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【關(guān)鍵詞】工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià);建筑抗震設(shè)計(jì)
一.應(yīng)用中存在的問(wèn)題
場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定和場(chǎng)地震害效應(yīng)評(píng)價(jià)是設(shè)計(jì)人員必須重點(diǎn)關(guān)注的,所以應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題也多為涉及這兩個(gè)方面的內(nèi)容,主要有以下幾點(diǎn):(1)安評(píng)報(bào)告提供的場(chǎng)地設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線下降段的衰減指數(shù)與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》不一致,造成電算程序無(wú)法計(jì)算;(2)按照安評(píng)報(bào)告提供的場(chǎng)地設(shè)計(jì)反應(yīng)譜計(jì)算的地震效應(yīng)比按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》反應(yīng)譜計(jì)算的結(jié)果大很多,甚至超過(guò)50%以上;(3)安評(píng)報(bào)告提供的地震動(dòng)時(shí)程分析結(jié)果與反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果相差較大;(4)有些安評(píng)報(bào)告沒(méi)有地震邊坡效應(yīng)的評(píng)估,或地震邊坡效應(yīng)評(píng)估不充分,缺乏對(duì)處于危險(xiǎn)地段的邊坡進(jìn)行治理的可行性評(píng)價(jià)。
二.幾點(diǎn)建議
2.1反應(yīng)譜的表示形式宜規(guī)準(zhǔn)化
《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)》第12.1.2條規(guī)定:反應(yīng)譜宜以規(guī)準(zhǔn)化形式表示。反應(yīng)譜以規(guī)準(zhǔn)化形式表示,可以方便工程抗震設(shè)計(jì)使用,同時(shí)能在一定程度上消除隨機(jī)因素所造成的譜值隨周期劇烈變化的不合理性。考慮到建筑設(shè)計(jì)單位現(xiàn)有計(jì)算軟件的條件限制,建議安評(píng)報(bào)告給出的建筑抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜的形式,反應(yīng)譜的形狀參數(shù)應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)第5.1.5條的規(guī)定:
(1)直線上升段,周期小于0.1s的區(qū)段;(2)水平段,自0.1s至特征周期區(qū)段(水平地震影響系數(shù)最大值αmax);(3)曲線下降段,自特征周期至5倍特征周期區(qū)段,衰減指數(shù)應(yīng)取0.9;(4)直線下降段,自5倍特征周期至6s區(qū)段,下降斜率調(diào)整系數(shù)應(yīng)取0.02。
2.2反應(yīng)譜曲線下降段衰減指數(shù)與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》不一致的處理
在某些特殊地質(zhì)條件下,安評(píng)報(bào)告給出的反應(yīng)譜曲線下降段的衰減指數(shù)與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》不一致時(shí)(通常為1.0或1.1),可以按規(guī)范規(guī)定的衰減指數(shù)0.9進(jìn)行計(jì)算,但不能直接采用電算結(jié)果,應(yīng)利用程序中的地震作用調(diào)整系數(shù)對(duì)地震作用進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)各振型自振周期下的安評(píng)報(bào)告反應(yīng)譜與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》反應(yīng)譜地震影響系數(shù)的比值調(diào)整各振型的地震作用,并按照振型分解反應(yīng)譜法的振型組合原則求得振型組合后的地震作用,這個(gè)地震作用與按衰減指數(shù)0.9計(jì)算的地震作用的比值即為調(diào)整系數(shù)。顯而易見(jiàn),這種計(jì)算方法較為繁瑣,一般情況下,對(duì)于低階振型起主要作用的建筑,亦可直接取結(jié)構(gòu)基本自振周期下的安評(píng)報(bào)告反應(yīng)譜與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)的比值作為地震作用計(jì)算的調(diào)整系數(shù)來(lái)調(diào)整地震效應(yīng),經(jīng)多個(gè)實(shí)際工程的復(fù)核驗(yàn)算表明誤差大至在10%之內(nèi)。
2.3關(guān)于反應(yīng)譜的平臺(tái)高度值和特征周期值
安評(píng)報(bào)告反應(yīng)譜的平臺(tái)高度值(地震影響系數(shù)最大值)是在考慮覆蓋土層條件的影響下,依據(jù)地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算得到的基巖地震動(dòng)參數(shù),進(jìn)行場(chǎng)地地震反應(yīng)分析計(jì)算給出的。由于種種原因,安評(píng)報(bào)告的反應(yīng)譜的平臺(tái)高度值總是大于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》反應(yīng)譜的平臺(tái)高度值,這是造成安評(píng)報(bào)告反應(yīng)譜計(jì)算的地震效應(yīng)比按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》反應(yīng)譜計(jì)算的結(jié)果大很多的原因之一。
原因之二是安評(píng)報(bào)告給出的反應(yīng)譜特征周期值通常大于規(guī)范反應(yīng)譜特征周期值,值得注意的是2010版抗震規(guī)范反應(yīng)譜特征周期值己與《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》8306-2001特征周期值基本吻合,故安評(píng)報(bào)告給出的反應(yīng)譜特征周期值與規(guī)范反應(yīng)譜特征周期值不應(yīng)有太大差別。
安評(píng)報(bào)告反應(yīng)譜計(jì)算的地震效應(yīng)比按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》反應(yīng)譜計(jì)算的結(jié)果大很多的問(wèn)題,應(yīng)該引起我們的重視。在烈度七度、設(shè)計(jì)基本加速度0.1g區(qū),如果地震效應(yīng)大50%,實(shí)際上已達(dá)到0.15g區(qū)的效應(yīng)。在烈度七度、設(shè)計(jì)基本加速度0.15g區(qū),如果地震效應(yīng)大33%,則已達(dá)到烈度八度區(qū)的效應(yīng)。當(dāng)工程場(chǎng)地已處于明確的抗震設(shè)防區(qū)劃內(nèi),除非是可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的工程、核電站和其他有特殊要求的核設(shè)施建設(shè)工程,其他工程則不應(yīng)出現(xiàn)抗震設(shè)防要求跨區(qū)劃的誤差。
2.4關(guān)于地震動(dòng)時(shí)程分析
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定振型分解反應(yīng)譜法是基本方法,時(shí)程分析法作為補(bǔ)充計(jì)算方法,對(duì)于規(guī)范特別規(guī)定的建筑才要求采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。
時(shí)程分析一般是針對(duì)建筑的規(guī)則性,進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計(jì)算和撿查是否存在薄弱層、剛度突變等。正常情況下,彈性時(shí)程分析計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值接近或小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力(但不應(yīng)小于80%),所以建議安評(píng)給出的地震動(dòng)時(shí)程應(yīng)允許設(shè)計(jì)單位進(jìn)行試算,必要時(shí)可進(jìn)行調(diào)整,使之與振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果(底部剪力)較為吻合。
三.重視地震邊坡效應(yīng)的評(píng)價(jià)
