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韌性Resilience最早用來描述生態(tài)系統(tǒng)在遭受環(huán)境擾動時，恢復到正常狀態(tài)的能力。Michel Bruneau教授最早將這個概念引入到土木工程領域中，希望建筑、社區(qū)乃至城市能夠在災害發(fā)生后，快速恢復到災害前的功能水平，以最小化災害所帶來的影響。近年來，我國地震災害頻發(fā)，不僅給社會生活生產帶來極大損失，也嚴重威脅到人民的生命財產安全，為此，韌性城市成為輿論關注的熱點。中國建筑標準設計研究院工程技術研究所所長鄧烜認為，韌性城市理念有多個維度，提高建筑物抗震韌性便是其中之一。

“位于高烈度設防地區(qū)、地震重點監(jiān)視防御區(qū)的新建學校、幼兒園、醫(yī)院、養(yǎng)老機構、應急指揮中心、應急避難場所等公共建筑應當采用隔震減震技術，保證發(fā)生本區(qū)域設防地震時不喪失建筑功能。”

本文將從傳統(tǒng)建筑地震下的表現入手，分析造成建筑功能喪失的主要原因；介紹現有抗震韌性的評價方法，并通過案例分析對比不同結構方案對抗震韌性的影響；最后，提出了一種便于工程人員實際操作的抗震韌性評價方法。

按照現行規(guī)范設計建造的建筑，基本滿足了小震結構不發(fā)生破壞、大震結構不發(fā)生倒塌的要求。然而，人們從歷次地震中發(fā)現，傳統(tǒng)的設計方法有效減輕了地震破壞，但由于建筑功能喪失所造成的經濟損失依舊巨大。引起建筑功能喪失的主要因素體現在以下三個方面：

① 結構安全性的喪失 （與結構變形有關）
框架結構	鋼結構	砌體結構

以上提到的三方面，使傳統(tǒng)建筑結構很容易在地震災害下成為“站立的廢墟”，即建筑震后功能無法得到有效保證。為了體現以上三方面對建筑震后使用功能的影響，國內外學者對建筑抗震韌性進行了量化。

相比于直接量化建筑抗震韌性，量化震后建筑的修復花費、修復時間及人員傷亡，可以更加直觀、方便地評估建筑震后功能的可持續(xù)性。

《建筑抗震韌性評價標準》中根據建筑在地震下修復花費、修復時間及人員傷亡的評級結果，將建筑的抗震韌性分成三個星級。美國聯邦應急管理署FEMA于2012年頒布了FEMA-P58，通過結構層間位移角、樓面加速度等指標量化了震后建筑的修復花費、修復時間及人員傷亡，為建筑震后功能可持續(xù)性的評估提供了幫助。

下面將簡單介紹FEMA-P58 對修復花費、時間及人員傷亡的計算流程：

FEMA-P58是基于概率的評估方法。通過蒙特卡洛模擬，充分考慮了地震動不確定性、工程需求參數不確定性、結構損傷狀態(tài)不確定性等等。最終的計算結果將以某一分位值作為計算結果的代表值。

從計算流程中可以看出，構件易損性作為聯系工程需求參數與構件損傷狀態(tài)的“橋梁”是十分重要的。構件易損性曲線描述了構件在某一給定的工程需求參數下發(fā)生不同程度損傷的概率分布情況。

上圖為某一鋼筋混凝土梁柱構件的易損性曲線，橫軸為最大層間位移角，縱軸為構件在不同損傷狀態(tài)（Damage State, DS_i）下的超越概率。為了方便理解，這里以層間位移角為4%為例來說明。圖中A、B、C、D的高度分別代表了當最大層間位移角為4%時，該類構件未發(fā)生損傷、發(fā)生輕微損傷、發(fā)生中等損傷與發(fā)生嚴重損傷的概率。下表中給出了不同損傷狀態(tài)的描述。

損傷狀態(tài)	損傷狀態(tài)描述	修復方法
DS1 輕微損傷	節(jié)點裂縫寬度大于1.5mm 混凝土未發(fā)生明顯剝落 鋼筋未拉斷或壓屈	移除附近裝飾及建筑系統(tǒng)→ 清理受損區(qū)域→修補混凝土剝落區(qū)域→裂縫處注射環(huán)氧樹脂→恢復附近裝飾及建筑系統(tǒng)
DS2 中等損傷	保護層混凝土剝落 箍筋暴露但縱筋未暴露 鋼筋未拉斷或壓屈	移除附近裝飾及建筑系統(tǒng)→支撐受損構件→移除剝落的混凝土→重新澆筑→恢復附近裝飾及建筑系統(tǒng)
DS3 嚴重損傷	保護層混凝土剝落，縱筋暴露 核心區(qū)混凝土可能被壓碎 鋼筋可能被拉斷或壓屈	移除附近裝飾及建筑系統(tǒng)→支撐受損構件→移除受損構件→拼接新鋼筋→重新澆筑→恢復附近裝飾及建筑系統(tǒng)

下面將以一個實際的工程項目為例，通過計算罕遇地震下的修復時間與花費來評估其抗震韌性。此外，分別對采用傳統(tǒng)結構方案、基礎隔震方案與減震方案的建筑結構進行計算，量化采用不同結構方案對建筑抗震韌性的影響。

某幼兒園項目，主體結構三層，無地下室，鋼筋混凝土框架結構。設防類別為乙類重點設防，抗震設防烈度：8度半，場地特征周期0.55s。

所考慮的建筑內容中結構構件包括框架梁與框架柱；非結構構件包括建筑幕墻、內隔墻、吊頂、吊燈、給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、應急發(fā)電機、空調機組與置物架。

三種結構方案在罕遇地震下工程需求參數平均值的計算結果如下：

將多次罕遇地震作用下工程需求參數的計算分析結果輸入到程序中，程序會對工程需求參數矩陣進行擴充，并采用蒙特卡洛模擬的方法計算每一工程需求參數向量所對應的修復時間與修復花費，最后將以某一分位值的修復時間與花費作為計算結果代表值。這里以84%分位值為例，對比不同結構方案的修復時間與修復花費。

從計算結果中可以發(fā)現，采用隔震方案可以大幅降低結構的修復時間與修復花費，根據《建筑抗震韌性評價標準》中的有關評價標準，可獲得抗震韌性三星；減震結構與傳統(tǒng)結構無法獲得抗震韌性星級評價。即本案例采用基礎隔震方案可以有效保證建筑在地震災害后的功能可持續(xù)性，大幅降低震后的修復花費與修復時間。

通過以上對抗震韌性評估方法的介紹及案例分析，大家對抗震韌性評估的基本流程已經有所了解。然而，這樣的方法雖然有相對完善的理論基礎，但仍有以下三個亟待解決的問題：

為了解決以上提到的三點問題，這里嘗試建立相對明確的層間位移角和樓面加速度限值，以將建筑功能可持續(xù)性分為優(yōu)、良、差三個等級，以極大方便在實際工程中考慮建筑抗震韌性的問題。

1、為了實現建筑功能可持續(xù)的目標，應在結構設計階段綜合考慮結構變形、樓面加速度等指標，減小建筑物內非結構構件與建筑設備的破壞，提高建筑抗震韌性；

2、對于低矮建筑結構，采用隔震技術可顯著降低結構變形與樓面加速度，更容易實現震后功能可持續(xù)優(yōu)的目標；

3、應建立便于工程人員實際操作的建筑抗震韌性評估方法。盡管本文嘗試給出了限值的初步計算結果，但這一領域還有待進一步研究。

作者 | 溫傲寒 葉烈偉 鄧烜