新抗震规范对抗震设计的影响

摘要：由于地震的不确定性及随机性使得抗震设计成为结构设计的首要问题，本文通过新旧抗震规范计算理论和方法进行比较，介绍了新抗震规范的特点，并对新抗震规范对抗震设计影响进行分析。并归纳了新抗震规范的精髓。

关键词：抗震设计；新抗震规范；精髓

中图分类号：S611文献标识码： A

0.前言

地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一，根据中国地震局的预测，目前我国大陆已进入了第五个地震活跃期。近几年来，一些国家和我国部分地区相继发生了强烈地震，造成很大的损失。地震具有突发性强、破坏性大和比较难预测的特点，目前地震的监测预报还是世界性的难题，很难做出准确的临震预报，而且即使做到了震前预报，如果工程设施的抗震性能薄弱，也难以避免经济损失。因此，实施有效的抗震设防仍然是当前防震减灾的关键性工作，必须继续执行预防为主、平震结合方针。贯彻执行新修订的建筑抗震设计规范就是执行这一方针的重要手段。

国内外的地震经验教训表明，严格执行工程建设强制性标准，搞好新建工程的抗震设计，对原有未经抗震设计工程进行抗震加固等，是减轻地震灾害的最直接、有效的途径和方法。这方面有很多成功的经验，在我国新疆伽师地区，严格按抗震规范设计建造的工程，经历了近几年多次地震均未发生损坏；云南丽江地区经过抗震加固的房屋，美国、日本等发达国家，一直把提高工程结构的抗震能力作为最大限度地减轻地震灾害的基本手段。许多震害分析表明，虽然人类目前尚无法避免地震的发生，但切实可行的抗震措施使人类可以有效地避免或减轻地震造成的灾害。新修订的《建筑抗震设计规范》GB50010-2010就是将一系列的抗震技术措施以技术标准的形式确定下来，作为结构工程师进行建筑工程抗震设计和抗震防灾部门进行抗震设防管理的依据。

1 现行抗震设计规范的主要特点

我国现行《建筑抗震设计规范》GB50010-2010是对近年来我国在建筑物抗震防灾领域的研究成果和经验教训的基础上制定的，和GB50011-2001相比在抗震理论和设计方法的主要变化如下：（1）2010规范对抗震设防依据、场地划分和地基基础设计的规定做了调整和改进。

（2）2010规范对地震作用和抗震验算方法做了较为具体的规定，提出了长周期和不同阻尼比的设计反应谱，并对建筑结构分析适用模型作出了较明确的规定，增加了弹性分析和弹塑性分析的要求，当侧移附加弯矩大于水平力作用下构件弯矩的110时，应考虑重力二阶效应；明确了按楼盖刚度、扭转效应等的区别对待划分平面结构和空间结构分析的要求；对结构分析计算软件的选择和对电算结果的分析判断提出明确要求。

（3）对建筑结构地震作用的取值，从特征周期、最小地震力、偶然偏心和双向水平地震等四个方面来控制建筑结构地震作用。

（4）增加了结构弹塑性变形验算的规定，层间变形可采用静力的弹塑性计算方法，即所谓推覆（push-over）方法予以简化计算。

（5）提出增加各类建筑结构延性的设计和构造要求。

（6）新增了若干类结构的抗震设计原则，如配筋混凝土小砌块房屋、钢筋混凝土筒体结构、高强混凝土和预应力混凝土结构、高层和多层钢结构等。

（7）规定了隔震结构设计的具体要求和技术措

施。

（8）规定了消能减震结构的具体措施。在建筑结构中设置消能器以吸收和耗散地震能量是实现基于性能要求的抗震设计的一种技术措施。

（9）明确了非结构构件抗震设计的要求。

从以上几点可以看出，现行新规范GB50010-2010比GB50011-2001在抗震设计理论和计算方法以及抗震构造等方面做了更详细的规定，并对减震消能设计等均做了规定，使得这些新技术能够得到有依据的推广。

2 新抗震规范对抗震设计的影响

目前各国抗震设计规范中普遍采用的是“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准设防的抗震设计方法，是以保证生命安全为单一设防目标。尽管它可以做到在大震时主体结构可以避免倒塌以保证生命的安全，但是对一些现代建筑，内部设备的价值远远超出结构自身的价值，且由于建筑物功能的不同重要性，如医院、核电站等重要建筑，建筑物破坏所导致的直接经济损失、间接经济损失以及人员伤亡等方面的损失将是巨大的。因而现代建筑不仅要防止结构倒塌还要考虑控制经济损失、保证结构使用功能的延续等问题。正是基于这种情况，美国学者率先提出了基于性能的抗震设计概念(performance-based Design)，引起整个地震工程界极大的兴趣。基于性能设计的理念在于根据灾害荷载的不确定性（发生时间、强度、作用历时等的变化）以及抗力的不确定性的特点对不同风险度水平的灾害荷载作用（地震等），将建筑物设计成满足不同功能要求，保障建筑物在整个运行期充分发挥功能，方便维护和改建，符合经济目的。

