以下文章来源于工程抗震与防灾减灾技术研究中心 ，作者尼罗渔夫

 编者按

    2021年4月9日住房和城乡建设部批准发布了******标准《建筑与市政工程抗震通用规范》，编号为GB55002-2021，自2021年1月1日起实施。本规范为强制性工程建设规范，全部条文必须严格执行。现行工程建设标准中相关的强制性条文同时废止，现行工程建设标准中有关规定与本规范不一致的，以本规范的规定为准。

    为配合《抗震通用规范》的发布与实施工作，本公号将陆续推送《抗震通用规范》的相关资讯，敬请关注。

本期推送：《规范》第2.1节解读：防御目标与概率水准。

本期看点：三水准设防之前世、今生与未来

2.1.1  抗震设防的各类建筑与市政工程，其抗震设防目标应符合下列规定：

      1  当遭遇低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，各类工程的主体结构和市政管网系统不受损坏或不需修理可继续使用。

      2  当遭遇相当于本地区设防烈度的设防地震影响时，各类工程中的建筑物、构筑物、桥梁结构、地下工程结构等可能发生损伤，但经一般性修理可继续使用；市政管网的损坏应控制在局部范围内，不应造成次生灾害。

     3  当遭遇高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，各类工程中的建筑物、构筑物、桥梁结构、地下工程结构等不致倒塌或发生危及生命的严重破坏；市政管网的损坏不致引发严重次生灾害，经抢修可快速恢复使用。

2.1.2  抗震设防的建筑与市政工程，其多遇地震动、设防地震动和罕遇地震动的超越概率水准不应低于表2.1.2的规定。

编制说明

        本条规定了建筑与市政工程抗震设防的低性能要求，属于工程抗震质量安全的控制性底线要求。
       按照什么样的标准进行抗震设防，要达到什么样的目标，是工程抗震设防的首要问题。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第1.0.1条、《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB 50032第1.0.2条以及《城市桥梁抗震设计规范》CJJ166-2011第3.1.2条分别规定了建筑工程、城镇给排水和燃气热力工程以及城市桥梁工程的抗震设防目标要求。按照《标准化法修订案》、国务院《深化标准化工作改革方案》以及住房和城乡建设部《关于深化工程建设标准化工作改革的意见》的要求，本条规定系由上述相关规定经整合精简而成，在具体的文字表达上与GB50011-2010略有差别。
        《建筑抗震设计规范》GB50011-2010采用的是三级设防思想，规定了普通建筑工程的三水准设防目标，即遭遇低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；遭遇相当于本地区设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理可继续使用；遭遇高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
       《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB 50032采用的也是三水准设防，其在第1.0.2条规定，室外给水排水和燃气热力工程在遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，不致损坏或不需修理仍可继续使用；遭遇本地区抗震设防烈度的地震影响时，构筑物不需修理或经一般修理后仍能继续使用，管网震害可控制在局部范围内，避免造成次生灾害；遭遇高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，构筑物不致严重损坏危及生命或导致重大经济损失，管网震害不致引发严重次生灾害，并便于抢修和迅速恢复使用。
      《城市桥梁抗震设计规范》CJJ166-2011采用的是两级设防思想，其在第3.1.2条规定了各类城市桥梁的抗震设防标准（表1），同时，在第3.1.3条规定了各类城市桥梁的E1和E2地震调整系数（表2）。从E1和E2地震的调整系数看，其E1水准地震动要稍大于建筑工程的多遇地震动，E2水准地震动相当于建筑工程的罕遇地震动。

此次《建筑与市政工程抗震通用规范》编制时，为便于管理和操作，将各类工程的抗震设防思想统一为三水准设防（表3）。

  同时，为了兼顾房屋建筑、城市桥梁、基础设施、地下工程等各类工程之间的差别，在第2.1.2条进一步补充规定了各类工程的多遇地震动、设防地震动和罕遇地震动的超越概率低水准。
        对于地下综合管廊，由于******标准《城市地下综合管廊工程技术规范》GB50838 明确规定，其设计使用年限为100年，因此，对城市地下综合管廊的三级地震动概率水准进行了专门规定。
       对于城市桥梁结构，《城市桥梁抗震设计规范》CJJ166-2011在第3.2.1条和3.2.2条规定，甲类桥梁，一般多为城市斜拉桥、悬索桥和大跨度拱桥，大都建在依傍大江大河的现代化大城市，其特点是桥高（通航净空要求高)、桥长、造价高，一般都占据交通网络上的枢纽位置，无论在政治、经济、国防上都有重要意义，且一旦发生破坏，修复很困难，因此，甲类桥梁的设防水准定得较高，甲类桥梁设防的E1和E2地震的重现期（即超越概率水准）分别为475年和2500年。而对于乙、丙和丁类桥梁，其E1地震作用则是在《建筑抗震设计规范》GB 50011多遇地震的基础上，分布乘以1.7、1.3和1.0的重要性系数得到的；其E2地震作用直接采用GB50011罕遇地震。此次《通用规范》编制时，为了与其他各类建筑与市政工程在抗震设防策略上协调统一，桥梁结构三级地震动的50年概率水准仍然保持63.2%、10%和2%，但甲、乙、丙、丁类桥梁，其抗震设防标准中的地震作用取值则分别考虑重要性系数2.0、1.7、1.3和1.0（详《抗震通用规范》第2.3.2条），本质上提高了各类桥梁的设防标准。
      对于设计使用年限不超过5年的临时性建筑与市政工程，我国自74版抗震规范开始，历来的对策是在满足静力承载要求的前提下可不设防。

