抗震设计常见问题解答

建筑抗震设计常见问题解答国家标准规范管理组《建筑抗震设计规范GB50011》1.4设计基准期和设计使用年限有何差别，在设计文件中应如何表述？国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-GB50011总则设计基准期为50年。设计使用年限分别采用5、25、50和100年，对应于临时性建筑、容易替换的建筑结构构件、普通房屋和构筑物、及纪念性建筑和特别重要的建筑结构。所谓设计基准期，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。建筑结构设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时需采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内昀大荷载的概率分布及相应的统计参数。设计基准期是一个基准参数，它的确定不仅涉及可变作用（荷载），还涉及材料性能，是在对大量实测数据进行统计的基础上提出来的，一般情况下不能随意更改。例如我国规范所采用的设计地震动参数（包括反应谱和地震昀大加速度）的基准期为50年，如果要求采用基准期为100年的设计地震动参数，则不但要对地震动的概率分布进行专门研究，还要对建筑材料乃至设备的性能参数进行专门的统计研究。所谓设计使用年限，是借鉴了国际标准ISO2394:1998提出的，又称为服役期、服务期等。设计使用年限是设计时选定的一个时期，在这一给定的时期内，房屋建筑只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能。设计使用年限是《建筑工程质量管理条例》对房屋建筑规定的昀低保修期限“合理使用年限”的具体化。结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠性，满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。结构可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。安全性指结构在正常设计、施工和使用条件下，应该能承受可能出现的各种作用（各种荷载、外加变形、约束变形等）；另外，在偶然荷载作用下，或偶然事件（地震、火灾、爆炸等）发生时或发生后，结构应能保持必需的稳定性，不致倒塌。适用性指结构在正常使用时应能满足预定的使用要求，其变形、裂缝、振动等不1超过规定的限度。耐久性指结构在正常使用和正常维护条件下，在设计使用年限内应具有足够的耐久性，如钢筋混凝土构件保护层不能过薄或裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀，混凝土不能因严重炭化、风化、腐蚀而影响耐久性。对于普通房屋和构筑物，在设计文件的总说明中应明确结构（含基础）的设计使用年限为50年；纪念性建筑和特别重要的建筑结构应为100年。设计文件中，不需要给出设计基准期。1.5对于设计使用年限为100年及以上的丙类建筑，抗震设防烈度和设计基本地震加速度、抗震措施和抗震构造措施应如何确定？首先要明确建筑寿命、设计使用年限和设计基准期的定义。建筑寿命指从建造到投入使用的总时间，即从建造开始直到建筑毁坏或丧失使用功能的全部时间。设计使用年限指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的年限，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和一般维护下所应达到的使用年限。当房屋建筑达到设计使用年限后，经过鉴定和维修，仍可继续使用。因此，设计使用年限不同于建筑寿命。同一幢房屋建筑中，不同部分的设计使用年限可以不同，例如，外保温墙体、给排水管道、室内外装修、电气管线、结构和地基基础，可以有不同的设计使用年限。设计基准期是指为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计使用年限，也不等同于建筑寿命。我国建筑设计规范所采用的设计基准期为50年，即设计时所考虑荷载、作用、材料强度等的统计参数均是按此基准期确定的。