结构构件在地震作用下的破坏程度与结构的位移响应和构件的变形能力有关，用位移控制结构在地震作用下的性能更为合理。因此在提出基于性能的结构抗震设计概念时，将地震作用下结构位移（变形）反应作为衡量结构性能的重要指标。

基于性能抗震设计制定的设计规范与基于性能进行工程抗震设计的主要区别是：基于性能制定抗震设计规范，确定其目标性能水平时要充分考虑全社会的经济发展状况，以及所有可能涉及到的结构形式，建筑物的用途，最后综合确定规范抗震性能水平，这也是抗震设计必须达到的最低要求，且在实现基于性能抗震设计时，规范必须要做到明确且简单实用。而基于性能抗震工程为某一工程项目从开始提出，一直到最后包括使用期间维护在内的整个使用寿命的全过程。它包括选择设计标准，恰当的结构形式和布局，结构细部设计和非结构构件的设计，保证和控制施工质量和长时间的维护，使之在使用期间，在可能遭受的不同水平地震作用下，能达到预先确定的不同性能水平。在这里，结构目标性能水平需要业主根据建筑功能、用途和经济条件，以及和结构工程师相互讨论决定。而结构工程师也应该提供初始造价、维护造价、以及在地震后可能的损坏以及修复费用，使结构在整个生命周期内费用达到最小。

3新抗震规范的精髓归纳为以下几点

3.1 建筑选地

选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求，当无法避开时，应采取有效措施，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂。

3.2 建筑的平立面布置

建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。借鉴国际的通行做法，参考外国规范，使我们的设计更加完善合理。

3.3 结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求

采用哪一种结构材料，什么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。

3.4 尽可能设置多道抗震防线

地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。

3.5 具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性

提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架简体，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比(同时还应注意适当降低剪压比)，提高柱的延性。

3.6 确保结构的整体性

各构件之间的连接必须可靠，符合下列要求：① 构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。② 预埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。③ 装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空问协同工作。④ 结构应具有连续性，注重施工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。

3.7 规范与设计新抗震规范已将设计中常出现的问题做出了具体规定

① 体形复杂的建筑不一概提倡设防震缝。②对规则结构与不规则结构做出了定量的划分。并用强制性条文对建筑师的建筑设计方案提出了限制。如规范规定，“建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案”。③ 预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非予应力钢筋。④非结构构件与其结构主体的连接，应进行抗震设计，如幕墙、附属机械、电气设备系统支座和连接等需符合地震时对使用功能的要求。⑤ 投资方愿意通过增加投资来提高安全要求的抗震建筑，采用隔震和消能减震设计。⑥ 结构材料的选用应减少材料的脆性，优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋和规定强度等级范围内的混凝土。通过执行新抗震规范中的各项规定，来保证抗震概念设计的完成通过遵循抗震概念设计的原则，使建筑物具有可靠的抗震性能。概念设计决定建筑物的抗震性能，如果概念设计不适宜于抗震 那么不管多“精密”的计算也无济于事。当然，在做好概念设计的基础上也要认真计算做好定量分析。新抗震规范对于各构件在抗震计算中的作用及各项参数的选取作了详尽的规定，并且提出了在建筑物内设置地震反应观测系统的要求，这标志我国建筑工程抗震科学的发展进步。

3.8 钢筋混凝土结构是常用的结构形式

目前城市中正在建设和拟建的多层、高层建筑物大都是钢筋混凝土结构，地震是一种自然现象，为避免它给人类带来大的灾难，要求结构工程师根据新抗震规范运用好抗震概念设计。做到：① 结构功能与外部条件一致；② 充分发展先进的设计理念；③ 发挥结构的功能并取得与经济的协调；④ 更好地解决构造处理；⑤利用定量的计算进行抗震分析；⑥ 用概念来判断计算的合理性。

4 结语

以实际震害为背景依据的基于性能的抗震设计理念是最近国际地震工程界普遍关注的问题，在美国、日本等国家已经进行了大量的基础研究，并且作为未来抗震设计的主要发展理念和方向。在基于性能抗震设计中，不仅扩大了设计者与使用者之间的沟通与交流，使设计的结构更直接地满足不同使用者的要求，同时也可以扩大国家与国家之间的交流与合作，便于国际间建立统一的结构抗震设计规范。