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建筑結(jié)構(gòu) · 解惑丨王亞勇大師關(guān)于“512汶川地震建筑震害啟示錄”相關(guān)問(wèn)題的回復(fù)

發(fā)布時(shí)間:2022-06  瀏覽:1703

5月12日,我公司組織全體員工,參加了由《建筑結(jié)構(gòu)》雜志社主辦“5·12大師論壇丨紀(jì)念汶川地震十四周年:我國(guó)抗震與減震技術(shù)”直播活動(dòng),我們跟隨大師們?cè)诰€學(xué)習(xí)減隔震相關(guān)規(guī)范和經(jīng)典案例分析。直播期間,全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師,中國(guó)建筑科學(xué)研究院顧問(wèn)副總工程師王亞勇作了題為512汶川地震建筑震害啟示錄的精彩報(bào)告。以下為王亞勇大師對(duì)觀眾所提部分問(wèn)題的回復(fù)。

Q:新抗規(guī)中關(guān)于中震彈性在減震設(shè)計(jì)中的理解?

A:周福霖院士在多年以前跟我討論過(guò)關(guān)于消能減震的設(shè)計(jì)。現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》是三水準(zhǔn)小震設(shè)計(jì),他認(rèn)為按中震設(shè)計(jì)可能更為合理,更為符合隔震技術(shù)的路線、有利于將來(lái)的技術(shù)推廣,在這方面我是支持他的。我覺(jué)得應(yīng)該是按照中震設(shè)計(jì),從國(guó)際上來(lái)看也是這個(gè)潮流。所以周院士在編的《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》就是按照中震的思路來(lái)做的。這個(gè)就不能叫“抗震設(shè)計(jì)”了,因?yàn)?ldquo;抗”和“隔”是兩個(gè)概念,所以他們現(xiàn)在這一本標(biāo)準(zhǔn)的編制方向應(yīng)該是對(duì)的。但是由于目前的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》是小震設(shè)計(jì),而且20年前,中國(guó)的隔震技術(shù)和產(chǎn)品相對(duì)還比較落后。所以當(dāng)時(shí)有點(diǎn)擔(dān)心推廣隔震技術(shù)和隔震產(chǎn)品,是否會(huì)有安全問(wèn)題?所以在抗震規(guī)范里是留有余地的,把隔震墊作為一個(gè)安全儲(chǔ)備。

現(xiàn)在的《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》思路還是比較清晰的。規(guī)范按照中震來(lái)設(shè)計(jì),對(duì)上部結(jié)構(gòu)有一些要求,抗震措施做了一些調(diào)整,有所降低。但是沒(méi)有降得太多,是怕上部結(jié)構(gòu)抗震措施若是降得太多,會(huì)有一些安全問(wèn)題,所以做得有所保留。這樣一來(lái)造價(jià)可能不會(huì)降低得太多。

 

所以現(xiàn)在隔震減震技術(shù)的推廣會(huì)面臨一些障礙,有些業(yè)主考慮造價(jià)時(shí)會(huì)有些顧慮。目前我們國(guó)家的兩本國(guó)標(biāo),一本是《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,一本《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,思路不太一樣,一個(gè)是按小震設(shè)計(jì),另一個(gè)是按中震設(shè)計(jì),但從目前來(lái)看都是可行的。因?yàn)椤督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》已經(jīng)使用了幾十年,是比較成熟的。《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是剛出了一本新的標(biāo)準(zhǔn),即便執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中會(huì)遇到一些問(wèn)題,這些問(wèn)題也是能夠解決的,這就是我對(duì)它的理解。


Q:汶川地震發(fā)生較多柱端先出鉸震害情況,在保障設(shè)計(jì)和施工建造實(shí)現(xiàn)真正意義上的“強(qiáng)柱”,及對(duì)今后規(guī)范的進(jìn)一步修訂方面有哪些規(guī)劃和設(shè)想?現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給工程師有哪些合理化建議?

A:簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),這是“強(qiáng)柱弱梁”的抗震設(shè)計(jì)理念。在框架結(jié)構(gòu),特別是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,工程師所追求的目標(biāo),就是要做到“強(qiáng)柱弱梁”。“強(qiáng)柱弱梁”最大的好處,就是在遇到地震以后,梁可以破壞,柱子沒(méi)有遭到破壞或者只產(chǎn)生輕微的破壞。這樣就保障了在大震情況下,建筑可以保證不倒,這是我們的追求。但實(shí)際的建造過(guò)程當(dāng)中,包括設(shè)計(jì)、施工等等環(huán)節(jié),特別是混凝土結(jié)構(gòu),要做到真正的“強(qiáng)柱弱梁”是十分困難的。例如:規(guī)范的有關(guān)條文,盡管設(shè)計(jì)時(shí)做了很多努力,但是實(shí)際的情況,包括在汶川地震當(dāng)中,很多的破壞后展現(xiàn)的,還是“強(qiáng)梁弱柱”的破壞,真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的情況比較少。

到目前為止,我認(rèn)為這始終是一個(gè)難題。目前有很多的博士生,包括我自己的博士生在內(nèi),都做過(guò)關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的研究,也做過(guò)一些理論上的探討、設(shè)計(jì)方法的探討等。但是很難真正實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁,因?yàn)橛衅渌闹萍s因素,會(huì)造成梁總是比柱子“強(qiáng)”,比如正常使用下對(duì)重力荷載的要求,可能會(huì)要求梁做得比較“強(qiáng)”。這樣跟抗震設(shè)計(jì)的“強(qiáng)柱弱梁”是有沖突的。

 

要解決這個(gè)問(wèn)題,還是需要做出努力,做一些研究和實(shí)驗(yàn),還要積累一些經(jīng)驗(yàn),才能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)范的修訂,以及將來(lái)在施工過(guò)程中,對(duì)施工的要求做出變化。否則還會(huì)存在“強(qiáng)梁弱柱”的問(wèn)題。簡(jiǎn)單而言,到目前為止這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有解決得太好,這是我的看法。還是要繼續(xù)做研究,理論上的研究以及實(shí)驗(yàn)研究,另外,要積累一些震害的經(jīng)驗(yàn),特別是設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)。要對(duì)規(guī)范做進(jìn)一步的修訂,才能真正解決這個(gè)問(wèn)題。目前這是全世界結(jié)構(gòu)工程師都在追求的目標(biāo),不是中國(guó)工程師做不到,國(guó)外的工程師也很難做到,是要努力解決的難題。

Q:地震斷裂帶對(duì)地震設(shè)計(jì)參數(shù)的影響問(wèn)題?

A:現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》,做了一些規(guī)定,要求要避讓斷裂帶??赡苡袃蓚€(gè)問(wèn)題,第一個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)在的斷裂帶都是根據(jù)過(guò)去的資料劃出來(lái)的,一般是給一個(gè)城市的土地利用和城市規(guī)劃使用的,是針對(duì)將來(lái)土地利用和城市建設(shè)規(guī)劃。如果有斷層,特別是活動(dòng)斷層經(jīng)過(guò),需要避讓。說(shuō)明這塊地不適合做建筑用,最好是作為綠化帶、避難場(chǎng)所、公園這類沒(méi)有建筑的地方,如遇地震影響小,因?yàn)檫@里沒(méi)有房子、房屋不倒,就不會(huì)有傷亡,不會(huì)有財(cái)產(chǎn)損失。

地震斷裂帶是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,就建筑行業(yè)來(lái)說(shuō),是沒(méi)有能力來(lái)判斷地震斷裂帶的情況的,比如:是否活動(dòng)、走向如何、埋深多少等等,這些問(wèn)題,作為建筑勘察部門是不可能判斷的,應(yīng)該是由地震部門來(lái)定。以往地震部門有很多資料留下來(lái),但都比較宏觀。所以若是作為土地利用、作為城市規(guī)劃這種宏觀的工作,是需要這些資料。但是要具體到每一棟建筑,要用這些資料判斷就比較困難。比如判斷某個(gè)斷裂有多大,勘察部門做不到,只能找一些資料使用。
這就產(chǎn)生了問(wèn)題,一個(gè)是現(xiàn)在的城市開(kāi)發(fā)建設(shè)發(fā)展過(guò)快,導(dǎo)致土地利用不斷突破土地紅線,把原來(lái)不適合做建筑的土地都用來(lái)做建筑。這就不可避免地會(huì)觸碰土地紅線,觸碰到斷裂帶,這就做不到避讓。所以在規(guī)范里定避讓多少,不會(huì)要求避讓太遠(yuǎn),只能避讓幾十米,不能避讓幾百米,那這個(gè)土地就利用不了了。所以這是一個(gè)兩難的問(wèn)題,這是一個(gè)方面。