(参考文献：罗开海. 建筑抗震设防思想发展动态及展望[J].工程抗震与加固改造，2017，V39（Supp.）：99~105)

 3.1、为什么要采用三水准设防的思想？

1、  74、78规范后的国内情况       
    我国的74和78抗震规范曾明确规定，“建筑物遭遇到相当于设计烈度的地震影响时，建筑物允许有一定的损坏，不加修理或稍加修理仍能继续使用”。这一标准表明，当地震发生时，建筑物并不是完整无损，而是允许有一定程度的损坏，特别是考虑到强烈地震不是经常发生的，因此遭受强烈地震后，只要不使建筑物受到严重破坏或倒塌，经一般修理可继续使用，基本上可达到抗震的目的。
但是，在74规范颁布之后的第二年，即1975年，在我国重工业区的辽宁海城发生7.3级大地震，1976年又在人口稠密的唐山地区发生了7.8级大地震。这两次大地震的震中烈度都比预估的高，特别是唐山大地震竟比预估高出5度。
基于这种基本烈度地震具有很大不确定性的事实，89规范在修订过程提出要对78规范的设防标准进行适当的调整，显然是非常必要的。

2、70-80年代的国际动态
     另一方面，在89规范修订的同期，即上世纪70年后期至80年代中期，国际上关于建筑抗震设防思想出现了一些新的趋势，其中具代表性的当属美国应用技术委员会（Applied Technology Council, ATC）研究报告ATC 3-06。
       在总结1971年San Fernando地震经验教训，回顾、反思1976年以前UBC等规范抗震设计方法的基础上，ATC 3-06一次尝试性地对结构抗震设计的风险水准进行了量化，同时，还明确提出了建筑的三级性能标准：
       1）允许建筑抵抗较低水准的地震动而不破坏，
       2)在中等水平地震动作用下主体结构不会破坏，但非结构构件会有一些破坏
       3）在强烈地震作用下，建筑不会倒塌，确保生命安全。

      另外，对某些重要设备，特别是应急状态下对公众的安全和生命起主要作用的设备，在地震时和地震后要保持正常运行。

3、89规范的处理对策 
      基于上述趋势，89规范结合我国的经济能力，在78规范的基础上对抗震设防标准做了如下一些规定：
        1）在遭受本地区规定的基本烈度地震影响时，建筑（包括结构和非结构部分）可能有损坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，不需修理或稍加修理即可恢复使用；
       2）在遭受较常遇到的、低于本地区规定的基本烈度的地震影响时，建筑不损坏；
       3）在遭受预估的、高于基本烈度的地震影响时，建筑不致倒塌或发生危及人民生命财产的严重破坏。

       上述三点规定可概述为“小震不坏，中震可修、大震不倒”这样一句话，即89规范以来，我国建设工程界秉承的三水准抗震设防思想。

        按照上述抗震设防思想，从结构受力角度看，当建筑遭遇di一水准烈度地震(小震)时，结构应处于弹性工作状态，可以采用弹性体系动力理论进行结构和地震反应分析，满足强度要求，构件应力完全与按弹性反应谱理论分析的计算结果相一致；当建筑遭遇第二水准烈度地震(中震)时，结构越过屈服极限，进入非弹性变形阶段，但结构的弹塑性变形被控制在某一限度内，震后残留的不变形不大；当建筑遭遇第三水准烈度地震(大震)时，建筑物虽然破坏比较严重，但整个结构的非弹性变形仍受到控制，与结构倒塌的临界变形尚有一段距离，从而保障了。