汶川地震災(zāi)害表明,由于地震引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害造成的建筑物破壞、人員傷亡在這次震害中占有很大的比例。震后修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2008年版)新增3.3.5條,要求山區(qū)建筑的地基基礎(chǔ),應(yīng)注意設(shè)置符合抗震要求的邊坡工程,并避開(kāi)土質(zhì)和強(qiáng)風(fēng)花巖石邊坡的邊緣;并將第4.1.8條改為強(qiáng)制性條文,要求在陡坡和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時(shí),應(yīng)注意穩(wěn)定性和地震放大作用。規(guī)范的修訂是為了進(jìn)一步增強(qiáng)山區(qū)建筑的抗震能力,也說(shuō)明重視地震邊坡影響的重要性。
當(dāng)邊坡在地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌,邊坡塌滑區(qū)或邊坡塌方影響區(qū)則屬于危險(xiǎn)地段,規(guī)范規(guī)定嚴(yán)禁建造甲、乙類建筑且不應(yīng)建造丙類建筑。但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在邊坡塌滑區(qū)或邊坡塌方影響區(qū)內(nèi)建造建筑物的情況已不可避免,如何對(duì)屬于危險(xiǎn)地段的邊坡進(jìn)行綜合治理,其抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)如何確定,國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范還沒(méi)有統(tǒng)一、明確的規(guī)定。考慮到“大震不倒”的設(shè)計(jì)原則,這種情況下的邊坡工程在大震時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)不能發(fā)生失效性破壞、邊坡不能發(fā)生滑坡、崩塌是最基本的要求。要滿足這個(gè)要求,安評(píng)報(bào)告對(duì)建筑邊坡地震效應(yīng)進(jìn)行完整、全面的評(píng)價(jià)是十分重要的。
關(guān)鍵詞:建筑;抗震;設(shè)計(jì)
為了貫徹執(zhí)行國(guó)家有關(guān)建筑工程、防震減災(zāi)的法律法規(guī)并實(shí)行以預(yù)防為主的方針,使建筑經(jīng)抗震設(shè)防后,減輕建筑的地震破壞,避免人員傷亡,減少經(jīng)濟(jì)損失,從而制定了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,在最新修訂規(guī)范中,在第三章第10節(jié)中提出了建筑抗震性能化設(shè)計(jì),本文主要針對(duì)這一內(nèi)容進(jìn)行探討。
一、建筑抗震性能化設(shè)計(jì)的提出
建筑抗震性能化設(shè)計(jì)在本質(zhì)上應(yīng)該采用反映譜理論以及結(jié)構(gòu)能力設(shè)計(jì)的原則,既是用三個(gè)不同概率水準(zhǔn),兩個(gè)階段設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)出遇到小型地震不壞、遇到中型地震可以維修、遇到大型地震可以不倒塌的基本設(shè)防目標(biāo)。但是這種設(shè)計(jì)方法依舊存在著許多的不足,因?yàn)榈卣鹗且粋€(gè)不能確定的地殼活動(dòng),就現(xiàn)在世界的科技手段還不能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)地震的發(fā)生時(shí)間和規(guī)律。地震具有強(qiáng)大的能量,破壞力超強(qiáng),由于地震的不穩(wěn)定性,使我們很難準(zhǔn)確的了解建筑結(jié)構(gòu)的抗震需求,然而采用反映譜理論的方法,有效的降低了地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
上個(gè)世紀(jì)七十年代,人們?cè)诳偨Y(jié)了地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),建筑抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑的重要性,1990年1月份開(kāi)始施行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ11-89中所列出的設(shè)計(jì)理念,在實(shí)際建筑工程設(shè)計(jì)中提高結(jié)構(gòu)抗震能力方面發(fā)揮了重要的作用。在這一階段,將設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于實(shí)際工程中取得了良好的效果,同時(shí)隨著建筑行業(yè)的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)早期建筑規(guī)范的內(nèi)容還不夠全面,所以在2002年1月對(duì)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了更新,使得規(guī)范更加的全面,并增加了“建筑抗震性能化設(shè)計(jì)”。
在上個(gè)世紀(jì)九十年代,國(guó)外和國(guó)內(nèi)工程界開(kāi)始研究基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念,其特點(diǎn)是:抗震設(shè)計(jì)從宏觀定性的目標(biāo)向具體量化的多重目標(biāo)過(guò)渡,并由業(yè)主選擇性能目標(biāo),對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)進(jìn)行深入的分析,通過(guò)專家論證,反復(fù)進(jìn)行修改,從而確定抗震設(shè)計(jì)。
現(xiàn)如今的抗震設(shè)計(jì),一般都是按照現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》所編制的條款進(jìn)行的設(shè)計(jì),比如結(jié)構(gòu)的選型、地震作用的計(jì)算、房屋高度的限制、抗震等級(jí)選擇等等。
二、建筑抗震性能化設(shè)計(jì)的計(jì)算要求
如上圖所示,通過(guò)地震水準(zhǔn)的三種情況,分析在情況發(fā)生過(guò)程中其性能所體現(xiàn)出來(lái)的程度,并根據(jù)這種程度的整體狀態(tài)進(jìn)行分析模擬。
1、模型分析
正確合理的反映地震作用的傳遞途徑,建筑在不同地震動(dòng)水準(zhǔn)下是否整體或分塊處于彈性工作狀態(tài)。
2、彈性分析模擬
采用線性方法,彈塑性分析可根據(jù)性能目標(biāo)所預(yù)期的結(jié)構(gòu)彈塑性狀態(tài),分別采用增加阻尼的等效線性化方法以及靜力或者動(dòng)力非線性分析方法。
3、結(jié)構(gòu)非線性分析模擬
結(jié)構(gòu)非線性分析模擬與彈性分析模擬相對(duì)比較可以進(jìn)行簡(jiǎn)化,但是二者在多遇地震的線性分析結(jié)構(gòu)應(yīng)該基本相同。
通過(guò)兩個(gè)途徑可以改善建筑物的抗震性能:一是針對(duì)結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性,調(diào)整局部構(gòu)建的截面抗彎剛度,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體剛度內(nèi)在的規(guī)則分布;二是采用被動(dòng)耗能減震技術(shù),通過(guò)設(shè)置阻尼器,為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼。
三、建筑抗震性能化設(shè)計(jì)的基本要求
1、選定地震動(dòng)水準(zhǔn)
對(duì)設(shè)計(jì)使用年限50年的結(jié)構(gòu),可以選用規(guī)范的多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震的地震作用。其中,設(shè)防地震的加速度應(yīng)該按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì),如圖所示:
對(duì)設(shè)計(jì)使用年限超過(guò)50年的結(jié)構(gòu),應(yīng)該考慮其實(shí)際效用,并經(jīng)過(guò)專門的研究后對(duì)地震作用做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
2、選定性能目標(biāo)
建筑抗震性能目標(biāo)的選定是對(duì)于不同地震動(dòng)水準(zhǔn)的預(yù)期損壞狀態(tài)或者使用功能,不低于抗震設(shè)防的基本目標(biāo)。即當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí),主體結(jié)構(gòu)不受損壞或者不需要進(jìn)行修理就能夠繼續(xù)使用;當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí),有可能發(fā)生損壞,但是經(jīng)過(guò)一般的修理仍然可以繼續(xù)使用;當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí),不致倒塌或者危及生命。