 

第二個(gè)方面,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成直接破壞的并不是斷裂帶,而是斷裂帶在它破裂的過(guò)程當(dāng)中穿出地表。在穿出地表以后,如果穿過(guò)建筑群、穿過(guò)城鎮(zhèn),就會(huì)造成直接破壞。這是不可抗拒的力量,沒(méi)有什么辦法可以抗拒。但是如果距離建筑有一段距離,比如距離達(dá)到六十米或者七八十米,就能夠避免建筑的倒塌,建筑可能只是受一些損傷。如果距離到了一公里以上,可能就只產(chǎn)生很輕微的破壞,還是在允許范圍內(nèi)。
再有,如果斷裂不出露地面、地面沒(méi)有破裂,而是斷層埋藏在地底下很深的地方,比如深度達(dá)到60m~80m,那其上方的建筑就可以不考慮斷裂帶。設(shè)計(jì)時(shí)要把地震斷裂帶所產(chǎn)生地震波的地震作用加以放大,所以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》里規(guī)定放大到1.25倍到1.5倍,也是考慮到結(jié)構(gòu)的安全,是規(guī)范有所考慮的。在設(shè)計(jì)時(shí),按規(guī)范做即可。

Q:半主動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)有無(wú)應(yīng)用?
A:半主動(dòng)控制主要是講的消能減震、阻尼器的應(yīng)用,在國(guó)內(nèi)是有應(yīng)用實(shí)例的,而且應(yīng)用已經(jīng)不少,特別是最近十幾年來(lái),用得相當(dāng)多。最著名的就是上海中心,632m高的超高層建筑,是目前中國(guó)最高的建筑,也是世界上比較高的建筑,上海中心就用了半主動(dòng)控制。另外還有其他超高層建筑,以及大跨度建筑上的應(yīng)用,半主動(dòng)控制以后使用會(huì)越來(lái)越廣泛。

Q:減震隔震在現(xiàn)實(shí)中推廣普及的最大困難是什么?

A:減震隔震并不是說(shuō)不能推廣,現(xiàn)階段各地都在推廣。只是推廣的力度不太一樣,各省推廣的情況也各不相同。主要原因還是造價(jià)問(wèn)題,因?yàn)殚_(kāi)發(fā)商要考慮造價(jià),如果使用隔震和消能減震要增加造價(jià),開(kāi)發(fā)商是希望采用隔震和減震技術(shù)以后,把上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)省下來(lái),就能達(dá)到節(jié)省造價(jià)的目的。可是現(xiàn)在不論是規(guī)范還是設(shè)計(jì)單位,在做隔震和消能減震技術(shù)應(yīng)用的時(shí)候,不敢把上部結(jié)構(gòu)的抗震措施降得太快,因?yàn)槲覀儑?guó)家這方面的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較少,不像日本已經(jīng)有五六十年的經(jīng)驗(yàn)。

第二個(gè)方面,隔震和消能減震的產(chǎn)品和技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)還不是太完好。

第三個(gè)方面,是管理問(wèn)題,在采用了隔震和消能減震技術(shù)以后,產(chǎn)品的維護(hù)和將來(lái)的替換如何考慮?在使用過(guò)程當(dāng)中,比如:通常說(shuō)的橡膠隔震墊,它設(shè)計(jì)的使用壽命通常規(guī)定在30年左右,實(shí)際可能更長(zhǎng)一點(diǎn),但是設(shè)計(jì)時(shí)只敢用到30年,而建筑的壽命是50年,實(shí)際建筑的壽命可能會(huì)達(dá)到70年之久。由此將面臨橡膠墊到使用壽命時(shí),要不要因?yàn)槔匣ジ鼡Q的問(wèn)題,這些都要考慮的。

不論是建設(shè)方還是將來(lái)的業(yè)主,都要考慮這個(gè)問(wèn)題,隨之帶來(lái)需要增加考慮很多問(wèn)題。不像普通建筑,通常在完工以后,主體結(jié)構(gòu)可以50年不管,裝修方面可能有變動(dòng),但對(duì)建筑影響不大,然而主體結(jié)構(gòu)要改變的話,問(wèn)題就比較多,這是管理上的第一個(gè)問(wèn)題。

