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以下文章來源于工程抗震與防災減災技術研究中心 ，作者尼羅漁夫

 編者按

    2021年4月9日住房和城鄉建設部批準發布了******標準《建筑與市政工程抗震通用規范》，編號為GB55002-2021，自2021年1月1日起實施。本規范為強制性工程建設規范，全部條文必須嚴格執行。現行工程建設標準中相關的強制性條文同時廢止，現行工程建設標準中有關規定與本規范不一致的，以本規范的規定為準。

    為配合《抗震通用規范》的發布與實施工作，本公號將陸續推送《抗震通用規范》的相關資訊，敬請關注。

本期推送：《規范》第2.1節解讀：防御目標與概率水準。

本期看點：三水準設防之前世、今生與未來

2.1.1  抗震設防的各類建筑與市政工程，其抗震設防目標應符合下列規定：

      1  當遭遇低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，各類工程的主體結構和市政管網系統不受損壞或不需修理可繼續使用。

      2  當遭遇相當于本地區設防烈度的設防地震影響時，各類工程中的建筑物、構筑物、橋梁結構、地下工程結構等可能發生損傷，但經一般性修理可繼續使用；市政管網的損壞應控制在局部范圍內，不應造成次生災害。

     3  當遭遇高于本地區設防烈度的罕遇地震影響時，各類工程中的建筑物、構筑物、橋梁結構、地下工程結構等不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞；市政管網的損壞不致引發嚴重次生災害，經搶修可快速恢復使用。

2.1.2  抗震設防的建筑與市政工程，其多遇地震動、設防地震動和罕遇地震動的超越概率水準不應低于表2.1.2的規定。

編制說明

        本條規定了建筑與市政工程抗震設防的低性能要求，屬于工程抗震質量安全的控制性底線要求。
       按照什么樣的標準進行抗震設防，要達到什么樣的目標，是工程抗震設防的首要問題。《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第1.0.1條、《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范》GB 50032第1.0.2條以及《城市橋梁抗震設計規范》CJJ166-2011第3.1.2條分別規定了建筑工程、城鎮給排水和燃氣熱力工程以及城市橋梁工程的抗震設防目標要求。按照《標準化法修訂案》、國務院《深化標準化工作改革方案》以及住房和城鄉建設部《關于深化工程建設標準化工作改革的意見》的要求，本條規定系由上述相關規定經整合精簡而成，在具體的文字表達上與GB50011-2010略有差別。
        《建筑抗震設計規范》GB50011-2010采用的是三級設防思想，規定了普通建筑工程的三水準設防目標，即遭遇低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；遭遇相當于本地區設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理可繼續使用；遭遇高于本地區設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。
       《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范》GB 50032采用的也是三水準設防，其在第1.0.2條規定，室外給水排水和燃氣熱力工程在遭遇低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，不致損壞或不需修理仍可繼續使用；遭遇本地區抗震設防烈度的地震影響時，構筑物不需修理或經一般修理后仍能繼續使用，管網震害可控制在局部范圍內，避免造成次生災害；遭遇高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，構筑物不致嚴重損壞危及生命或導致重大經濟損失，管網震害不致引發嚴重次生災害，并便于搶修和迅速恢復使用。
      《城市橋梁抗震設計規范》CJJ166-2011采用的是兩級設防思想，其在第3.1.2條規定了各類城市橋梁的抗震設防標準（表1），同時，在第3.1.3條規定了各類城市橋梁的E1和E2地震調整系數（表2）。從E1和E2地震的調整系數看，其E1水準地震動要稍大于建筑工程的多遇地震動，E2水準地震動相當于建筑工程的罕遇地震動。

此次《建筑與市政工程抗震通用規范》編制時，為便于管理和操作，將各類工程的抗震設防思想統一為三水準設防（表3）。

  同時，為了兼顧房屋建筑、城市橋梁、基礎設施、地下工程等各類工程之間的差別，在第2.1.2條進一步補充規定了各類工程的多遇地震動、設防地震動和罕遇地震動的超越概率低水準。
        對于地下綜合管廊，由于******標準《城市地下綜合管廊工程技術規范》GB50838 明確規定，其設計使用年限為100年，因此，對城市地下綜合管廊的三級地震動概率水準進行了專門規定。
       對于城市橋梁結構，《城市橋梁抗震設計規范》CJJ166-2011在第3.2.1條和3.2.2條規定，甲類橋梁，一般多為城市斜拉橋、懸索橋和大跨度拱橋，大都建在依傍大江大河的現代化大城市，其特點是橋高（通航凈空要求高)、橋長、造價高，一般都占據交通網絡上的樞紐位置，無論在政治、經濟、國防上都有重要意義，且一旦發生破壞，修復很困難，因此，甲類橋梁的設防水準定得較高，甲類橋梁設防的E1和E2地震的重現期（即超越概率水準）分別為475年和2500年。而對于乙、丙和丁類橋梁，其E1地震作用則是在《建筑抗震設計規范》GB 50011多遇地震的基礎上，分布乘以1.7、1.3和1.0的重要性系數得到的；其E2地震作用直接采用GB50011罕遇地震。此次《通用規范》編制時，為了與其他各類建筑與市政工程在抗震設防策略上協調統一，橋梁結構三級地震動的50年概率水準仍然保持63.2%、10%和2%，但甲、乙、丙、丁類橋梁，其抗震設防標準中的地震作用取值則分別考慮重要性系數2.0、1.7、1.3和1.0（詳《抗震通用規范》第2.3.2條），本質上提高了各類橋梁的設防標準。
      對于設計使用年限不超過5年的臨時性建筑與市政工程，我國自74版抗震規范開始，歷來的對策是在滿足靜力承載要求的前提下可不設防。

