[文章]：[文章]：建筑物的抗震设防

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建筑物的抗震设防
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（一）抗震设防的重要性

我国地震活动频率高、强度大、分布广，灾害严重。地震给我们造成了巨大的人员伤亡和经济损失，同时也给我们留下了极其深刻的教训和启示。地震引起的建、构筑物和工程设施倒塌破坏是导致人员伤亡和经济损失的主要原因，只有确定科学合理的抗震设防要求，并按抗震设防要求和抗震设计规范进行严格的设计和施工，才能保证建筑物具备一定的抗御地震的能力，才能最大限度地减轻地震灾害造成的损失。

（二）《防震减灾法》中关于工程抗震设防制度的规定。

建设工程必须进行抗震设防是地震灾害预防环节中最主要的工程性预防措施，对提高全社会抗御地震灾害的能力，减轻地震灾害损失起着十分重要的作用。建设工程必须进行抗震设防作为防震减灾法的一项基本法律制度，其主要内容是：

第一，新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。

第二，一般工业与民用建筑建设工程，必须按照国家颁布的地震烈度区划图或者地震动参数区划图规定的抗震设防要求进行抗震设防。

第三，重大建设工程、可能发生严重次生灾害的建设工程、核电站和核设施建设工程必须进行地震安全性评价，并根据经过国务院地震行政主管部门审定的地震安全性评价结果确定的抗震设防要求，进行抗震设防。

第四，建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。

第五，已经建成的建筑物、构筑物（防震减灾法规定属于重大建设工程、可能发生严重次生灾害的，有重大文物价值和纪念意义的和地震重点监视防御区的），未采取抗震设防措施的，应当按照国家有关规定进行抗震性能鉴定，并采取必要的抗震加固措施。

国家为了对所有的建设工程的抗震设防实施管理，将全部建设工程划分为两大类，即重要建设工程和一般建设工程，重要建设工程即防震法规定的那些对社会有重大价值和重大影响的建设工程；一般建设工程是指那些一般的工业与民用建设工程，或者说，对那些必须进行抗震设防、风险水准为50年超越概率10%的建设工程，统称之为一般建设工程。

对上述两类工程，确定抗震设防要求的方法和途径是不同的。按照防震减灾法的规定，对于重要工程是通过地震安全性评价的方法和途径确定抗震设防要求；而对一般建设工程是通过制定区划图的方式确定抗震设防要求。

（三）关于抗震设防的几个专业术语。

  1.抗震设防要求

建设工程抗御地震破坏的准则和在一定风险水平下抗震设计采用的地震烈度和地震动参数。

  2.地震烈度区划图和地震动参数区划图

地震烈度区划图和地震动参数区划图是以地震烈度或地震动参数为指标，将国土范围划分为不同地震危险程度或抗震等级的地图。该图是建设工程抗震设防的依据或要求，也是国家经济建设和国土利用规划不可缺少的基础资料。

  3.地震安全性评价

根据对建设工程场地和场地周围的地震活动和地震地质环境的分析，按照工程设防的风险水平，给出与工程抗震设防要求相应的地震烈度和地震动参数，以及场地的地质灾害预测结果。

