抗震设防目标、两阶段设计方法及抗震设防标准的意义

【摘 要】抗震设防目标、两阶段设计方法和抗震设防标准是总结了人类历史上历次地震的经验教训，考虑到国民经济的发展水平和工程实践，采纳了地震工程的最新的科学研究成果而制定，是我们结构设计人员在实际工作中必须遵循的原则和方法。本文对上述三方面内容进行了详尽的论述，阐述了其重要意义。

【关键词】抗震设防目标；两阶段设计方法；抗震设防标准

1 抗震设防目标

抗震设防的目标很大程度上依赖于经济政策和技术水平，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过当前的经济能力，又要使震后经过抗震设计的建筑的破坏程度在可以承受的范围内，达到合理使用建设投资、确保建筑抗震安全。

现行抗震设计规范的抗震设计主要致力于保证结构本身具有一定的强度、刚度和足够的延性，使所设计的结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”。我国1976年唐山大地震的惨痛教训是由于房屋大量倒毁，顷刻间数十万人丧失生命。之后修订抗震设计规范时，将“大震不倒”作为结构抗震设计的主要目标。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第1章总则第1.0.1条对建筑的抗震设防目标是这样规定的：“当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。”就是说，建筑结构抗震有三个烈度水准：第一水准，众值烈度（小震）；第二水准，基本烈度（中震）；第三水准，罕遇烈度（大震）。

小震是指发生在该地区的多遇地震，其超越概率为63.2%，地震烈度为概率密度分布图上的众值烈度。中震则是指设防烈度或称基本烈度，其超越概率为10%，烈度值比小震大1.55度。大震则指罕遇地震，其超越概率为2～3%，其烈度值比中震大1度。

按照“三水准设计思想，通过二阶段设计方法设防的建筑应满足：当该建筑遭受与三个烈度水准相对应，遭遇第一水准烈度（小震）时，一般情况下（不是所有情况下），建筑处于正常使用状态，抗震分析时，结构可以视为弹性体系，采用反应谱进行弹性地震反应分析；遭遇第二水准烈度（中震）时，结构进入一定程度的非弹性工作阶段，但非弹性的变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围内；遭遇第三水准烈度（大震）时，结构有较大的非弹性变形，但应控制在不倒塌的范围内。严重破坏但不倒塌的房屋，虽然没有修理价值，但可以避免人员和设备的严重损失。规范规定的这个三级设防标准可大致概括为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

三水准设计思想中最重要的是抗震建筑能否满足第三水准即“大震不倒”的要求，这是事关人民生命的问题。第三水准的核心和实质就是既要充分估计到大震带来的危害，从而采取有力而又适当的措施和手段，使地震灾害减轻到不致对人民生命造成危害的程度；同时也要考虑到发生大震的可能性甚小且重现期长，以及国家经济情况和财力的承受能力，不能仅仅为了防御这样罕遇的大震在建筑设计中耗费过多的材料，投入大量资金，使建筑物长期在正常使用荷载下处于十分保守和过分安全的状态。因此，新规范规定，地震力的计算仍然按设防烈度考虑，更多措施则着力于“概念设计”，以提高抗大震的能力，并对一些容易倒塌的薄弱层和部位按大震进行变形验算，在构造上采取一些加固措施。

2 两阶段设计方法

在建筑抗震设计中如何贯彻“三水准”思想？新规范明确规定必须采取二阶段的设计方法，其具体要求和步骤是：

第一阶段设计是承载力验算和弹性变形验算。取第一水准烈度（小震）的地震动参数，用弹性反应谱计算结构的弹性地震作用，然后将地震作用效应和其它荷载效应相组合，并采用《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定的分项系数设计表达式对构件截面进行承载力验算，以保证必要的强度可靠度要求。

为实现第一水准下的设防要求，要求对各类钢筋混凝土结构和钢结构进行多遇地震作用下的弹性变形验算。结构在第二水准烈度下的抗震验算根本上应该是弹塑性变形验算，但为减少工作量并符合设计习惯，对大部分结构，将变形验算转换为众值烈度地震作用下构件承载能力验算的形式来表现。经过分析研究表明，对多数结构可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。

第二阶段设计是弹塑性变形验算。对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。

需要进行抗震变形验算的建筑有：

1）8度Ⅱ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房；

2）7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构、底层框架砖房；

3）甲类建筑中的钢筋混凝土结构。

结构薄弱部位应按下列原则确定：

1）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构可取底层；

2）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数小的楼层和相对较小的楼层，一般不宜超过2～3处；

3）单层厂房可取上柱。

3 抗震设防标准

建筑抗震设防类别划分，应根据下列因素的综合分析确定：

1）建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小。

2）城镇的大小、行业的特点、工矿企业的规模。

3）建筑使用功能失效后，对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度。

4）建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别。下部区段的类别不应低于上部区段。

5）不同行业的相同建筑，当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时，其抗震设防类别可不相同。

实际设计中建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：

1）特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。

2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。

3）标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。

4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。

4 结语

综上所述，抗震“三水准”设计思想和二阶段设计要求较之原规范在思路上其物理概念更明确，设计工作的步骤更具体，这既是学习和吸收先进国家抗震设计工作经验的结果，也是对防震抗震工作认识上的新飞跃。今后只要大家严格执行抗震设防标准，坚持“三水准”设计思想，严格按二阶段的设计方法和步骤去工作，无疑，防震抗震的建筑设计工作必将迈上一个新台阶。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范GB50011-2010

[2]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析，中国建筑工业出版社，2007

[3]朱伯龙，张琨联.建筑结构抗震设计原理[M].上海：同济大学出版社