(參考文獻：羅開海. 建筑抗震設防思想發展動態及展望[J].工程抗震與加固改造，2017，V39（Supp.）：99~105)

 3.1、為什么要采用三水準設防的思想？

1、  74、78規范后的國內情況       
    我國的74和78抗震規范曾明確規定，“建筑物遭遇到相當于設計烈度的地震影響時，建筑物允許有一定的損壞，不加修理或稍加修理仍能繼續使用”。這一標準表明，當地震發生時，建筑物并不是完整無損，而是允許有一定程度的損壞，特別是考慮到強烈地震不是經常發生的，因此遭受強烈地震后，只要不使建筑物受到嚴重破壞或倒塌，經一般修理可繼續使用，基本上可達到抗震的目的。
但是，在74規范頒布之后的第二年，即1975年，在我國重工業區的遼寧海城發生7.3級大地震，1976年又在人口稠密的唐山地區發生了7.8級大地震。這兩次大地震的震中烈度都比預估的高，特別是唐山大地震竟比預估高出5度。
基于這種基本烈度地震具有很大不確定性的事實，89規范在修訂過程提出要對78規范的設防標準進行適當的調整，顯然是非常必要的。

2、70-80年代的國際動態
     另一方面，在89規范修訂的同期，即上世紀70年后期至80年代中期，國際上關于建筑抗震設防思想出現了一些新的趨勢，其中具代表性的當屬美國應用技術委員會（Applied Technology Council, ATC）研究報告ATC 3-06。
       在總結1971年San Fernando地震經驗教訓，回顧、反思1976年以前UBC等規范抗震設計方法的基礎上，ATC 3-06一次嘗試性地對結構抗震設計的風險水準進行了量化，同時，還明確提出了建筑的三級性能標準：
       1）允許建筑抵抗較低水準的地震動而不破壞，
       2)在中等水平地震動作用下主體結構不會破壞，但非結構構件會有一些破壞
       3）在強烈地震作用下，建筑不會倒塌，確保生命安全。

      另外，對某些重要設備，特別是應急狀態下對公眾的安全和生命起主要作用的設備，在地震時和地震后要保持正常運行。

3、89規范的處理對策 
      基于上述趨勢，89規范結合我國的經濟能力，在78規范的基礎上對抗震設防標準做了如下一些規定：
        1）在遭受本地區規定的基本烈度地震影響時，建筑（包括結構和非結構部分）可能有損壞，但不致危及人民生命和生產設備的安全，不需修理或稍加修理即可恢復使用；
       2）在遭受較常遇到的、低于本地區規定的基本烈度的地震影響時，建筑不損壞；
       3）在遭受預估的、高于基本烈度的地震影響時，建筑不致倒塌或發生危及人民生命財產的嚴重破壞。

       上述三點規定可概述為“小震不壞，中震可修、大震不倒”這樣一句話，即89規范以來，我國建設工程界秉承的三水準抗震設防思想。

        按照上述抗震設防思想，從結構受力角度看，當建筑遭遇di一水準烈度地震(小震)時，結構應處于彈性工作狀態，可以采用彈性體系動力理論進行結構和地震反應分析，滿足強度要求，構件應力完全與按彈性反應譜理論分析的計算結果相一致；當建筑遭遇第二水準烈度地震(中震)時，結構越過屈服極限，進入非彈性變形階段，但結構的彈塑性變形被控制在某一限度內，震后殘留的不變形不大；當建筑遭遇第三水準烈度地震(大震)時，建筑物雖然破壞比較嚴重，但整個結構的非彈性變形仍受到控制，與結構倒塌的臨界變形尚有一段距離，從而保障了。