  4.抗震设计规范

抗震设计规范是为达到抗震设防目标而进行抗震设计的原则和具体的技术规定。

5.抗震性能鉴定

抗震性能鉴定是检查现有工程的设计、施工质量和现状，按规定的抗震设防要求，对其在地震作用下的安全性进行评估。

6.抗震加固措施

为使现有建筑达到规定的抗震设防要求所采取的增强强度、提高延性、加强整体性和改善传力途径措施。

（四）房屋加固的几种主要方法

目前常采用的抗震加固方法主要有拉杆、圈梁、构造柱、抗震墙和夹板墙等。

     1.圈梁与拉杆

  （1）圈梁与拉杆的作用

历次地震的震害经验表明：圈梁能加强纵横墙的连接，使墙体在地震时能保证结构的整体性。当内外墙连接不好，外墙外闪时，圈梁能拉住外墙，减少外墙的外闪倒塌，圈梁能加强楼板本身平面内的水平刚度与抗弯强度，减少楼板在水平方向的弯曲，增加预制楼板的整体性，保证楼板能将地震力传至两边的抗震墙。圈梁能做为墙体在竖向的支点，从而提高墙体出平面的稳定性。设在墙内的圈梁，能抵抗由地震引起的基础不均匀沉降对墙体的破坏作用，并能限制和切断墙体裂缝的进一步扩展。钢拉杆可以代替内墙上的圈梁与外墙圈梁配合使用，也可以单独使用，作为纵横墙的拉结措施防止纵墙外闪倒塌。

（2）圈梁的种类与抗震能力的比较

后加抗震圈梁目前常采用的有三种，即：钢筋混凝土现浇圈梁、型钢圈梁、钢筋砂浆抹灰圈梁等。现浇钢筋混凝土圈梁中，也有卧墙、外跨、半卧墙半外跨三种类型。后做卧墙圈梁，只能应用在坡屋顶瓦屋面的情况，一般需揭去檐头瓦，将屋架支起，顺原墙做现浇圈梁，这种卧圈梁可以与屋架锚固，加固效果较好。外跨钢筋混凝土圈梁应用最广，与现浇钢筋混凝土构造柱可以组成外框架。半卧墙半外跨圈梁，沿墙需剔凿通长的凹槽，易把砌体踢活，对墙体损伤大，混凝土不易倒实，一般不宜采用。缺点是，现场湿作业，耗用模板多，冬季不便施工。型钢圈梁一般多用于木屋盖房屋的顶层，沿外墙用型钢圈梁，沿内墙用钢拉杆，施工简便，干作业不受施工季节的限制，不用抹板，但刚度小，与墙体不易贴紧，耗钢量大。钢筋砂浆模灰（或豆石混凝土）圈梁的做法是在楼板水平处墙体的两面或单面（室内钢筋在楼板上下）布置钢筋，里外钢筋用锚固筋锚固，然后抹4-5厘米厚砂浆层或豆石混凝土，这种圈梁刚度小，砂浆抹灰易干裂，钢筋易锈蚀。

               2.外加钢筋混凝土柱加固多层砖房

     国内外历次地震震害经验表明，砖结构房屋的破坏是普遍而严重的。采用钢筋混凝土构造柱，提高砖结构的变形能力和抗剪强度，已为国内外宏观震害经验和试验研究所证明，并在我国1978年颁布的工业与民用建筑抗震规范中订出了具体应用的规定。

外加钢筋混凝土构造柱，是指在已建成的砖石结构房屋墙体的某些部位的外侧或内侧设置钢筋混凝土柱，与墙体组合起来，共同承担地震力。因为柱中的钢筋一般不是按照计算确定的，而是按照构造要求设置的，所以通常自然数为“构造柱”。这种构造柱是加在砖墙的外部，为了与新建房屋加在砖墙内部的构造柱相区别，故称“外加构造柱”。

外加构造柱往往与楼层处的外加圈梁和穿过房屋内部的钢拉杆形成一个空间体系。一般来说，由于构造柱加在墙外，与墙体的拉结效果差，横向又用柔性拉杆代替了水平钢筋混凝土圈梁，其抗震效果弱于新建房屋的内构造柱内圈梁体系，但试验研究证明，这种外加构造柱体系仍然是提高现有砖结构房屋抗震能力的有效方法。

地震时，当水平地震力作用在钢筋混凝土柱和拉杆封闭的砖砌体平面内，则该墙体可以看做一个竖向悬臂梁在受力，在裂缝出现以前，墙体中部剪应力大，墙体边缘弯曲应力大，房屋高度越高，底层横墙弯曲变形所占的比率就越大。这时在砌体的受拉边缘设置构造柱，利用柱内的纵筋承受正截面的拉力，则可以防止砖墙过早出现受拉裂缝。在砌体受压边缘设置构造柱，构造柱将承担部分压应力，避免边缘应力过度集中。

