发布时间:2022-06 浏览:1133
5月12日,我公司组织全体员工,参加了由《建筑结构》杂志社主办“5·12大师论坛丨纪念汶川地震十四周年:我国抗震与减震技术”直播活动,我们跟随大师们在线学习减隔震相关规范和经典案例分析。直播期间,全国工程勘察设计大师,中国建筑科学研究院顾问副总工程师王亚勇作了题为“512汶川地震建筑震害启示录”的精彩报告。以下为王亚勇大师对观众所提部分问题的回复。
Q:新抗规中关于中震弹性在减震设计中的理解?
A:周福霖院士在多年以前跟我讨论过关于消能减震的设计。现行的《建筑抗震设计规范》是三水准小震设计,他认为按中震设计可能更为合理,更为符合隔震技术的路线、有利于将来的技术推广,在这方面我是支持他的。我觉得应该是按照中震设计,从国际上来看也是这个潮流。所以周院士在编的《建筑隔震设计标准》就是按照中震的思路来做的。这个就不能叫“抗震设计”了,因为“抗”和“隔”是两个概念,所以他们现在这一本标准的编制方向应该是对的。但是由于目前的《建筑抗震设计规范》是小震设计,而且20年前,中国的隔震技术和产品相对还比较落后。所以当时有点担心推广隔震技术和隔震产品,是否会有安全问题?所以在抗震规范里是留有余地的,把隔震垫作为一个安全储备。
现在的《建筑隔震设计标准》思路还是比较清晰的。规范按照中震来设计,对上部结构有一些要求,抗震措施做了一些调整,有所降低。但是没有降得太多,是怕上部结构抗震措施若是降得太多,会有一些安全问题,所以做得有所保留。这样一来造价可能不会降低得太多。
所以现在隔震减震技术的推广会面临一些障碍,有些业主考虑造价时会有些顾虑。目前我们国家的两本国标,一本是《建筑抗震设计规范》,一本《建筑隔震设计标准》,思路不太一样,一个是按小震设计,另一个是按中震设计,但从目前来看都是可行的。因为《建筑抗震设计规范》已经使用了几十年,是比较成熟的。《建筑隔震设计标准》是刚出了一本新的标准,即便执行过程当中会遇到一些问题,这些问题也是能够解决的,这就是我对它的理解。
Q:汶川地震发生较多柱端先出铰震害情况,在保障设计和施工建造实现真正意义上的“强柱”,及对今后规范的进一步修订方面有哪些规划和设想?现阶段结构设计给工程师有哪些合理化建议?
A:简单来说,这是“强柱弱梁”的抗震设计理念。在框架结构,特别是钢筋混凝土框架结构和钢结构设计中,工程师所追求的目标,就是要做到“强柱弱梁”。“强柱弱梁”最大的好处,就是在遇到地震以后,梁可以破坏,柱子没有遭到破坏或者只产生轻微的破坏。这样就保障了在大震情况下,建筑可以保证不倒,这是我们的追求。但实际的建造过程当中,包括设计、施工等等环节,特别是混凝土结构,要做到真正的“强柱弱梁”是十分困难的。例如:规范的有关条文,尽管设计时做了很多努力,但是实际的情况,包括在汶川地震当中,很多的破坏后展现的,还是“强梁弱柱”的破坏,真正实现“强柱弱梁”的情况比较少。
到目前为止,我认为这始终是一个难题。目前有很多的博士生,包括我自己的博士生在内,都做过关于强柱弱梁的研究,也做过一些理论上的探讨、设计方法的探讨等。但是很难真正实现强柱弱梁,因为有其他的制约因素,会造成梁总是比柱子“强”,比如正常使用下对重力荷载的要求,可能会要求梁做得比较“强”。这样跟抗震设计的“强柱弱梁”是有冲突的。
要解决这个问题,还是需要做出努力,做一些研究和实验,还要积累一些经验,才能够实现规范的修订,以及将来在施工过程中,对施工的要求做出变化。否则还会存在“强梁弱柱”的问题。简单而言,到目前为止这个问题并没有解决得太好,这是我的看法。还是要继续做研究,理论上的研究以及实验研究,另外,要积累一些震害的经验,特别是设计上的经验。要对规范做进一步的修订,才能真正解决这个问题。目前这是全世界结构工程师都在追求的目标,不是中国工程师做不到,国外的工程师也很难做到,是要努力解决的难题。
Q:地震断裂带对地震设计参数的影响问题?