第二個(gè)問(wèn)題,在正常使用情況下,從現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的實(shí)際工程來(lái)看,管理是出了一些問(wèn)題的。比如使用隔震墊以后,房屋建筑的周邊是要留出隔震溝的。隔震溝要為了防止地震時(shí)隔震墊產(chǎn)生位移,從而造成房屋的碰撞。但是在正常使用情況下,房屋建完后就交接給物業(yè),物業(yè)不具備專業(yè)知識(shí),把隔震溝全填了起來(lái),這類案例很多。在好幾次國(guó)內(nèi)的地震當(dāng)中,都出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題。地震發(fā)生后,由于隔震溝被填失去隔震效果,這是管理上的問(wèn)題。所以這一系列的問(wèn)題,給這項(xiàng)技術(shù)的推廣帶來(lái)一定的阻力。因此要解決這個(gè)問(wèn)題,應(yīng)該要從產(chǎn)品質(zhì)量方面來(lái)解決。

對(duì)于設(shè)計(jì)方法,還是解決得比較好的,比較大的問(wèn)題出在管理方面,使用期間的管理和將來(lái)的替換問(wèn)題。產(chǎn)品可能三十年以后要替換了,但是當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的人員已經(jīng)不對(duì)接了、業(yè)主也更換了、使用的人也不一樣了,找不到人員來(lái)承擔(dān)責(zé)任,就沒(méi)有人管理,會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題需要解決。

Q:小震的地震作用計(jì)算中,地震烈度區(qū)劃圖、加速度反應(yīng)譜(含特征周期確定)和振型分解反應(yīng)譜法等因素起了很大的作用,請(qǐng)問(wèn)這幾者研究是否與時(shí)俱進(jìn),有最新進(jìn)展?

 

A:目前國(guó)內(nèi)的高等學(xué)校和研究院所,都有人在做這方面的工作,也取得了不少進(jìn)展。從目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思想而言,還沒(méi)有比較大的變化,也沒(méi)有做太大的變動(dòng),可能因?yàn)楝F(xiàn)在的研究工作,還沒(méi)有達(dá)到成熟的程度,但是將來(lái)的方向應(yīng)該是要慢慢地向以中震為基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)來(lái)過(guò)渡。

不過(guò)這需要有個(gè)過(guò)程,還要相應(yīng)做很多工作,包括反應(yīng)譜的標(biāo)定、地震區(qū)劃圖的修訂。針對(duì)反應(yīng)譜的標(biāo)定就包括很多內(nèi)容,如特征周期、地震影響系數(shù)等等。過(guò)去做了大量的工作,今后如果真的要采用設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的話,對(duì)于反應(yīng)譜的標(biāo)定、還有相關(guān)的設(shè)計(jì)方法以及很多系數(shù),都要做相應(yīng)的改變。

 

目前這個(gè)工作有人在做,但我認(rèn)為還不成熟,還無(wú)法到達(dá)可以將整個(gè)規(guī)范的反應(yīng)譜從小震變成中震。只有今后繼續(xù)努力,才能夠發(fā)生改變,我也希望能在最短的時(shí)間里能夠?qū)崿F(xiàn)改變。

Q:關(guān)于隔震設(shè)計(jì)中,《抗規(guī)》分部設(shè)計(jì)法和新《隔標(biāo)》整體設(shè)計(jì)法,兩種方法設(shè)計(jì)結(jié)果出入很大,如何取舍?《抗規(guī)》后期修訂版是否會(huì)相關(guān)規(guī)定?

 

A:這兩本規(guī)范都是已經(jīng)頒布的國(guó)標(biāo),大家都可以使用,具體要根據(jù)設(shè)計(jì)部門自身對(duì)兩本規(guī)范的理解和接受的程度。前面提到,從《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》而言,因?yàn)槭褂玫臍v史比較長(zhǎng),已經(jīng)在我們國(guó)家使用了五六十年,使用經(jīng)驗(yàn)比較豐富,問(wèn)題也相對(duì)少一點(diǎn)。但是作為隔震和減震,這本規(guī)范是第一本、新出來(lái)的規(guī)范。在使用中難免會(huì)遇到一些問(wèn)題,這很正常。