构造柱本身具有一定的抗侧移刚度，在一个墙片中，根据抗侧移刚度的大小与墙体共同承担水平地震力，这时，构造柱具有抗剪构件作用。

当建筑物抗震横墙间距较大，楼板刚度较弱时，地震时，将使纵墙产生较大弯曲应力及变形，在纵墙内设置构造柱可以提高外纵墙的抗弯能力，构造柱与砖墙共同组成抗压弯构件。

构造柱和圈梁空间网格体系，使结构具有可稳的空间稳定性能，由于嵌砌在构造柱之间的墙体，有构造柱与圈梁的约束，整个结构仍有很大的变形能力，使砖结构在高烈度地震下，做到裂而不倒。

    （五）几种构筑物的震害特点及抗震措施

  1.桥梁

      （1）桥梁的震害

       Ⅰ、砂层液化，使地基丧失承载能力，导致桥台或桥墩下沉、移动、变形或偏转。桥台向河中心滑移而导致上部结构的坠落和构件的损失。

       Ⅱ、建于岩石基础上的混凝土或砖砌桥墩倾斜或剪断。

       Ⅲ、桥梁上部结构与桥台或墩顶发生错动，致使桥台或墩顶的锚栓剪断或拔出，支撑处圬工结构局部开裂等。

       Ⅳ、修建于砂土地基上的拱桥，拱基不均匀沉陷，引起桥面起伏、桥面及拱圈拉裂。

      （2）桥梁抗震措施

    Ⅰ、桥梁抗震的总体设计准则是要防止桥梁在强烈地震中部分或整体倒塌；战略性的道路桥梁为了疏散、救援和经济上的原因，在任何时刻至少应保证轻型运输的通畅。因此，桥梁的设防重点应放在对道路畅通十分关键，破坏后一时又不易修复的长大桥梁上。

     Ⅱ、地基失稳是导致桥梁失事的关键，选择桥位时，应尽量避开活动断层及其邻近地段；避开危及桥梁安全的滑坡、崩塌地段；应避开饱和松散粉细砂、故河道等软弱土层地段。

     Ⅲ、选择合理的基础型示和桥梁结构方案，可以认为，在软土地基上，桩基就比沉井和扩大基础要好，深基显然优于浅基。桥梁结构方案选择上，一般来说，在山区峡谷基岩地带易修建石拱桥，在开阔的河谷地或地质条件不均匀地带和平原复盖层较厚、土层软弱地基上的大中桥梁，应适当加长桥孔，将桥台设置在比较稳定的河岸上，不宜作斜交桥。