A:现行的《建筑抗震设计规范》和《建筑与市政工程抗震通用规范》,做了一些规定,要求要避让断裂带。可能有两个问题,第一个问题,现在的断裂带都是根据过去的资料划出来的,一般是给一个城市的土地利用和城市规划使用的,是针对将来土地利用和城市建设规划。如果有断层,特别是活动断层经过,需要避让。说明这块地不适合做建筑用,最好是作为绿化带、避难场所、公园这类没有建筑的地方,如遇地震影响小,因为这里没有房子、房屋不倒,就不会有伤亡,不会有财产损失。
A:减震隔震并不是说不能推广,现阶段各地都在推广。只是推广的力度不太一样,各省推广的情况也各不相同。主要原因还是造价问题,因为开发商要考虑造价,如果使用隔震和消能减震要增加造价,开发商是希望采用隔震和减震技术以后,把上部结构的造价省下来,就能达到节省造价的目的。可是现在不论是规范还是设计单位,在做隔震和消能减震技术应用的时候,不敢把上部结构的抗震措施降得太快,因为我们国家这方面的经验相对来说比较少,不像日本已经有五六十年的经验。
第二个方面,隔震和消能减震的产品和技术相对来说还不是太完好。
第三个方面,是管理问题,在采用了隔震和消能减震技术以后,产品的维护和将来的替换如何考虑?在使用过程当中,比如:通常说的橡胶隔震垫,它设计的使用寿命通常规定在30年左右,实际可能更长一点,但是设计时只敢用到30年,而建筑的寿命是50年,实际建筑的寿命可能会达到70年之久。由此将面临橡胶垫到使用寿命时,要不要因为老化去更换的问题,这些都要考虑的。
不论是建设方还是将来的业主,都要考虑这个问题,随之带来需要增加考虑很多问题。不像普通建筑,通常在完工以后,主体结构可以50年不管,装修方面可能有变动,但对建筑影响不大,然而主体结构要改变的话,问题就比较多,这是管理上的第一个问题。
第二个问题,在正常使用情况下,从现在国内的实际工程来看,管理是出了一些问题的。比如使用隔震垫以后,房屋建筑的周边是要留出隔震沟的。隔震沟要为了防止地震时隔震垫产生位移,从而造成房屋的碰撞。但是在正常使用情况下,房屋建完后就交接给物业,物业不具备专业知识,把隔震沟全填了起来,这类案例很多。在好几次国内的地震当中,都出现了这样的问题。地震发生后,由于隔震沟被填失去隔震效果,这是管理上的问题。所以这一系列的问题,给这项技术的推广带来一定的阻力。因此要解决这个问题,应该要从产品质量方面来解决。
对于设计方法,还是解决得比较好的,比较大的问题出在管理方面,使用期间的管理和将来的替换问题。产品可能三十年以后要替换了,但是当时设计的人员已经不对接了、业主也更换了、使用的人也不一样了,找不到人员来承担责任,就没有人管理,会出现这样的问题,这个问题需要解决。
Q:小震的地震作用计算中,地震烈度区划图、加速度反应谱(含特征周期确定)和振型分解反应谱法等因素起了很大的作用,请问这几者研究是否与时俱进,有最新进展?
A:目前国内的高等学校和研究院所,都有人在做这方面的工作,也取得了不少进展。从目前我国抗震设计规范三水准的设计思想而言,还没有比较大的变化,也没有做太大的变动,可能因为现在的研究工作,还没有达到成熟的程度,但是将来的方向应该是要慢慢地向以中震为基准的设计来过渡。
不过这需要有个过程,还要相应做很多工作,包括反应谱的标定、地震区划图的修订。针对反应谱的标定就包括很多内容,如特征周期、地震影响系数等等。过去做了大量的工作,今后如果真的要采用设防烈度进行抗震设计的话,对于反应谱的标定、还有相关的设计方法以及很多系数,都要做相应的改变。
目前这个工作有人在做,但我认为还不成熟,还无法到达可以将整个规范的反应谱从小震变成中震。只有今后继续努力,才能够发生改变,我也希望能在最短的时间里能够实现改变。
Q:关于隔震设计中,《抗规》分部设计法和新《隔标》整体设计法,两种方法设计结果出入很大,如何取舍?《抗规》后期修订版是否会出相关规定?
A:这两本规范都是已经颁布的国标,大家都可以使用,具体要根据设计部门自身对两本规范的理解和接受的程度。前面提到,从《建筑抗震设计规范》而言,因为使用的历史比较长,已经在我们国家使用了五六十年,使用经验比较丰富,问题也相对少一点。但是作为隔震和减震,这本规范是第一本、新出来的规范。在使用中难免会遇到一些问题,这很正常。
如果问两本规范如何选择,我认为都可以用。可以以一本为主,以另外一本作为校核的设计依据,这样是比较安全的。若要考虑安全性和造价的之间的平衡,就是另外一件事了,不是规范能解决造价的问题。那么就应该去跟建设方详细地探讨,是选择安全还是节省造价。
两本规范都是国标,都要参考。目前部分地区的建设方就是要求按节省造价的方法去设计,也可以实现;但是有的建设方要求以安全为主,那就按照安全为主的方法设计。总而言之,这两本规范,作为互相校对使用是可以的,这是我对两本规范的看法。
作为工程师,我比较偏向于安全的方法;如果作为投资方,我可能考虑造价会多一些,但是也不能忽略安全,毕竟安全问题也是天大的事。
Q:王大师报告ppt中有个照片是都江堰的楼梯间的一个开间没倒,其它全倒了,这个是什么原因?
A:关于楼梯间倒与不倒的问题。在汶川地震当中,我考察过很多现场,因为我是作为教育部的专家组去作调查。有的是教室倒、楼梯间没倒,所以跑得比较快的老师和学生,从楼梯间就能够跑出去,来不及反应或反应慢的学生就被困在教室里。也有反过来的情况,就是楼梯间倒,教室并没倒,也没被破坏。但发生地震时,人的第一反应是向外跑,首先往楼梯间方向,所以反应比较快的老师和学生就会跑到楼梯间,但是如果楼梯间倒塌,在楼梯间里就会有伤亡的情况,这两种情况都有。所以从汶川地震以后,就对楼梯间特别关注。
楼梯间是逃生的通道,另外又是救生的通道,倘若救生员到达,有学生、老师被被封锁在教室里,此时教室虽然并没倒,但是很危险,一旦发生余震,教室很可能倒塌,因此要赶快把学生疏散出来。但此时救生员也无法到达教室,因为楼梯间已经发生倒塌。所以汶川地震以后,我们意识到楼梯间是一个很重要的结构部分,它的重要性应该比建筑结构主体还要重要,因此规范做了相应的修订。我给大家讲的报告的ppt中,既有楼梯间倒塌、也有楼梯间不倒的,要去深究具体原因就很难了,由于找不到原始资料,不好判断具体原因。但是带给我们的启发,就是要重视楼梯间的安全性。