对于设计使用年限为100年及以上的丙类建筑，结构设计时应另行确定在其设计基准期内的活荷载、雪荷载、风荷载、地震等荷载和作用的取值，确定结构的可靠度指标以及确定包括钢筋保护层厚度等构件的有关参数的取值。GB50011-2001规范采用的三水准设防思想，即多遇地震、基本烈度地震和罕遇地震，通常也称为“小震”、“中震”和“大震”，在设计使用年限为50年时，相应的超越概率分别为63%，10%和2-3%，也可以用地震重现期或回归期T来表示。给定重现期T的地震烈度也就是T年一遇的地震烈度，三水准对应的重现期分别为50年，475年和1975年。GB50011-2001规范以“中震”烈度（地震基本烈度）I为基础，在平均意义上，将“小震”定义为I-1.55度，“大震”定义为I+1度。实际上，“小震”、“中震”与“大震”的烈度差别是因地而异的，这样定义的烈度差别是一种人为的、便于2工程应用的约定。如果仍按上述定义，对于不同的基本地震烈度区，重现期为X的设防烈度可以表示为[1]：I=a(logX)2+blogX+c(1)式中，系数a、b、c可查表1确定：表1不同烈度时公式（1）的系数值系数abc70.021.502.8580.011.503.85烈度9-0.483.682.59由式（1）和表1可以算出不同设计使用年限的抗震设防烈度，如表2所示：表2不同设计使用年限的抗震设防烈度使用年限151015205010015020074.335.425.886.106.377.007.497.788.0185.336.426.887.107.378.008.498.789.01烈度95.727.417.958.298.489.009.299.439.51按新的《中国地震动参数区划图A1》，与抗震设防烈度相对应的基本地震加速度（单位：g）可以表示为：A=0.1×2I–7(2)按式（2）可以计算出表2中不同设计使用年限的抗震设防烈度所对应的基本地震加速度。当设计使用年限为100年时，7,8,9烈度区所采用的多遇地震（小震）、设防烈度地震（中震）和罕遇地震（大震）对应的加速度峰值示于表3中。表3设计使用年限100年的地震加速度峰值（cm/s2）设防烈度7度8度9度多遇地震4998189设防烈度地震140280540罕遇地震3085608371.7近年来在我国新疆伽师、巴楚和云南大姚等地发生强烈地震，从地震时的房屋震害情况看，对抗震设防及建筑抗震设计工作有什么值得借鉴之处？(1)严格执行工程建设强制性标准，新建工程抗震设防；原有工程抗震加固；(2)建筑施工质量：混凝土强度、砌体砂浆强度、配筋、节点、墙体拉结等应加强质量保证；(3)村镇建设：农村住宅的各种简单的抗震措施，如：木屋架与柱子采用钯钉连接，土坯墙与木构架之间用铁丝、木板拉结，生土房屋采用毛石或砖砌基础、混凝土圈梁等均被证明是行之有效的；(4)抗震概念设计，避免采用严重不规则的设计。例如：建筑物平面纵、横向刚度3相差过大、砌体结构采用托墙梁造成上层悬墙、多层房屋底部空旷竖向刚度突变、梁与楼板共同作用形成强梁弱柱等。2.2GB50011规范中为何没有包括钢筋混凝土异型柱结构、短肢剪力墙、混凝土-钢混合结构等结构体系？异型柱结构，目前工程界有各种不同的看法。对于小开间住宅建筑，由于室内柱子隐蔽，可方便使用，在有些地区很受欢迎。但从安全角度，则普遍认为由于柱子和框架节点受力复杂、钢筋锚固及施工质量难以保证，异型柱结构属于抗震不利的结构体系。有些地区编写和批准了地方规范，可以作为当地此类建筑抗震设计的依据，并应由地方规范主编单位和建设主管部门负责。若采用异型柱结构又无地方规范作为依据者，属于超规范设计。短肢剪力墙结构，原则上属于抗震墙结构，应按GB50011规范和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002进行设计，符合抗震基本要求和抗震构造措施要求。试验研究表明，当短肢剪力墙结构满足楼层昀小水平地震剪力要求且保证抗震构造措施时，短肢剪力墙结构具有良好的抗震性能。但高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。混凝土-钢混合结构，在《高规》中已有规定。