资讯动态

当前位置:首页 > 资讯动态

建筑结构 · 解惑丨王亚勇大师关于“512汶川地震建筑震害启示录”相关问题的回复

发布时间:2022-06  浏览:221

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。

地震断裂带是一个非常复杂的问题,就建筑行业来说,是没有能力来判断地震断裂带的情况的,比如:是否活动、走向如何、埋深多少等等,这些问题,作为建筑勘察部门是不可能判断的,应该是由地震部门来定。以往地震部门有很多资料留下来,但都比较宏观。所以若是作为土地利用、作为城市规划这种宏观的工作,是需要这些资料。但是要具体到每一栋建筑,要用这些资料判断就比较困难。比如判断某个断裂有多大,勘察部门做不到,只能找一些资料使用。
这就产生了问题,一个是现在的城市开发建设发展过快,导致土地利用不断突破土地红线,把原来不适合做建筑的土地都用来做建筑。这就不可避免地会触碰土地红线,触碰到断裂带,这就做不到避让。所以在规范里定避让多少,不会要求避让太远,只能避让几十米,不能避让几百米,那这个土地就利用不了了。所以这是一个两难的问题,这是一个方面。

 

第二个方面,对建筑结构造成直接破坏的并不是断裂带,而是断裂带在它破裂的过程当中穿出地表。在穿出地表以后,如果穿过建筑群、穿过城镇,就会造成直接破坏。这是不可抗拒的力量,没有什么办法可以抗拒。但是如果距离建筑有一段距离,比如距离达到六十米或者七八十米,就能够避免建筑的倒塌,建筑可能只是受一些损伤。如果距离到了一公里以上,可能就只产生很轻微的破坏,还是在允许范围内。
再有,如果断裂不出露地面、地面没有破裂,而是断层埋藏在地底下很深的地方,比如深度达到60m~80m,那其上方的建筑就可以不考虑断裂带。设计时要把地震断裂带所产生地震波的地震作用加以放大,所以《建筑抗震设计规范》里规定放大到1.25倍到1.5倍,也是考虑到结构的安全,是规范有所考虑的。在设计时,按规范做即可。

Q:半主动控制系统在国内有无应用?
A:半主动控制主要是讲的消能减震、阻尼器的应用,在国内是有应用实例的,而且应用已经不少,特别是最近十几年来,用得相当多。最著名的就是上海中心,632m高的超高层建筑,是目前中国最高的建筑,也是世界上比较高的建筑,上海中心就用了半主动控制。另外还有其他超高层建筑,以及大跨度建筑上的应用,半主动控制以后使用会越来越广泛。

Q:减震隔震在现实中推广普及的最大困难是什么?

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。

 

现阶段也有很多专家针对楼梯间在做相关研究,例如对楼梯间做消能减震,使楼梯间在地震时不坏、不倒;还有对楼梯间结构的构造措施给予加强,对楼梯间的主要构件,像楼梯段楼梯平台、平台梁这些受力特征做一些研究,措施上可以加强等等。所以我相信新的抗震规范在这一方面应该做了很多改进,将来再遭遇地震时,防护情况会变得好很多。因此这个问题,不是说只有楼梯间倒塌或者只有楼梯间不倒塌两种情况,各种情况都有,非常复杂,并不绝对化。但有一条是肯定的,就是要重视楼梯间的安全问题。
*以上素材来源于微信公众号“建筑结构”