3、選定性能設(shè)計(jì)指標(biāo)
設(shè)計(jì)應(yīng)選定分別提高結(jié)構(gòu)或者關(guān)鍵部位的抗震承載力、變形能力或者同時(shí)提高抗震承載力和變形能力的具體指標(biāo),尚應(yīng)計(jì)及不同水準(zhǔn)地震作用取值的不確定性而留有余地。
總結(jié):
總而言之,建筑抗震性能化設(shè)計(jì),具有著很強(qiáng)的靈活性和針對(duì)性,當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)應(yīng)用抗震技術(shù)主要還是在高層建筑方面或者是特別復(fù)雜的建筑,在一般的建筑工程設(shè)計(jì)上還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用,但是隨著工程設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新,建筑抗震性能化設(shè)計(jì)最終會(huì)逐步的走向成熟。
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(石河子大學(xué),新疆 石河子 832003)
摘 要:“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程,震害分析在教學(xué)過(guò)程中處于核心地位,是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的重要手段。文章結(jié)合石河子大學(xué)“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn),介紹了基于震害分析的建筑抗震設(shè)計(jì)教學(xué)方法的基本思路,并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例,具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算,以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:建筑抗震設(shè)計(jì);震害分析;教學(xué)思路;教學(xué)實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-4107(2015)09-0009-02
收稿日期:2014-12-28
作者簡(jiǎn)介:袁康(1982—),男,重慶合川人,石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院土木工程系主任,博士,副教授,國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師,主要從事建筑結(jié)構(gòu)工程研究。
基金項(xiàng)目:石河子大學(xué)一類課程“建筑抗震設(shè)計(jì)”
新疆地處亞歐大陸腹地,受南印度洋板塊與歐亞板塊碰撞作用以及來(lái)自北西伯利亞板塊的擠壓,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,是我國(guó)主要的內(nèi)陸地震活動(dòng)區(qū)域,也是國(guó)務(wù)院確定的地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)之一。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái),新疆境內(nèi)發(fā)生6級(jí)以上地震100多次,平均每年一次以上,全區(qū)抗震設(shè)防烈度在6度以上的區(qū)域占全區(qū)總面積的80%以上,其中7度以上高烈度區(qū)域面積占60%以上,面臨嚴(yán)峻的抗震形勢(shì)[1]。因此,新疆地處地震高發(fā)區(qū)和高烈度區(qū)的抗震形勢(shì)對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖO(shè)計(jì)、施工等技術(shù)人員提出了更高要求。因而,建筑抗震設(shè)計(jì)在當(dāng)?shù)乇究平虒W(xué)中的重要性更加突出。
隨著近年來(lái)全球地震進(jìn)入活躍期,強(qiáng)震頻發(fā),大量的工程震害為學(xué)生學(xué)習(xí)抗震知識(shí)和技能提供了生動(dòng)的教學(xué)素材,尤其是汶川、玉樹(shù)等一系列大震災(zāi)害引起了大家的重視,對(duì)典型震害的分析成為了促使相關(guān)抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)造施工技術(shù)進(jìn)步的重要因素,如汶川地震后,我國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB2010 0011-2010)就進(jìn)行了相應(yīng)的修編[2]。因此,開(kāi)展基于震害分析的“建筑抗震設(shè)計(jì)”教學(xué)方法改革也是石河子大學(xué)建筑抗震設(shè)計(jì)課程組一直探索的目標(biāo),在多年課程建設(shè)過(guò)程中,取得了較好的教學(xué)效果。本文將在分析“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn),剖析存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上,闡述基于震害分析的研究型教學(xué)思路,并以在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用為例,具體分析以震害分析為核心的教學(xué)方法在概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算,以及抗震構(gòu)造措施等方面的應(yīng)用,以供參考。
一、“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀
“建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程在石河子大學(xué)開(kāi)課學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí),包括理論教學(xué)40學(xué)時(shí)和試驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí),是建筑工程專業(yè)必修課程之一,同時(shí)也是一門涉及學(xué)科較廣、綜合性較強(qiáng)的課程,經(jīng)過(guò)本課程的學(xué)習(xí),為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ),是建筑工程專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。
(一)涉及知識(shí)面廣,對(duì)學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)要求高
該課程主要涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí),其先修課主要有工程數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)等,尤其是“單自由度和多自由度彈性體系地震反應(yīng)分析”章節(jié)與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分聯(lián)系密切,是典型的“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的章節(jié)。
(二)課程與規(guī)范聯(lián)系緊密,條文規(guī)定多
該課程內(nèi)容一般包括場(chǎng)地、地震作用計(jì)算、各種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),以及隔震減震技術(shù)等章節(jié),其設(shè)置與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的編排思路大致相同,可以說(shuō)是規(guī)范的說(shuō)明書。因此,教材中有大量的規(guī)范條文規(guī)定告訴學(xué)生應(yīng)該如何去進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),如何讓學(xué)生印象深刻地去理解各種條文規(guī)定背后的含義是關(guān)鍵。
(三)實(shí)踐教學(xué)缺失