     Ⅳ、桥梁抗震设计的先决条件之一是要保持地震铰能在所预先指定的部位上形成，亦即为了在震后易于修复，一般是设在桥墩可见部位。

     Ⅴ、在长、大桥梁及其邻近自由地表设置强震仪，积累基础性资料。

     2.大坝

（2）        混凝土坝的震害

    Ⅰ、混凝土重力坝遭受地震时，由于顶部的加速度比底部大好几倍，因此，重力坝顶部的断面和刚度如设计得较小和突变时，就容易产生裂缝。

Ⅱ、由于基础岩石破碎，节理发育或坝基混凝土与基岩结合不好等，致使坝体开裂或原有裂缝扩展破坏。

Ⅲ、地震时，坝段间伸缩缝发生张合现象及坝内各结缝处发生变形等，致使伸缩缝、结缝处或坝与基岩接合面处漏水或渗流增加。

    Ⅳ、坝内孔洞及廊道应力较为集中的区段，易于产生裂缝。

   （2）大坝的抗震对策

Ⅰ、选择坝址时，应尽量避开风化破碎岩体和活动断层；应避开软弱粘土和饱和松散砂土层。应选择以坝址为中心一定范围内构造稳定和近坝址库区边坡稳定的地段。

Ⅱ、按大坝地震危险性评定准则，对坝址进行地震危险性评定，并给出符合坝址特征的地震动强度、频谱和持续时间的设计地震动工程参数。

Ⅲ、设计坝高时，应在最高库水位以上留有足够的高度，以防库水漫顶。

Ⅳ、沿重大坝体及其邻近自由地表设置强震仪，开展原型观测，积累基础性资料。

（六）国外建筑抗震新技术

大地震中的伤亡主要是建筑物倒塌所致，专家认为，准确的地震预报太难，如果能够做到大震时房屋不倒，把人员伤亡和财产损失减到最低就相当不错了，当务之急是尽快采用新方法新技术。世界各国均设计建造了不少新型抗震建筑，采取的具体方法尽管不同，但都在增加建筑物的弹性上下工夫，以柔克刚，以动制动。

东京80年代以后建造了12座带有“隔离体”的弹性建筑。隔离体由分层橡胶、钢板和阻尼器组成，可以减轻地震时的上下和水平颠簸。建筑物建在隔离体上，而不直接与地面接触。实验证明，这种建筑的减震效果可达60-75%。    人还有一种更妙的办法，就是在弹簧上建大楼，用弹簧把地基和大楼分开，让建筑物处于“漂浮”状态，地震来了弹簧立即吸收了大部分地震动能量。大地在剧烈晃动，而大楼却“巍然不动”。弹簧是个二传手，它把地震力“大事化小，小事化了”。当特大地震发生、地面加速度达到300伽时，传到建筑物的主体只剩原来的1/10，即30伽。这些新型建筑经历了里氏6.6级地震的考验，证明其减震效果显著。

美国人则把大楼建在滚珠上，即在建筑物每根柱子或墙体下安装成簇的不锈钢滚珠，有滚珠支撑整座建筑物。当地震发生时，大楼在滚珠上轻微的前后滑动，从而减弱了地震波的破坏力。新西兰也在建筑物与基础之间设置免震装置，即用特种橡胶、多层铅芯和钢芯，做成建筑物的支承座垫，靠它隔震消能、缓冲地震能量。

其他建筑物上也可以加上类似的减震设施，在桥梁工程上采用设置橡胶铅芯支座；在地下通讯电缆中采用管沟敷设技术；在供水管道接头处加设变形接头；在贮水池中设自动关闭阀门；在煤气系统的各用户端设自动关闭装置等，这些新技术的采用，均可使震灾得以减轻。

    （七）抗震加固注意事项

     为取得实际的抗震加固效果和区别对待设防标准，以节约抗震加固费用的目的，建筑物的抗震加固应注意以下几点：

     1.首先应根据地震危害性分析，结合各类建筑物的不同使用情况和重要程度，确定采用各类建筑物地震危险性评定准则，由此明确给定各类建筑物的设防标准。然后，根据建筑物的设防标准，对建筑物的现有的抗震性能进行一次鉴定，在此鉴定的基础上，提出建筑物是否需要抗震加固。

     2.如需要抗震加固，应先进行抗震加固设计，经审查批准后再组织施工。尤其对重大工程和生命工程等的抗震加固，更应如此。

    3.为了确定建筑物抗震加固的实际效果，尤其是重要建筑和面广量大的建筑物，事先应对各种抗震加固方案进行试验研究，在取得充分的科学依据和经济效果后，再推广使用。

    4.应结合城镇改造进行抗震加固，拆除不宜抗震加固的危险建筑物，对加固的建筑物，应注意美观并与城市建设相协调。

    5.按抗震设防标准加固设备和系统设备。加固的重点是：涉及地区及城市的电力、通讯、交通、水利、供热、供排水、供汽、贮运、消防、医疗等系统设备；重要的生产设备；贵重、精密的机械和仪器；易燃、易爆、强腐蚀、有毒、辐射性物质的储藏、生产设备，等等。