3.2 三水准设防对策存在的问题
       如前所述，我国自89规范以来一直沿用的是“三水准设计思想”，相应的设计对策是通过“两阶段设计方法”来实现：

1）一阶段设计：又分为两步
 一步：采用di一水准地震动参数计算地震作用，并进行构件截面设计，满足di一水准的强度要求；
二步：验算di一水准地震下的结构弹性变形，同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而满足第二水准的变形要求。
2）二阶段设计：验算第三水准地震下的结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)弹塑性变形；并结合必要的抗震构造措施，满足第三水准的防倒塌要求。

 如表4所示为世界主要******建筑抗震设防思想及设计对策表，从中可以看出：

（1）我国三水准设防的技术对策是，小震要满足强度要求，中震和大震要满足变形要求。这一点与前述日本的二级设计要求类似，但与欧洲和美国的“小震满足变形要求、大震满足强度要求”二级设防在具体设计对策上存在差别。
（2）我国第二水准的变形要求是通过di一水准的弹性变形验算和必要的抗震构造措施来实施的，实际工程中并未直接进行第二水准的弹塑性变形验算。规范给定的设计对策是否能保证第二水准的设防目标得以实现，值得商榷。建议在建筑抗震规范进一步修订时，补充完善三水准的设计要求和实施对策，实现三准设防、三阶段设计。
（3）我国的小震和大震地震动参数取值是基于中震人为约定的，与现行区划图不完全相符，而且也未考虑地震危险性特征的地区性差异。建议结合现行区划图的相关研究成果，并考虑地震危险性特征的地区性差异，进一步完善三水准地震动参数的取值规定。
（4）大震的概率水准不统一。如前所述 ，我国的大震即罕遇地震是指在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2%～3%的地震，相当于1600～2500年的地震。根据89规范的约定，7度区的大震取50年超越概率3%（1642年）的地震，8度区大震取50年超越概率2.5%（1975年）的地震；9度区的大震取50年超越概率2%（2475年）的地震。因此，不同烈度区建筑物的倒塌设防水平是不一样的。建议规范进一步修订时，综合考虑经济社会发水平、工程设计习惯、地震工程与工程抗震的研究成果等，研究确定合适的、统一的大震概率水准。
（5）大震不倒的概率可靠度不明确。按照三水准目标设计的建筑物，在未来大震作用下实现不倒的概率或可靠程度并不清楚，同一烈度区不同建筑物的倒塌风险可能不同，不同烈度区同类建筑的倒塌风险也可能不同，进而导致地震中建筑物表现迥异。即按现行的三水准设防，不同烈度区、不同类型建筑在未来的大地震中的倒塌或破坏的风险是不一样的。建议在上述问题解决的基础上，开展我国房屋建筑的地震倒塌风险分析工作，进一步给出适合国情的地震倒塌风险控制水准及相应的工程对策。

 3.3、关于进一步修订三水准方案的建议
（1）继续保持三水准设防的思想。如前所述，多级设防是当今世界各国建筑抗震设计的潮流，我国的三水准设防，在理念上属于世界前面水平，应继续保持。
（2）di一水准的设防目标，建议改为使用功能不变，与欧美的要求相当，而且与抗震防灾的功能需求契合。相应的设计要求改为弹性变形要求，将多遇地震作用作为正常使用极限状态下的一种“荷载”，进而考察建筑结构正常使用的变形要求。这一阶段的设计目的是控制结构的弹性刚度不能太小。
（3）第二水准的设防目标，建议改为结构可修，即允许结构有一定程度的损坏，但属于可修复的程度，相应的设计要求改为强度要求，工程实施时，考虑结构弹塑性性能计算地震作用，并进行结构构件的强度设计与细部构造。这一阶段的设计目的是控制结构的弹塑性抗震承载能力不能太小。
（4）第三水准的设防目标仍继续保持为不倒，设计要求仍为弹塑性变形要求，工程实施时，考虑P-效应，进行弹塑性变形验算。这一阶段的设计目的是控制结构的弹塑性残余刚度不能太小，亦即控制结构屈服后刚度退化不能太快。

 编者注：
上述建议仅为作者的一家之言。事实上，我国现行的三水准两阶段设计方法自89规范一直延续至今，近30年来的地震检验证明是行之有效的，而且已经为工程设计人员掌握和接受。
按上述建议的三水准设计方案，首先需要解决建筑维持正常使用功能的变形限值问题，其次是结构弹塑性地震作用的计算问题，同时这一方案带来的工程影响也不可忽略，这些问题是需要进一步研究和解决的！
当然，该文也为三水准设防对策的进一步发展指出了一种途径，值得深入反思、研讨和探究！

实施与检查控制

 （1）实施

          设计总说明中应明确设计使用（或工作）年限；在结构计算书中，应明确给出各级地震动参数的取值。

（2）检查

           检查设计地震动参数取值，查看结构设计总说明和计算书的地震动参数取值是否准确。