該課程的另一特點(diǎn)是實(shí)踐性極強(qiáng),抗震設(shè)計(jì)事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,從學(xué)生階段就培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)至關(guān)重要,而目前多數(shù)高校在抗震的實(shí)踐教學(xué)方面存在缺失現(xiàn)象,其原因主要是抗震的試驗(yàn)手段主要有擬靜力試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)兩種,均需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)準(zhǔn)備周期和較高的經(jīng)費(fèi)投入。
綜上,由于“建筑抗震設(shè)計(jì)”課程教學(xué)存在的上述問(wèn)題,要“化繁為簡(jiǎn)、通俗易懂”地講解這門看似枯燥、卻對(duì)工程技術(shù)人員又十分重要的課程,需要借助地震災(zāi)害這個(gè)天然的試驗(yàn)場(chǎng)。工程震害分析與試驗(yàn)研究、理論分析是抗震技術(shù)發(fā)展的基本手段[3],在地震災(zāi)害頻發(fā)的今天,震害分析已經(jīng)成為了抗震技術(shù)驗(yàn)證的最佳場(chǎng)所,如四川雅安蘆山地震中,凡是按照新的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑均實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的抗震目標(biāo),沒(méi)有出現(xiàn)房屋倒塌的現(xiàn)象。因此,在抗震教學(xué)環(huán)節(jié)中,專業(yè)教師更應(yīng)當(dāng)以震害分析為核心,來(lái)引導(dǎo)學(xué)生研究、學(xué)習(xí)工程震害,使學(xué)生能夠有血有肉地理解書本知識(shí)。
二、基于震害分析的研究性教學(xué)思路
從各版“建筑抗震設(shè)計(jì)”教材不難發(fā)現(xiàn),其在具體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中均是基于震害分析—概念設(shè)計(jì)—抗震計(jì)算—抗震構(gòu)造的基本思路,可見(jiàn)震害分析是學(xué)習(xí)本課程的入手點(diǎn),每種結(jié)構(gòu)形式的震害現(xiàn)象對(duì)于后續(xù)的內(nèi)容都具有強(qiáng)烈的指導(dǎo)意義。教學(xué)過(guò)程中尤其應(yīng)當(dāng)重視“分析”二字,在重視提高學(xué)生工程素質(zhì)的當(dāng)下,應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生去理解每種震害發(fā)生的原因,設(shè)計(jì)、施工中如何去避免,從而使學(xué)生更加輕松地理解后續(xù)概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造中大量的定量條文規(guī)定。
基于震害分析的研究型教學(xué)思路,即是在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終緊扣震害分析這一前提,注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性去分析解決問(wèn)題,在震害分析章節(jié)將震害現(xiàn)象歸類為概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震構(gòu)造不符合規(guī)范要求的幾種情況,設(shè)置研究問(wèn)題,并告訴學(xué)生將在后續(xù)學(xué)習(xí)中逐步解決;在講解到具體涉及前面設(shè)置問(wèn)題的內(nèi)容時(shí),再帶著學(xué)生一起解決問(wèn)題。
三、基于震害分析的研究性教學(xué)實(shí)踐
本文以混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)為例,闡述基于震害分析的研究型教學(xué)實(shí)踐過(guò)程,具體教學(xué)思路如圖1所示。
(一)基于震害分析的問(wèn)題設(shè)置
混凝土框架結(jié)構(gòu)是建筑工程領(lǐng)域最為常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)體系,尤其是在公共建筑當(dāng)中。在歷次地震中框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了較好的抗震性能,但也有一些共性的震害現(xiàn)象得到了體現(xiàn),因此,在講述本章內(nèi)容時(shí),有必要將一些常見(jiàn)的震害現(xiàn)象集中梳理,設(shè)置研究問(wèn)題(如下),在后續(xù)學(xué)習(xí)中不斷解決。
1.框架結(jié)構(gòu)中某一層集中倒塌現(xiàn)象。
2.建筑平面中角部破壞嚴(yán)重。
3.樓梯間框架柱剪切破壞。
4.鄰近房屋碰撞破壞。
(二)基于震害分析的概念設(shè)計(jì)
中國(guó)的抗震設(shè)防采用“三水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)”[4],其具體實(shí)施主要通過(guò)概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和構(gòu)造措施三個(gè)方面,其中概念設(shè)計(jì)是對(duì)結(jié)構(gòu)體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性的總體把握,是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最為重要問(wèn)題。但由于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)未通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐鍛煉,尚停留在碎片化的階段,無(wú)法站在全局的高度來(lái)看待概念設(shè)計(jì)的重要性。此外,長(zhǎng)久以來(lái)的應(yīng)試教育模式培養(yǎng)出來(lái)學(xué)生更喜歡依靠計(jì)算解決問(wèn)題的特性,認(rèn)為只要進(jìn)行了抗震計(jì)算就能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力,對(duì)概念設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)不足。因此,有必要從一開(kāi)始就將各條概念設(shè)計(jì)規(guī)定與相應(yīng)的震害對(duì)應(yīng)起來(lái),并逐條解決,基本主線為:概念設(shè)計(jì)條文—對(duì)應(yīng)工程問(wèn)題—工程震害現(xiàn)象—解決途徑,即通過(guò)工程實(shí)例中發(fā)生的震害現(xiàn)象,追溯其在設(shè)計(jì)階段不符合抗震概念設(shè)計(jì)的情況,引導(dǎo)學(xué)生探尋相關(guān)解決途徑。
(三)基于震害分析的抗震計(jì)算
結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算包括地震作用計(jì)算,地震力分配、內(nèi)力組合及調(diào)整、截面承載力抗震設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容,其中內(nèi)力調(diào)整是此部分內(nèi)容的核心問(wèn)題,是實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)合理破壞模式的關(guān)鍵所在,主要包括了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的內(nèi)力調(diào)整思路[5],以及底層柱、角柱的內(nèi)力放大。在講述這些關(guān)鍵問(wèn)題的時(shí)候可回到歷次震害中發(fā)現(xiàn)的震害問(wèn)題,引出震害分析中設(shè)置的問(wèn)題:大量的結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)梁端出鉸的合理破壞模式,而是某一層柱集中倒塌的情況;以及底層柱和角柱的破壞往往更為嚴(yán)重的現(xiàn)象。帶領(lǐng)學(xué)生以工程師的角度去從設(shè)計(jì)、施工角度查找出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因,理解按照合理破壞模式要求的內(nèi)力放大調(diào)整方法。以汶川地震為例,當(dāng)出現(xiàn)遠(yuǎn)超設(shè)防烈度的地震作用時(shí),幾乎沒(méi)有一棟建筑實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)柱弱梁的破壞形式,是值得工程人員深省的,因此,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB2010 0011-2010)在內(nèi)力調(diào)整系數(shù)上進(jìn)一步放大。
(四)基于震害分析的抗震構(gòu)造措施