    6.在短期和临震预报的情况下，对一般确有危险而未曾加固的建筑物，应采取应急抗震加固措施。

    目前，抗震加固方法及其加固经济效益的鉴定尚欠成熟，不易区分不同设防标准的抗震加固构造措施。因此，就难以做到把有限的资金用物刀刃上，发挥最佳的经济效益，在一定程度上也影响抗震加固工作的进展。根据初步调查，我国十二个抗震防灾重点地区和重点城市共有十六亿九千万平方米建筑，其中六亿四千万平方米需要加固。所以，采取相应的政策，推动按抗震设防的抗震加固方法研究，这对提高加固质量，增加经济效益，加速完成抗震加固的工作，减轻地震灾害，具有极其重大的经济意义。

     四、地震安全性评价基础知识

   （一）地震安全性评价定义

地震安全性评价指对具体建设工程地区或场址周围的地震地质、地球物理、地震活动性、地形变化等研究，采用地震危险性概率分析方法，按照工程应采用的风险概率水准，科学地给出相应的工程规划和设计所需的有关抗震设防要求的地震动参数和基础资料。

   （二）地震安全性评价工作的范围

     工程场地的地震危险来自两方面：一是周围地震带、地区发生的地震对场区的影响；二是场地本身的地震危险。因此工程场地地震安全性评价工作所涉及的工作范围包括区域、近场和场区三个部分。区域可取对工程场地地震安全性评价有影响的范围，其半径不应小于工程场地外围150公里，再次范围内评价地震和地质构造活动的基本规律和特点，特别是地震活动的时空不均一性，划分地震区带，确定潜在震源及其活动特点，地震动的衰减关系等。近场为工程场地及其25公里的地区，在此范围内进行更为详细的地震和地震地质工作，查明近场范围内地震的发展构造，分析未来地震活动性等。场区为工程场地及其外围5公里的地区，对场区的断层活动时代、性质、运动特性等进行鉴定，还应配合相应的物、化、探勘查手段，确定断层的位置。

（一）       地震安全性评价的主要内容

主要内容包括：地震烈度复核、设计地震动参数的确定（加速度、设计反应谱、地震动时程曲线）、地震小区划、场区及周围地质稳定性评价、场区地震灾害预测等。

      （四）必须进行地震安全性评价的建设工程

考虑到我国幅员辽阔，各地自然地理环境、地震环境和经济发展水平不同，《地震安全性评价管理条例》对必须进行地震安全性评价的建设工程范围作了细化，即：国家重大建设工程，受地震破坏后可能引发水灾、火灾、爆炸、剧毒或者强腐蚀性物质大量泄露或者其他严重次生灾害的建设工程，受地震破坏后可能引发放射性污染的核电站和核设施建设工程以及省、自治区、直辖市、认为对本行政区域有重大价值或者有重大影响的其他建筑工程,都必须进行地震安全性评价。

    （五）编制地震安全性评价报告的内容

其内容包括：

（1）工程概况和地震安全性评价的技术要求；

（2）地震活动环境评价；

（3）地震地质构造评价；

（4）设防烈度或者设计地震动参数；

（5）地震地质灾害评价；

（6）其他有关技术资料。

     五、我国颁布的有关地震安全性评价的法律法规?

     1997年7月28日颁布的《北京市工程建设场地地震安全性评价管理办法》和《北京市工程建设场地地震安全性评价管理办法》实施细则；2001年1月1日颁布的《地震安全性评价管理条例》。

六、       为什么要制定《地震安全性评价管理条例》？

   地震安全性评价对于建设工程的合理布局、工程场址的选择、提高抗御地震灾害的能力、减轻地震灾害损失，具有重要作用。 防震减灾法规定，重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程以及核电站和核设施建设工程，必须进行地震安全性评价；并根据地震安全性评价的结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防。但是，由于防震减灾法有关地震安全性评价的规定比较原则，在实际操作中出现了一些问题，如，一些重大健身工程和可能发生严重次生灾害的建设工程不依法进行地震安全性评价；对从事地震安全性评价的单位缺乏规范化的管理，难以保证地震安全性评价的质量；根据地震安全性评价结果确定的抗震设防要求在建设项目审批中得不到体现，并与建设工程设计规范相脱节。因此，制定《地震安全性评价管理条例》，确定需要进行地震安全性评价的建设工程范围，加强对地震安全性评价单位的管理，落实建设工程抗震设防要求，是迫切需要的。

