，同一烈度區(qū)不同建筑物的倒塌風險可能不同，不同烈度區(qū)同類建筑的倒塌風險也可能不同，進而導(dǎo)致地震中建筑物表現(xiàn)迥異。即按現(xiàn)行的三水準設(shè)防，不同烈度區(qū)、不同類型建筑在未來的大地震中的倒塌或破壞的風險是不一樣的。建議在上述問題解決的基礎(chǔ)上，開展我國房屋建筑的地震倒塌風險分析工作，進一步給出適合國情的地震倒塌風險控制水準及相應(yīng)的工程對策。

 3.3、關(guān)于進一步修訂三水準方案的建議
（1）繼續(xù)保持三水準設(shè)防的思想。如前所述，多級設(shè)防是當今世界各國建筑抗震設(shè)計的潮流，我國的三水準設(shè)防，在理念上屬于世界前面水平，應(yīng)繼續(xù)保持。
（2）di一水準的設(shè)防目標，建議改為使用功能不變，與歐美的要求相當，而且與抗震防災(zāi)的功能需求契合。相應(yīng)的設(shè)計要求改為彈性變形要求，將多遇地震作用作為正常使用極限狀態(tài)下的一種“荷載”，進而考察建筑結(jié)構(gòu)正常使用的變形要求。這一階段的設(shè)計目的是控制結(jié)構(gòu)的彈性剛度不能太小。
（3）第二水準的設(shè)防目標，建議改為結(jié)構(gòu)可修，即允許結(jié)構(gòu)有一定程度的損壞，但屬于可修復(fù)的程度，相應(yīng)的設(shè)計要求改為強度要求，工程實施時，考慮結(jié)構(gòu)彈塑性性能計算地震作用，并進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度設(shè)計與細部構(gòu)造。這一階段的設(shè)計目的是控制結(jié)構(gòu)的彈塑性抗震承載能力不能太小。
（4）第三水準的設(shè)防目標仍繼續(xù)保持為不倒，設(shè)計要求仍為彈塑性變形要求，工程實施時，考慮P-?效應(yīng)，進行彈塑性變形驗算。這一階段的設(shè)計目的是控制結(jié)構(gòu)的彈塑性殘余剛度不能太小，亦即控制結(jié)構(gòu)屈服后剛度退化不能太快。

 編者注：
上述建議僅為作者的一家之言。事實上，我國現(xiàn)行的三水準兩階段設(shè)計方法自89規(guī)范一直延續(xù)至今，近30年來的地震檢驗證明是行之有效的，而且已經(jīng)為工程設(shè)計人員掌握和接受。
按上述建議的三水準設(shè)計方案，首先需要解決建筑維持正常使用功能的變形限值問題，其次是結(jié)構(gòu)彈塑性地震作用的計算問題，同時這一方案帶來的工程影響也不可忽略，這些問題是需要進一步研究和解決的！
當然，該文也為三水準設(shè)防對策的進一步發(fā)展指出了一種途徑，值得深入反思、研討和探究！

實施與檢查控制

 （1）實施

          設(shè)計總說明中應(yīng)明確設(shè)計使用（或工作）年限；在結(jié)構(gòu)計算書中，應(yīng)明確給出各級地震動參數(shù)的取值。

（2）檢查

           檢查設(shè)計地震動參數(shù)取值，查看結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明和計算書的地震動參數(shù)取值是否準確。