抗震構(gòu)造措施,是根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則,不需要計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分必須采取的各種細(xì)部要求,主要包括對(duì)梁、柱截面尺寸的限制,鋼筋直徑、間距的限值等等,此部分內(nèi)容與震害分析中的構(gòu)件層面破壞密切相關(guān),講解中若采用完全“順向講授式”教學(xué),學(xué)生很難記住相關(guān)的條文規(guī)定。教學(xué)中應(yīng)結(jié)合震害分析,采用“反向研討式”教學(xué),即思考若不按條文規(guī)定會(huì)出現(xiàn)什么震害問(wèn)題。例如,在講授節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率的要求時(shí),可聯(lián)系震害中典型節(jié)點(diǎn)破壞的現(xiàn)象——由于節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋不足或間距過(guò)大,柱縱筋壓曲外鼓,引導(dǎo)學(xué)生明白節(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)維持大震不倒的重要性,以及箍筋體積配箍率可確保節(jié)點(diǎn)延性的意義。
“建筑抗震設(shè)計(jì)”是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性都很強(qiáng)的課程,涉及大量的規(guī)范條文,如何生動(dòng)地讓學(xué)生理解相關(guān)條文背后的依據(jù)是關(guān)鍵,而大量的規(guī)范條文修編都是以無(wú)數(shù)次強(qiáng)震為代價(jià)。因此,震害分析在教學(xué)過(guò)程中處于核心地位,是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的重要手段,課程組在教學(xué)改革過(guò)程中的成效表明,不斷穿插震害分析不但可以提高學(xué)生的專業(yè)興趣,更使學(xué)生在理論知識(shí)綜合應(yīng)用、工程質(zhì)量意識(shí)等方面得到了鍛煉,在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中更加得心應(yīng)手。
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關(guān)鍵詞:抗震概念設(shè)計(jì);抗震計(jì)算方法;提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施
中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 抗震概念設(shè)計(jì)及思路
抗震設(shè)防的基本目的是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下,最大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞,保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。為了實(shí)現(xiàn)這一目的,抗震設(shè)計(jì)規(guī)范以“小震不壞,中震可修,大震不倒”,即三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求作為建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則。
一般來(lái)說(shuō),建筑抗震設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面的內(nèi)容與要求:概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算與構(gòu)造措施。概念設(shè)計(jì)在整體上把握抗震設(shè)計(jì)的主要原則,減少由于建筑結(jié)構(gòu)自身帶來(lái)地震作用及結(jié)構(gòu)地震反映的復(fù)雜性而造成抗震計(jì)算不準(zhǔn)確;抗震計(jì)算為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供定量依據(jù);構(gòu)造措施則是抗震概念設(shè)計(jì)與抗震計(jì)算的有效保障。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)三個(gè)方面的內(nèi)容是一個(gè)不可分割的整體,忽略其中任何一部分都可能造成抗震設(shè)計(jì)的失效。
建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用,從而避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)比較敏感的薄弱部位,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早的破壞。假定整個(gè)結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用是抗震設(shè)計(jì)方法的前提之一,在此前提下才能以多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算與構(gòu)造措施。
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則包括:(1)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性,即結(jié)構(gòu)在地震作用下具有比較明確的傳力途徑,結(jié)構(gòu)的計(jì)算、內(nèi)力及位移分析都易于把握。(2)結(jié)構(gòu)的規(guī)則及均勻性,造型和結(jié)構(gòu)布置比較均勻可以避免剛度、承載能力與傳力途徑的突變,以限制結(jié)構(gòu)在豎向出現(xiàn)敏感的薄弱部位,建筑平面比較規(guī)則可以使建筑物質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào),限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。(3)結(jié)構(gòu)的剛度與抗震能力,結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力、足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力。
2 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法及抗震驗(yàn)算
結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算可分為地震作用計(jì)算和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算兩部分。進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),在確定結(jié)構(gòu)方案后,首先應(yīng)計(jì)算地震作用,然后計(jì)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的地震作用效應(yīng),最后再將地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)進(jìn)行組合,驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載力與變形,以滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防要求。
結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的方法包括:(1)底部剪力法,特點(diǎn)是忽略高振型的影響,假定結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)以基本振型為主,將基本振型簡(jiǎn)化為倒三角形進(jìn)行計(jì)算,但是計(jì)算精度稍差。(2)振型分解反應(yīng)譜法,利用振型分解的原理和反應(yīng)譜理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)分析,計(jì)算精度稍高。(3)時(shí)程分析法,選用一定的地震波直接輸入到所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),然后對(duì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行逐步數(shù)值積分,求得結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震時(shí)程范圍內(nèi)的地震反應(yīng),計(jì)算精度高。
為了滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行下列內(nèi)容的抗震驗(yàn)算:(1)多遇地震下結(jié)構(gòu)允許彈性變形驗(yàn)算,防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,如隔墻、幕墻、建筑裝飾等的破壞。(2)多遇地震下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算,防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件因承載力不足而破壞。(3)罕遇地震下結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算,以防止結(jié)構(gòu)因過(guò)大變形發(fā)生倒塌。