   （七）《地震安全性评价管理条例》就加强地震安全性评价工作确定了那些主要制度和措施？

     在对地震安全性评价单位的管理方面，《条例》确立了自治管理制度。这主要是考虑到地震安全性评价工作涉及人民生命和财产安全，是科学、合理地确定建设工程抗震设防要求，保证建设工程质量的基础，是一项包含地震学、地震地质学、工程地震学等多个专业学科的综合性技术工作。因此，《条例》规定，从事地震安全性评价的单位必须取得地震安全性评价资质证书，方可进行地震安全性评价。同时，《条例》对地震安全性评价单位应当具备的资质条件及国务院地震工作主管部门或者省、自治区、直辖市人民政府负责管理地震工作的机构对资质申请进行审查的程序作了明确规定。

为了保障建设工程按照抗震设防要求进行抗震设防,《条例》对地震安全性评价工作的监督管理措施作了明确规定。根据《条例》规定，县级以上人民政府负责项目审批的部门，应当将抗震设防要求纳入建设工程可行性研究报告的审查内容。对可行性研究报告中未包含抗震设防要求的项目，不予批准。《条例》还规定，国务院建设行政主管部门和国务院铁路、交通、民用航空、水利和其他有关专业主管部门制定的抗震设计规范，应当明确规定按照抗震设计的方法和措施。

    （八）地震安全性评价工作和工程抗震设防标准

地震安全性评价工作依据地震地质、地震活动性以及工程场地条件，客观评价了地震地面运动的各个参数。这些参数（如加速度峰值、反映谱、持续时间等）并不等于设防标准，还应考虑到工程的重要性、投资强度、社会发展和环境影响等多方面因素，综合给出适于工程设计用的地震动参数。这些参数称为工程抗震设防标准。我国已经颁布的几部建筑抗震设计规范都是以烈度为设计参数的。

    （九）各级工程场地地震安全性评价工作的要求

不同深度的工程场地地震安全性评价方法包括：地震危险性概率分析、地震危险性确定性分析、场地设计地震动参数估计、场地地震灾害评价、地震小区划和编制基本烈度区划图等。

不同工程对工程场地地震安全性评价的深度以及提供的参数要求不同，这取决于工程的安全性、危险性、工程类型以及国家政策等因素。场地地震安全性评价工作分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。

Ⅰ级要求进行地震危险性概率分析、保守的地震危险性确定性分析、能动断层的确定、设计地震动参数估计和详细地震地质安全性评价。该级要求适于核电站以及特殊重要的大坝等工程。

II级要求进行地震危险性概率分析及地震小区划。该级要求适用于位于VII度以上（含VII度）地区的重大城市重要经济开发区、大型厂矿企业及重要生命线工程等。

III级要求进行地震危险性概率分析、场地设计地震动参数估计和一般地震地质安全性评价。该级要求适用于除I、II级以外的位于烈度VII度以上（含VII）地区的大型项目中的重要工程，在抗震设计规范中规定要专门进行特殊研究，它们的破坏会导致严重的后果。

IV级要求应依据现行中国地震烈度区划图使用规定进行设防。凡需进行基本烈度复核者，均应进行烈度的地震危险性概率分析。该级要求适用于除I、II、III级以外的工程。

    （十）地震作用下的地质灾害类型

      地震作用下的地质灾害类型共五种：地震海啸、沙土液化与淤泥软化、黄土的崩塌与滑坡、基岩岩体的崩塌与滑坡、地震断层。