如果問(wèn)兩本規(guī)范如何選擇,我認(rèn)為都可以用??梢砸砸槐緸橹?,以另外一本作為校核的設(shè)計(jì)依據(jù),這樣是比較安全的。若要考慮安全性和造價(jià)的之間的平衡,就是另外一件事了,不是規(guī)范能解決造價(jià)的問(wèn)題。那么就應(yīng)該去跟建設(shè)方詳細(xì)地探討,是選擇安全還是節(jié)省造價(jià)。

兩本規(guī)范都是國(guó)標(biāo),都要參考。目前部分地區(qū)的建設(shè)方就是要求按節(jié)省造價(jià)的方法去設(shè)計(jì),也可以實(shí)現(xiàn);但是有的建設(shè)方要求以安全為主,那就按照安全為主的方法設(shè)計(jì)??偠灾?,這兩本規(guī)范,作為互相校對(duì)使用是可以的,這是我對(duì)兩本規(guī)范的看法。

 

作為工程師,我比較偏向于安全的方法;如果作為投資方,我可能考慮造價(jià)會(huì)多一些,但是也不能忽略安全,畢竟安全問(wèn)題也是天大的事。

Q:王大師報(bào)告ppt中有個(gè)照片是都江堰的樓梯間的一個(gè)開(kāi)間沒(méi)倒,其它全倒了,這個(gè)是什么原因?

 

 

A:關(guān)于樓梯間倒與不倒的問(wèn)題。在汶川地震當(dāng)中,我考察過(guò)很多現(xiàn)場(chǎng),因?yàn)槲沂亲鳛榻逃康膶<医M去作調(diào)查。有的是教室倒、樓梯間沒(méi)倒,所以跑得比較快的老師和學(xué)生,從樓梯間就能夠跑出去,來(lái)不及反應(yīng)或反應(yīng)慢的學(xué)生就被困在教室里。也有反過(guò)來(lái)的情況,就是樓梯間倒,教室并沒(méi)倒,也沒(méi)被破壞。但發(fā)生地震時(shí),人的第一反應(yīng)是向外跑,首先往樓梯間方向,所以反應(yīng)比較快的老師和學(xué)生就會(huì)跑到樓梯間,但是如果樓梯間倒塌,在樓梯間里就會(huì)有傷亡的情況,這兩種情況都有。所以從汶川地震以后,就對(duì)樓梯間特別關(guān)注。

 

樓梯間是逃生的通道,另外又是救生的通道,倘若救生員到達(dá),有學(xué)生、老師被被封鎖在教室里,此時(shí)教室雖然并沒(méi)倒,但是很危險(xiǎn),一旦發(fā)生余震,教室很可能倒塌,因此要趕快把學(xué)生疏散出來(lái)。但此時(shí)救生員也無(wú)法到達(dá)教室,因?yàn)闃翘蓍g已經(jīng)發(fā)生倒塌。所以汶川地震以后,我們意識(shí)到樓梯間是一個(gè)很重要的結(jié)構(gòu)部分,它的重要性應(yīng)該比建筑結(jié)構(gòu)主體還要重要,因此規(guī)范做了相應(yīng)的修訂。我給大家講的報(bào)告的ppt中,既有樓梯間倒塌、也有樓梯間不倒的,要去深究具體原因就很難了,由于找不到原始資料,不好判斷具體原因。但是帶給我們的啟發(fā),就是要重視樓梯間的安全性。

 

現(xiàn)階段也有很多專家針對(duì)樓梯間在做相關(guān)研究,例如對(duì)樓梯間做消能減震,使樓梯間在地震時(shí)不壞、不倒;還有對(duì)樓梯間結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施給予加強(qiáng),對(duì)樓梯間的主要構(gòu)件,像樓梯段樓梯平臺(tái)、平臺(tái)梁這些受力特征做一些研究,措施上可以加強(qiáng)等等。所以我相信新的抗震規(guī)范在這一方面應(yīng)該做了很多改進(jìn),將來(lái)再遭遇地震時(shí),防護(hù)情況會(huì)變得好很多。因此這個(gè)問(wèn)題,不是說(shuō)只有樓梯間倒塌或者只有樓梯間不倒塌兩種情況,各種情況都有,非常復(fù)雜,并不絕對(duì)化。但有一條是肯定的,就是要重視樓梯間的安全問(wèn)題。
*以上素材來(lái)源于微信公眾號(hào)“建筑結(jié)構(gòu)”

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