3 提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施
結(jié)構(gòu)的抗震性能決定于結(jié)構(gòu)的整體性、延性,而結(jié)構(gòu)的整體性和延性與結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)整體剛度、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的延性和強(qiáng)度密切相關(guān)。
結(jié)構(gòu)布置時(shí)宜考慮多道抗震防線,一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)應(yīng)由若干延性較好的分體系組成,通過(guò)構(gòu)件的鏈接協(xié)同作用,有意識(shí)地在結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部建立一系列分布的屈服區(qū),使結(jié)構(gòu)在先屈服的部分耗散大量的地震能量,而使最后的“防線”得以保存,便于結(jié)構(gòu)修復(fù)。即通常所說(shuō)的“小震不壞,中震可修,大震不倒”,同時(shí)設(shè)計(jì)中應(yīng)做到的“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”。
如框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則為強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì),梁屈服后柱仍能保持穩(wěn)定;框架--剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則為連梁首先屈服,然后是墻肢,框架作為第三道防線;剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則為通過(guò)構(gòu)造措施保證連梁首先屈服,并通過(guò)空間整體性形成高次超靜定。
結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合理的剛度和承載力分布,建筑物的側(cè)移剛度越大,則自振周期越短,地震作用也越大,要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較高的承載力。提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,往往以提高造價(jià)和降低結(jié)構(gòu)變形能力為代價(jià),因此在確定結(jié)構(gòu)體系時(shí),需要在剛度、承載力之間尋求較好的匹配關(guān)系。
墾利縣育才華都工程為高層剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度小于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍,故采用地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。在進(jìn)行初步整體計(jì)算時(shí),地震作用下局部X向最大層間位移角為1/900,超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的1/1000。受地塊限制,沒(méi)有足夠的場(chǎng)地布置車位,規(guī)劃設(shè)計(jì)條件又要求車位比為1:1,所以地下二層必須設(shè)計(jì)為車庫(kù)。受限于車庫(kù)門最小凈寬的要求,該部分剪力墻的長(zhǎng)度無(wú)法再加長(zhǎng),經(jīng)過(guò)多次試算,通過(guò)增加剪力墻連梁的高度提高了該部位的抗側(cè)剛度,從而使層間位移角得到改善,滿足了規(guī)范要求。
結(jié)構(gòu)應(yīng)采取的構(gòu)造措施,對(duì)于多層磚砌體結(jié)構(gòu),在構(gòu)造上應(yīng)采取設(shè)置構(gòu)造柱、現(xiàn)澆混凝土圈梁、在磚砌體內(nèi)配置橫向和豎向鋼筋等措施。對(duì)于多層砌塊結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上應(yīng)采取設(shè)置鋼筋混凝土芯柱、圈梁等措施。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)通過(guò)混凝土材料、截面尺寸、縱向和橫向的配筋來(lái)避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓碎先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固黏結(jié)破壞先于構(gòu)件的破壞。
山東威迪車輪有限公司倒班宿舍工程為四層砌體結(jié)構(gòu),依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》在縱橫墻相交處及樓梯間四角分別設(shè)置了現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并在每層樓面或屋面處設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁,使得構(gòu)造柱、圈梁及鋼筋混凝土樓板現(xiàn)澆為一空間整體,增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性,從而提高了該工程的抗震能力。
4 結(jié)束語(yǔ)
近幾年,四川汶川、雅安及青海玉樹(shù)等多地發(fā)生地震,且震害較嚴(yán)重,因此做好抗震設(shè)計(jì)是十分必要的,不僅要掌握好結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算及抗震措施,更要注重結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:地震安全性評(píng)價(jià) 抗震設(shè)防動(dòng)參數(shù)
一、安評(píng)的由來(lái)
我國(guó)是世界上多震的國(guó)家之一,地震引起的建筑物及工程設(shè)施破壞、倒塌是造成地震災(zāi)害的最主要因素,只有使建筑物和工程設(shè)施具備適當(dāng)?shù)目拐鹉芰Σ拍苡行p輕地震造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。確定合理的設(shè)防目標(biāo)是抗震設(shè)計(jì)的前提,醫(yī)院建筑作為事關(guān)國(guó)計(jì)民生、在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)又需要承擔(dān)救治功能的重要建筑,其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)當(dāng)高于普通民用建筑。《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:醫(yī)療建筑的抗震設(shè)防類別應(yīng)當(dāng)符合:“三級(jí)醫(yī)院中承擔(dān)特別重要醫(yī)療任務(wù)的門診、醫(yī)技、住院用房,抗震設(shè)防類別應(yīng)劃分為特殊設(shè)防類,二、三級(jí)醫(yī)院的門診、醫(yī)技、住院用房,具有外科手術(shù)室或急診科的鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的醫(yī)療用房……,抗震設(shè)防類別應(yīng)劃分為重點(diǎn)設(shè)防類”,這意味著大部分縣級(jí)及以上醫(yī)院的醫(yī)療用房其抗震設(shè)防類別應(yīng)屬于重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)建筑,這一類建筑的抗震能力應(yīng)當(dāng)比住宅、辦公等普通建筑更高,屬于在地震發(fā)生時(shí)功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線工程。