3.2 三水準設防對策存在的問題
       如前所述，我國自89規范以來一直沿用的是“三水準設計思想”，相應的設計對策是通過“兩階段設計方法”來實現：

1）一階段設計：又分為兩步
 一步：采用di一水準地震動參數計算地震作用，并進行構件截面設計，滿足di一水準的強度要求；
二步：驗算di一水準地震下的結構彈性變形，同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而滿足第二水準的變形要求。
2）二階段設計：驗算第三水準地震下的結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)彈塑性變形；并結合必要的抗震構造措施，滿足第三水準的防倒塌要求。

 如表4所示為世界主要******建筑抗震設防思想及設計對策表，從中可以看出：

（1）我國三水準設防的技術對策是，小震要滿足強度要求，中震和大震要滿足變形要求。這一點與前述日本的二級設計要求類似，但與歐洲和美國的“小震滿足變形要求、大震滿足強度要求”二級設防在具體設計對策上存在差別。
（2）我國第二水準的變形要求是通過di一水準的彈性變形驗算和必要的抗震構造措施來實施的，實際工程中并未直接進行第二水準的彈塑性變形驗算。規范給定的設計對策是否能保證第二水準的設防目標得以實現，值得商榷。建議在建筑抗震規范進一步修訂時，補充完善三水準的設計要求和實施對策，實現三準設防、三階段設計。
（3）我國的小震和大震地震動參數取值是基于中震人為約定的，與現行區劃圖不完全相符，而且也未考慮地震危險性特征的地區性差異。建議結合現行區劃圖的相關研究成果，并考慮地震危險性特征的地區性差異，進一步完善三水準地震動參數的取值規定。
（4）大震的概率水準不統一。如前所述 ，我國的大震即罕遇地震是指在50年期限內，一般場地條件下，可能遭遇的超越概率為2%～3%的地震，相當于1600～2500年的地震。根據89規范的約定，7度區的大震取50年超越概率3%（1642年）的地震，8度區大震取50年超越概率2.5%（1975年）的地震；9度區的大震取50年超越概率2%（2475年）的地震。因此，不同烈度區建筑物的倒塌設防水平是不一樣的。建議規范進一步修訂時，綜合考慮經濟社會發水平、工程設計習慣、地震工程與工程抗震的研究成果等，研究確定合適的、統一的大震概率水準。
（5）大震不倒的概率可靠度不明確。按照三水準目標設計的建筑物，在未來大震作用下實現不倒的概率或可靠程度并不清楚，同一烈度區不同建筑物的倒塌風險可能不同，不同烈度區同類建筑的倒塌風險也可能不同，進而導致地震中建筑物表現迥異。即按現行的三水準設防，不同烈度區、不同類型建筑在未來的大地震中的倒塌或破壞的風險是不一樣的。建議在上述問題解決的基礎上，開展我國房屋建筑的地震倒塌風險分析工作，進一步給出適合國情的地震倒塌風險控制水準及相應的工程對策。

 3.3、關于進一步修訂三水準方案的建議
（1）繼續保持三水準設防的思想。如前所述，多級設防是當今世界各國建筑抗震設計的潮流，我國的三水準設防，在理念上屬于世界前面水平，應繼續保持。
（2）di一水準的設防目標，建議改為使用功能不變，與歐美的要求相當，而且與抗震防災的功能需求契合。相應的設計要求改為彈性變形要求，將多遇地震作用作為正常使用極限狀態下的一種“荷載”，進而考察建筑結構正常使用的變形要求。這一階段的設計目的是控制結構的彈性剛度不能太小。
（3）第二水準的設防目標，建議改為結構可修，即允許結構有一定程度的損壞，但屬于可修復的程度，相應的設計要求改為強度要求，工程實施時，考慮結構彈塑性性能計算地震作用，并進行結構構件的強度設計與細部構造。這一階段的設計目的是控制結構的彈塑性抗震承載能力不能太小。
（4）第三水準的設防目標仍繼續保持為不倒，設計要求仍為彈塑性變形要求，工程實施時，考慮P-?效應，進行彈塑性變形驗算。這一階段的設計目的是控制結構的彈塑性殘余剛度不能太小，亦即控制結構屈服后剛度退化不能太快。

 編者注：
上述建議僅為作者的一家之言。事實上，我國現行的三水準兩階段設計方法自89規范一直延續至今，近30年來的地震檢驗證明是行之有效的，而且已經為工程設計人員掌握和接受。
按上述建議的三水準設計方案，首先需要解決建筑維持正常使用功能的變形限值問題，其次是結構彈塑性地震作用的計算問題，同時這一方案帶來的工程影響也不可忽略，這些問題是需要進一步研究和解決的！
當然，該文也為三水準設防對策的進一步發展指出了一種途徑，值得深入反思、研討和探究！

實施與檢查控制

 （1）實施

          設計總說明中應明確設計使用（或工作）年限；在結構計算書中，應明確給出各級地震動參數的取值。

（2）檢查

           檢查設計地震動參數取值，查看結構設計總說明和計算書的地震動參數取值是否準確。