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《條例》第十六條規(guī)定:“位于高烈度設(shè)防地區(qū)、地震重點監(jiān)視防御區(qū)的新建學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、養(yǎng)老機構(gòu)、兒童福利機構(gòu)、應(yīng)急指揮中心、應(yīng)急避難場所、廣播電視等建筑應(yīng)當(dāng)按照國家有關(guān)規(guī)定采用隔震減震等技術(shù),保證發(fā)生本區(qū)域設(shè)防地震時能夠滿足正常使用要求。”
《條例》列舉的建筑在《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》(GB50223-2008)(以下簡稱《分類標準》)中屬重點設(shè)防類建筑(以下稱乙類建筑),“指地震時不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑,以及地震可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果,需要提高設(shè)防標準的建筑”。
《條例》明確“正常使用要求”是“設(shè)防地震”,明顯不同于《分類標準》,那么《條例》的要求是高還是低,規(guī)范設(shè)計方法是否還能用,是否應(yīng)該按“中震”設(shè)計,等等,這無疑提出了一個新的課題。
關(guān)于“設(shè)防地震時能夠滿足正常使用要求”
設(shè)計方法的一點思考
Q:《條例》要求是高還是低?
A:《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011)(以下簡稱《抗規(guī)》)的設(shè)防目標是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,針對乙類建筑,設(shè)計上只是提高一度加強其構(gòu)造措施,提高其延性性能。因此,乙類建筑理論上仍是“中震可修”,未達到《條例》的要求。
Q:震害有什么啟示?
A:2010年至2021年,中國大陸發(fā)生5級以上地震192次,其中6級以上地震26次,總的來說造成的損失不大。當(dāng)設(shè)防烈度與地震烈度相當(dāng)或略小于地震烈度時,震中區(qū)記錄到的地震加速度普遍大于設(shè)防烈度加速度數(shù)倍。震害表明按規(guī)范“小震”設(shè)計的建筑達到了抗震設(shè)防目標的要求,有的超過設(shè)防目標要求。當(dāng)設(shè)防烈度與地震烈度相當(dāng)時,框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)能夠保持完好,但非結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能產(chǎn)生損壞或破壞;減震隔震建筑建筑性能表現(xiàn)優(yōu)越,尤其是隔震建筑的儀器設(shè)備也得到很好保護,出現(xiàn)的隔墻問題主要是施工或設(shè)計不合理產(chǎn)生的;磚混結(jié)構(gòu)出現(xiàn)普遍出現(xiàn)墻體開裂,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可修復(fù)損壞。
從震害看,按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的乙類建筑,在設(shè)防烈度地震下,總體上達到《分類標準》的要求。要滿足《條例》的要求,混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)需要解決砌體隔墻的損壞問題;磚混結(jié)構(gòu)需要進一步提高墻體承載力;隔震結(jié)構(gòu)能夠達到《條例》的要求;消能減震結(jié)構(gòu)需解決砌體隔墻的損壞問題。
Q:如何按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計?
A:根據(jù)實際震害,要滿足《條例》的要求,各種類型的結(jié)構(gòu)需區(qū)別對待。磚混結(jié)構(gòu)需大幅提高墻體承載力,可按“中震”地震作用進行承載力驗算?;炷两Y(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)仍按“小震”進行抗震設(shè)計,但應(yīng)控制“中震”時結(jié)構(gòu)變形以滿足非結(jié)構(gòu)構(gòu)件“不壞”的要求,采用普通砌塊隔墻時,需要提高結(jié)構(gòu)剛度,并考慮砌塊隔墻的剛度,計算結(jié)構(gòu)變形,將樓層位移角控制在彈性限值內(nèi),更加合理的方法是采用柔性連接的砌塊隔墻或變形能力大的隔墻。儀器設(shè)備等應(yīng)按“中震”樓面譜進行驗算。不應(yīng)采用活動吊頂。
Q:為什么推薦采用減震隔震技術(shù)?
A:隔震技術(shù)通過延長結(jié)構(gòu)周期,增加隔震層阻尼,有效降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),較抗震建筑,地震力可以降低5~6倍。同時,隔震建筑在地震中的結(jié)構(gòu)變形和加速度也大幅降低,對建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和儀器設(shè)備起到有效的保護作用。蘆山和漾濞兩次大地震中,按現(xiàn)行《抗規(guī)》設(shè)計的醫(yī)院和學(xué)校隔震建筑有極優(yōu)良的表現(xiàn),達到《條例》設(shè)防烈度地震正常使用要求,因此隔震技術(shù)應(yīng)該是首選。
消能減震是通過安裝在建筑中的消能器,吸收和消耗地震能量,達到降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的抗震技術(shù)。研究表明,采取消能減震技術(shù)可以有效降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件承擔(dān)的地震力,減小結(jié)構(gòu)變形,這對設(shè)防烈度地震下結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護是極其有利的。消能減震對降低結(jié)構(gòu)地震加速度反應(yīng)的效果一般,因此建筑中對加速度敏感的醫(yī)療、通信等儀器設(shè)器,還應(yīng)采取其它保護措施,如設(shè)備隔振等。
同時,國內(nèi)震害也發(fā)現(xiàn)減震隔震建筑在施工、設(shè)計和產(chǎn)品質(zhì)量上還存在一些問題,需進一步改進和提高,《條例》在這方面也做了相關(guān)規(guī)定。
薛彥濤
研究員,享受國務(wù)院政府特殊津貼
博士生導(dǎo)師
現(xiàn)任中國建筑學(xué)會結(jié)構(gòu)分會常務(wù)理事、中國建筑學(xué)會抗震防災(zāi)分會理事。
《消能減震加固技術(shù)規(guī)程》主編、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》編制組成員、《建筑隔震建筑設(shè)計標準》編制組成員。
主持和參與科技部八五科技攻關(guān)項目“中高層建筑耗能減震的研究”、十一五項目“大型及重要建筑抗震計算理論與試驗技術(shù)研究”和 “建筑抗震前沿理論與技術(shù)研究”、十二五“高烈度區(qū)高層建筑消能減震技術(shù)研究”、十三五“工業(yè)化建筑消能減震全裝配框架結(jié)構(gòu)體系研究”。
主持研發(fā)金屬消能減震器,獲多項發(fā)明專利,產(chǎn)品在中國人民革命軍事博物館、北京軌道交通指揮大廈、海南椰風(fēng)酒店、301醫(yī)院等工程中大量應(yīng)用。負責(zé)完成成都凱德風(fēng)尚小區(qū)高層住宅隔震設(shè)計、三河高層住宅隔震設(shè)計咨詢、山西忻州市中小學(xué)校舍隔震加固設(shè)計咨詢工作。在既有建筑的鑒定與加固改造工作方面進行了大量的研究與工程應(yīng)用工作,主持或參加了全國政協(xié)禮堂、北京火車站、北京飯店西樓、北京大學(xué)仿古建筑群、301醫(yī)院病房樓等建筑的抗震鑒定與加固工作。
獲國家科技進步二等獎3項,北京市科技進步獎1項、住建部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)一等獎2項、二等獎等3項。發(fā)表論文80余篇。
來源:CABR工程咨詢設(shè)計院
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