工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)是《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》確立的一項(xiàng)法律制度,《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》第三十五條:“重大建設(shè)工程和可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程,應(yīng)當(dāng)按照國(guó)務(wù)院有關(guān)規(guī)定進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià),并按照經(jīng)審定的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告所確定的抗震設(shè)防要求進(jìn)行抗震設(shè)防。”“國(guó)務(wù)院地震工作主管部門和省、自治區(qū)、直轄市人民政府負(fù)責(zé)管理地震工作的部門或者機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)審定建設(shè)工程的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告,確定抗震設(shè)防要求。”并在附則中給出了“重大建設(shè)工程和可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程”的范圍,國(guó)務(wù)院頒布的《地震安全性評(píng)價(jià)管理?xiàng)l例》及各省市的地震安全性評(píng)價(jià)管理辦法都對(duì)需要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)的工程明確了范圍,以《山東省地震安全性評(píng)價(jià)管理辦法》為例,在附件中就明確了必須進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)的建設(shè)項(xiàng)目,“……300張床位以上醫(yī)院的門診樓、病房樓、醫(yī)技樓、重要醫(yī)療設(shè)備用房以及中心血站等;”這意味著對(duì)我省絕大多數(shù)縣級(jí)及以上的醫(yī)院的主要醫(yī)療建筑及重要設(shè)備用房都需要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)。《山東省防震減災(zāi)條例》明確規(guī)定:“重大建設(shè)工程和可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程的抗震設(shè)防要求,由省級(jí)以上人民政府地震工作主管部門根據(jù)審定的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告批準(zhǔn)確定。”“學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所的建設(shè)工程,應(yīng)當(dāng)在地震小區(qū)劃結(jié)果、國(guó)家頒布的地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖或者地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上提高一檔確定抗震設(shè)防要求。”國(guó)家及各省市已從法律法規(guī)的角度對(duì)醫(yī)院建筑抗震設(shè)防要求及應(yīng)采用審定后的安評(píng)結(jié)果進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)作了明確規(guī)定。
二、安評(píng)的應(yīng)用
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011指出:抗震設(shè)防烈度必須按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限審批、頒發(fā)的文件(圖件)確定,一般工程的抗震設(shè)防烈度應(yīng)根據(jù)GB18306《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖A1》和《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期(Tg)區(qū)劃圖B1》確定的地震基本烈度進(jìn)行設(shè)防;在一定條件下,可采用經(jīng)國(guó)家有關(guān)主管部門規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)的供設(shè)計(jì)采用的地震設(shè)防區(qū)劃的地震動(dòng)參數(shù)(如地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值、反應(yīng)譜值、地震影響系數(shù)曲線和地震加速度時(shí)程曲線)進(jìn)行設(shè)防。
由于歷史的原因,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)抗震設(shè)防的表述采用雙軌制,即按設(shè)計(jì)地震基本加速度和設(shè)防烈度進(jìn)行表述。抗震設(shè)計(jì)一般包含地震作用計(jì)算及構(gòu)造措施兩方面的內(nèi)容,對(duì)于醫(yī)院等重點(diǎn)設(shè)防類建筑,《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223不要求提高地震作用,只需提高其抗震措施,地震作用的計(jì)算是與設(shè)計(jì)基本地震加速度相關(guān)的,而抗震措施是按設(shè)防烈度確定的。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確指出:按國(guó)家規(guī)定權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度為本地區(qū)抗震設(shè)防烈度,一般情況下,取50年超越概率10%的地震烈度。50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度為設(shè)計(jì)基本地震加速度;《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》的設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%;因此根據(jù)安評(píng)報(bào)告進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)應(yīng)按提供的50年超越概率為10%的地震動(dòng)峰值加速度對(duì)應(yīng)的地震烈度,同時(shí)還應(yīng)按提供的50年超越概率63%對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)地震加速度和反應(yīng)譜參數(shù)值進(jìn)行地震作用計(jì)算。對(duì)于設(shè)計(jì)使用年限為100年時(shí),安評(píng)應(yīng)分別提供100年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為10%和63%的設(shè)計(jì)地震加速度和反應(yīng)譜參數(shù)值,對(duì)需要進(jìn)行時(shí)程分析及大震性能化設(shè)計(jì)有定量要求時(shí)都還應(yīng)提供超越概率2%-3%對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)地震加速度和反應(yīng)譜參數(shù)值。
規(guī)范中的小震對(duì)應(yīng)50年超越概率為63.2%的水準(zhǔn),稱為多遇地震;中震對(duì)應(yīng)的是50年超越概率為10%的水準(zhǔn),稱為設(shè)防地震;50年超越概率為2%~3%的地震烈度,稱為“罕遇地震”。結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算時(shí)取第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng),采用《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面承載力抗震驗(yàn)算。換句話說(shuō)是通過(guò)小震對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算地震作用來(lái)保證“小震不壞”,“中震可修、大震不倒”是通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來(lái)滿足的。地震作用計(jì)算采用的規(guī)范反應(yīng)譜是根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量實(shí)際地震加速度記錄的加速度反應(yīng)譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和考慮技術(shù)條件的綜合結(jié)果,因此是一個(gè)統(tǒng)計(jì)意義并進(jìn)行了人工調(diào)整的數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)反應(yīng)譜通常用以下三個(gè)參數(shù)來(lái)描述:最大地震影響系數(shù)αmax、特征周期Tg、長(zhǎng)周期反應(yīng)譜下降曲線的衰減系數(shù)γ。安評(píng)一般是針對(duì)特定工程建設(shè)場(chǎng)址周邊一定范圍內(nèi)的地震危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估,假定某種地震動(dòng)衰減模型、通過(guò)地震危險(xiǎn)性進(jìn)行計(jì)算,得到50年或100年(必要時(shí))超越概率為63%、10%、2%場(chǎng)址基巖處的地震加速度峰值和反應(yīng)譜,再通過(guò)概率方法運(yùn)用一維或二維土層模型計(jì)算得到場(chǎng)地地表或不同深度土層處的地震動(dòng)峰值及與反應(yīng)譜有關(guān)的參數(shù)。理論上安評(píng)結(jié)果要比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得更加有針對(duì)性和更加細(xì)化,但是,由于地震危險(xiǎn)性評(píng)估方法、地震動(dòng)衰減規(guī)律、基巖地震動(dòng)輸入及土層反應(yīng)模型的不確定性,再加上從事安評(píng)工作的人員自身專業(yè)水平的差異,針對(duì)特定工程所提供的地震動(dòng)參數(shù)可靠性和工程實(shí)用性大受影響。