国务院于2000年9月25日发布的《建筑工程勘察设计管理条例》第29条规定，建设工程勘察、设计文件中规定采用的新技术、新材料，可能影响建设工程质量和安全，又没有国家技术标准的，应当由国家认可的检测机构进行试验、论证，出具检测报告，并经国务院有关部门或者省、自治区、直辖市人民政府有关部门组织的建设工程技术专家委员会审定后，方可使用。因此，凡是没有规范、规程作为依据进行设计的建筑结构，均应照此规定执行。抗震设计基本要求3.4面积较大的商业建筑，如何确定其抗震设防类别？带大底盘的高层建筑，下部裙房为商场，上部为住宅楼，若设置抗震缝分成两个结构单元，可否按每个单元单独划分设防类别？实际设计中应注意哪些问题？《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2004)第10.0.3条规定，大型的人流密集的多层商场应划为乙类。该条规定参照了《商店建筑设计规范》（JGJ48-88）关于商店规模的分级。考虑近年来商场发展情况，当一个区段的建筑面积25000平米或营业面4积10000平米以上的商业建筑，人流可达7500人以上（按每位顾客占用营业面积1.35平米计算），应划为乙类建筑。《建筑抗震设防分类标准》第3.0.1条第5款还规定，“建筑各单元的重要性有显著不同时，可根据局部的单元段划分抗震设防类别。”故设置了抗震缝将结构分为若干单元后，可根据各单元划分抗震设防类别。对于面积较大的商业建筑，若设置抗震缝分成若干个结构单元，有单独的疏散出入口，各单元独立承担地震作用，彼此之间没有相互作用，人流疏散也较容易。因此，当每个单元按面积划分属于丙类建筑时，可按丙类建筑进行抗震设防。当商业建筑与其他建筑合建时应按区段分别确定抗震设防类别。对于大底盘高层建筑，当其下部裙房属于大型零售商场的乙类建筑范围时，一般可将其及与之相邻的上部高层建筑二层定为加强部位，按乙类进行抗震设计，其余各层可按丙类进行抗震设计。但是，当上部结构为乙类时，下部结构不论是什么类型，均为乙类。3.5GB50011规范中2.1.9条和2.1.10条明确了抗震措施和抗震构造措施的概念，如何根据建筑抗震设防分类和场地类别二者的不同，在设计基本地震加速度下确定抗震措施和抗震构造措施？建筑类别不同时，计算时设计基本地震加速度如何取值？根据相应的规范条文规定，一般建筑（隔震建筑和消能减振部位除外）在不同的建筑抗震设防分类和场地类别下，当设计基本地震加速度不同时，抗震措施和抗震构造措施分别按不同烈度取值，见表3－1和表3－2。建筑设防类别不同时，计算时设计基本地震加速度取值见表3－3。表3－1按建筑类别和场地类别调整后的抗震措施（烈度）设计基本地震加速度（g）建筑类别场地类别0.050.100.150.200.300.40甲、乙类I～IV788999丙类I～IV677889＋丁类I～IV67—7—8—8—9—表3－2按建筑类别和场地类别调整后的抗震构造措施（烈度）设计基本地震加速度（g）建筑类别场地类别0.050.100.150.200.300.40I677889II788999＋甲、乙类III、IV788＋99＋9＋I666778II677889丙类III、IV6788995I666778II67—7—8—8—9—丁类III、IV67—78—89—注：1．对较小的乙类建筑，如工矿企业的变电所、空压站、水泵房及城市供水水源的泵房等，当其结构改用抗震性能较好的结构类型，如钢筋混凝土结构或钢结构时，则可仍按本地区设防烈度的规定采取抗震措施，不需提高。2．8＋、9＋表示适当提高而不是提高一度，9度时需要专门研究。3．7－、8－、9－表示可以比本地区设防烈度的要求适当降低。例如对于现浇钢筋混凝土房屋可将部分构造措施按降低一个等级考虑，对于多层砌体结构房屋按减少一至二层（视具体要求）在表7.3.1或表7.4.1中查构造柱或芯柱的设置要求。表3－3根据建筑类别调整后的计算用设计基本地震加速度（g）设计基本地震加速度（g）建筑类别0.050.100.150.200.300.40乙类、丙类、丁类0.050.100.150.200.300.40甲类高于本地区设计基本地震加速度，具体数值按批准的地震安全性评价结果确定3.6结构的薄弱层、软弱层，转换层、框支层的概念是什么？薄弱层：该楼层的层间受剪承载力小于相邻上