結構抗震設計過程中,除了進行“計算”以外,還有一個重要的內容就是按規范查抗震措施。但是在實際的操作過程中,抗震措施的定義、內容、該怎么查,其所涉及的規范條文眾多,設計師很容易混淆,尤其是和抗震構造措施碰到一起時容易出現差錯。
抗震措施和抗震構造措施
《建筑抗震設計規范》中對抗震措施的定義是:除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容,包括抗震構造措施。因此,這里需要明白的一個概念是:抗震措施和抗震構造措施是包含和被包含的關系,不是并列關系,這里之所以把抗震構造措施拿出來講,是因為我們的規范體系里針對怎么查抗震構造措施有一些調整。
從這個定義可以看出,抗震設計包含兩大方面的內容:一是地震作用計算和抗力計算;二是抗震措施。地震作用計算和抗力計算在抗規中主要是第5章的內容??拐鸫胧┰诳挂幹兄饕歉髡鹿澲幸话阋幎?、計算要點、抗震構造措施、設計要求的內容。
該定義中還強調了一點:抗震措施包含抗震構造措施,兩者在抗震設計中很容易混淆?!督ㄖ拐鹪O計規范》(以下簡稱《抗規》)中對抗震構造措施的定義是:根據抗震概念設計原則,一般不需要計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。這里我們要注意兩點:一是抗震構造措施強調的是“構造”,通過控制細部來確保結構的整體性、加強局部薄弱環節、保證抗震計算結果的有效性;二是抗震措施里是有計算內容,也就是所謂的構造設計計算。對于“不需計算”,這里的計算指的是地震作用計算、抗力計算,嚴格說起來抗震構造措施里是有計算的,只不過這個計算指的是那種簡單的計算,比如配筋率。
《抗規》中有一些條文是關于結構采用抗震措施或抗震構造措施調整的,抗震構造措施的范圍比抗震措施小,因此實際操作過程中,如果是針對抗震措施的調整,則包括抗震構造措施在內的除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容都要進行調整;如果只是針對抗震構造措施的調整,則需搞清楚哪些是抗震構造措施,就能做到不會張冠李戴——只需調整抗震構造措施的卻調整了所有的抗震措施。還是拿抗規條文來舉例,該如何辨別兩者呢?抗規條文說明中提到:一般規定及計算要點中的地震作用效應(內力及變形)調整的規定均屬于抗震措施,設計要求中的規定,可能包括有抗震措施和抗震構造措施,應按術語定義區分。再具體一些,抗震構造措施主要包括以下6個方面的內容:1)豎向構件的軸壓比;2)構件截面尺寸要求(最小截面寬高厚、剪跨比、跨高比等);3)最小配筋率;4)箍筋及加密區要求;5)抗震墻邊緣構件配筋要求;6)特一級結構配筋要求。
抗震措施調整的相關條文
我國抗震設計采用的是“三水準,兩階段”的設計原則和方法,為保證各類建筑結構在地震中可實現“小震不壞,中震可修,大震不倒”,采用兩階段的抗震設計方法——承載力驗算和彈塑性變形驗算,對于大多數結構而言,只需進行第一階段的計算,然后通過概念設計和抗震措施來滿足“大震不倒”的要求,而對于一些復雜結構,則還需驗算彈塑性層間位移并采取相應的抗震構造措施。因此,如何正確采用抗震措施和抗震構造措施對實現“三水準”至關重要。
幾個重要概念
根據《建筑工程抗震設防分類標準》和《抗規》,我國的建筑按抗震設防類別分為甲類、乙類、丙類、丁類,建筑所在地的抗震設防烈度分為6度(0.05g)、7度(0.10g)、7度(0.15g)、8度0.20g(0.25g)、9度(0.40g),建筑的場地類別又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類。不同的抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別,結構所采取的抗震措施須相應的調整。
《建筑工程抗震設防分類標準》3.0.3條規定,各抗震設防類別建筑的抗震設防標準,應符合下列要求:
標準設防類(丙類),應按本地區抗震設防烈度確定其抗震措施和地震作用,達到在遭遇高于當地抗震設防烈度的預估罕遇地震影響時不致倒塌或發生危及生命安全的嚴重破壞的抗震設防目標。
重點設防類(乙類),應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施;但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施,地基基礎的抗震措施,應符合有關規定。同時,應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。
特殊設防類(甲類),應按高于本地區抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施;但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施。同時,應按批準的地震安全性評價的結果且高于本地區設防烈度的要求確定其地震作用。