對(duì)于提供了安評(píng)報(bào)告的工程的抗震設(shè)計(jì),小震作用下,可分別按規(guī)范規(guī)定的和安評(píng)報(bào)告提供的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,取二者計(jì)算所得到的結(jié)構(gòu)底部剪力較大者的樓層水平地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算以保證結(jié)構(gòu)的安全。大震作用下,由于安評(píng)一般根據(jù)實(shí)際強(qiáng)震記錄對(duì)長(zhǎng)周期段的譜值變化規(guī)律按二次曲線衰減給出,規(guī)范反應(yīng)譜把長(zhǎng)周期段譜值變化規(guī)律修正為按直線下降,因此按安評(píng)結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算有可能會(huì)偏于不安全,此時(shí)可按規(guī)范提供的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
安評(píng)報(bào)告一般都給出了根據(jù)50年超越概率10%的動(dòng)參數(shù)所在的基本地震加速度分區(qū),對(duì)于一些沒(méi)有明確給出加速度分區(qū)可的可參考《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》宣貫教材中加速度分檔進(jìn)行劃分;據(jù)此確定基本烈度,然后按有關(guān)的建筑抗震規(guī)范確定具體的設(shè)防要求。
工程實(shí)例一:青島膠州市某醫(yī)院門診醫(yī)技綜合樓及病房樓,重點(diǎn)設(shè)防類,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010附錄,本地區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第三組,場(chǎng)地特征周期為0.45s,依據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果,該建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)如下:
設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù) 超越概率水平
50年63% 50年10% 50年2%
Amax(cm/s2) 32 98 164
βm 2.7 2.7 2.7
T0(s) 0.10 0.10 0.10
Tg(s) 0.45 0.55 0.60
C 0.90 0.90 0.90
工程場(chǎng)地地表5%阻尼比50年超越概率10%水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度峰值為98gal,依據(jù)GB17741-2005《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)》有關(guān)地震動(dòng)加速度分區(qū)原則,本次結(jié)果屬0.10g區(qū)。相當(dāng)于地震基本烈度值為7度,根據(jù)《山東省防震減災(zāi)條例》,經(jīng)地震主管部門批復(fù)后,該醫(yī)院建筑的抗震設(shè)防要求按地震動(dòng)峰值加速度0.15g確定。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按7度、0.15g的基本地震加速度計(jì)算地震作用,按8度采取抗震措施。
工程實(shí)例二:濟(jì)南市某醫(yī)院綜合病房樓,重點(diǎn)設(shè)防類,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010附錄,本地區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第三組,場(chǎng)地類別為II類場(chǎng)地,場(chǎng)地特征周期為0.45s,依據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果,該建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)如下:
設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù) 超越概率水平
50年63% 50年10% 50年2%
Amax(cm/s2) 31 78 134
βm 2.6 2.6 2.6
T0(s) 0.10 0.10 0.10
Tg(s) 0.35 0.40 0.40
C 0.90 0.90 0.90
依據(jù)GB17741-2005《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)》有關(guān)地震動(dòng)加速度分區(qū)原則,工程場(chǎng)地50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度位于0.05g范圍,相當(dāng)于地震基本烈度值為6度,根據(jù)《山東省防震減災(zāi)條例》,經(jīng)地震主管部門批復(fù)后,該醫(yī)院建筑的抗震設(shè)防要求按地震動(dòng)峰值加速度0.10g確定。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按7度、0.10g的基本地震加速度計(jì)算地震作用,按7度采取抗震措施。需要指出的是,特征周期是根據(jù)場(chǎng)地類別及設(shè)計(jì)地震分組確定的,現(xiàn)行抗震規(guī)范水平地震影響系數(shù)的最大值αmax與超越概率(小震、中震、大震)有關(guān),而特征周期與超越概率無(wú)關(guān),而安評(píng)報(bào)告的特征周期一般都與超越概率有關(guān),大震反應(yīng)譜的特征周期往往大于小震。當(dāng)按安評(píng)報(bào)告的結(jié)果確定加速度檔進(jìn)行小震作用下的承載力驗(yàn)算時(shí),應(yīng)選用安評(píng)的地震動(dòng)參數(shù)(基本加速度所在的檔對(duì)于的小震地震影響系數(shù)及特征周期)進(jìn)行計(jì)算,并按規(guī)范的動(dòng)參數(shù)計(jì)算,取二者的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。
實(shí)際上從建筑工程抗震設(shè)防要求來(lái)講,在地震時(shí)功能不能中斷或者需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)工程,其抗震設(shè)防要求應(yīng)該是在預(yù)估的罕遇地震作用下設(shè)置在結(jié)構(gòu)中的設(shè)備和設(shè)施盡快恢復(fù)正常,這一類的建筑工程抗震設(shè)防規(guī)定的年限就不應(yīng)該是50年超越概率10%的情況,建筑規(guī)范給出荷載及地震作用都是以50年基準(zhǔn)期給出,不同規(guī)定期限建筑物抗震設(shè)計(jì)的三個(gè)水準(zhǔn)的取值均可轉(zhuǎn)化為50年的相應(yīng)超越概率,這不在本文的討論之列,具體可參考相關(guān)文獻(xiàn)。
三、結(jié)論
對(duì)于醫(yī)院這一類需要進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)防的建筑,大多需要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)工作,安評(píng)的結(jié)論往往同抗震規(guī)范的地震動(dòng)參數(shù)不一致,《防震減災(zāi)法》及防震減災(zāi)條例等法律法規(guī)規(guī)定的設(shè)防要求不盡相同,而且各地建設(shè)行政主管部門及施工圖審查機(jī)構(gòu)對(duì)相關(guān)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)解讀也存在差異,使得設(shè)計(jì)人員往往無(wú)所適從,本文從法律法規(guī)的有關(guān)條文及規(guī)范的相關(guān)規(guī)定出發(fā),論述了醫(yī)院建筑等重點(diǎn)設(shè)防類建筑工程在抗震設(shè)防時(shí)如何應(yīng)用安評(píng)結(jié)果進(jìn)行設(shè)防。并結(jié)合工程實(shí)例給出了抗震設(shè)防的具體做法及建議,供同行們參考。
參考文獻(xiàn):