適度設防類(丁類),允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低其抗震措施,但抗震設防烈度為6度時不應降低。一般情況下,仍應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。
《抗規》的相關條文
《抗規》中針對不同的情況下如何采取抗震措施(或抗震構造措施)作出了具體的規定。
第3章基本規定:
3.3.2 建筑場地為Ⅰ類時,對甲乙類的建筑應允許仍按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施;對丙類的建筑應允許按本地區設防烈度降低一度的要求采取抗震構造措施,但抗震設防烈度為6度時仍按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。
3.3.3 建筑場地為Ⅲ、Ⅳ時,對設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區,除本規范另有規定外,宜分別按抗震設防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時各抗震設防類別建筑的要求采取抗震構造措施。
第6章針對鋼筋混凝土房屋:
6.1.1 (表格注釋6)乙類建筑可按本地區抗震設防烈度確定其最大適用高度。(作者注:這里屬于抗震措施而非抗震構造措施的范疇)
6.1.2 (表格注釋1)建筑場地為Ⅰ類時,除6度外應允許按表內降低一度所對應的抗震等級采取抗震構造措施......
6.1.3 4 當甲乙類建筑按規定提高一度確定其抗震等級而房屋的高度超過本規范表6.1.2 相應規定的上界時,應采取比一級更有效的抗震構造措施。
第8章針對鋼結構房屋:
8.1.3 (表格注釋2)一般情況,構件的抗震等級應與結構相同;當某個部位各構件的承載力均滿足2倍地震作用組合下的內力要求時,7~9度的構件抗震等級應允許降低一度確定。
8.4.3 框架-中心支撐結構的框架部分,當房屋高度不高于100m 且框架部分按計算分配的地震剪力不大于結構底部總地震剪力的25%時,一、二、三級的抗震構造措施可按框架結構降低一級的相應要求采用......
規范解讀和簡明表格整理
從第2節列出的相關條文可以看出,抗震措施怎么查和建筑的抗震設防類別掛鉤,但是抗震構造措施根據抗震設防烈度和場地類別在建筑抗震設防類別的基礎之上會有所調整。查抗震構造措施時主要需注意以下四點:
1)Ⅰ類場地
甲乙類建筑:根據定義,按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施,9度(注意:這里指的是本地區設防烈度)時按比9度更高的要求采取抗震措施。這里的抗震措施包含了抗震構造措施,因此抗震構造措施也應相應的調整,但是,建筑場地為Ⅰ類時特殊,對甲乙類的建筑應允許仍按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。
丙類建筑:允許降低一度查抗震構造措施,6度(注意:這里指的是本地區設防烈度)時就按6度查。
丁類建筑:根據定義,已經允許適當降低查抗震措施(6度時還按6度查)了,因此抗震構造措施不再另行降低。
2)Ⅲ、Ⅳ類場地
甲乙類建筑:根據定義,按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施。這里相當于抗震構造措施已經提高一度查了。另外,當場地類別為Ⅲ、Ⅳ類時,7度(0.15g)應按照8度(0.20g)查抗震構造措施,8度(0.30g)應按9度(0.40g)查抗震構造措施。這里對于甲乙類建筑就有一個雙重調整的問題,那么調整的幅度則需根據實際情況綜合確定。因此表1中8度+有“比8度更高的要求”和“9度”兩種含義。
丙類建筑:7度(0.15g)應按照8度(0.20g)查抗震構造措施,8度(0.30g)應按9度(0.40g)查抗震構造措施。
丁類建筑:根據定義,允許適當降低查抗震措施,這里也涉及到了雙重調整的問題,因此7度(0.15g)還按照7度查抗震構造措施,8度(0.30g)還按8度查抗震構造措施。
3)9度和丁類
“抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施”,這里強調了“比9度更高的要求”;“丁類,允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低其抗震措施”,這里強調的是“適當降低”,有“降低要求”和“降低一度”兩種含義,具體結合實際情況確定。
4)乙類
對于乙類建筑,與一些國家只提高地震作用而不提高抗震措施不同,我國規范中對乙類只提高一度查抗震措施,沒有提高一度計算地震作用,性價比較高。