關于現有建筑抗震鑒定及加固后續使用年限的重要意義
--摘選自我司第16期《勝特特刊》 作者:技術研發中心/張軍宇
引入后續使用年限概念的意義
研究結果表明,結構的地震作用和抗震構造措施要求和后續使用年限密切相關。在具有相同概率保證的前提下,后續使用年限短,地震作用就小,抗震構造措施也可適當放松,后續使用年限長,地震作用就大,抗震構造措施要更嚴一些。
鑒于現有建筑的數量很大,情況又十分復雜:建造年代不同、設計時所采用的設計規范及地震動區劃圖的版本不同、施工水平不同、使用者的維護情況也不同等,導致房屋抗震能力有很大的差異,需要根據實際情況區別對待和處理,使之在現有的經濟技術條件下分別達到其最大可能達到的抗震防災要求。
一、后續使用年限技術可能
對于我國建造于上世紀八十年代以前的建筑,由于已經服役了三、四十年,已經接近原建筑的設計使用年限,有的甚至已經超過設計使用年限,結構或結構構件、材料性能等也發生了變化、老化等情況,可能需要進行大修才可以繼續使用。在這種情況下對其進行抗震鑒定,可能不滿足要求的抗震構造措施較多、結構抗震承載力也可能會較低,如果材料強度以及其它性能發生了質的變化,無論如何加固處理也難以達到新建建筑的承載力,所以從這點來講,依據建筑的建造年代等的不同劃分為后續使用年限30年、40年、50年的區分是合理的、科學的。
二、后續使用年限經濟可能
對于我國量大面廣的現有建筑,如果一味地按照后續使用年限為50年來進行抗震鑒定和加固(假設技術上可以做到),那么我國上世紀絕大多數的現有建筑將需要進行抗震加固,這是一個非常巨大的數字,也是一筆非常巨大的工程投資,我國的經濟發展水平還遠做不到這些,特別是廣大的中小城市、邊遠山區更是不可能實現;相反如果一味地按照后續使用年限為30年來進行抗震鑒定加固也將使一些現狀較好的建筑、并且業主經濟情況相對良好的條件下不能發揮其應有的功能,故后續使用年限不能一刀切,而應該科學地依據建筑的建造年代等的不同劃分為后續使用年限30年、40年、50年三類,并且這個劃分原則是指不同設計建造年代、不同后續設計使用年限的建筑所采用鑒定要求的最低標準,并明確規定有條件時應盡可能采用更高的標準,盡可能提高其綜合抗震能力。
三、后續使用年限科學地體現
后續使用年限的提出是在理論分析和實踐調查的基礎上得出的。中國建筑科學研究院工程抗震研究所對我國四十多個城市地區進行了調查研究分析,見下圖1、圖2,從圖中看出,地震影響系數隨著后續使用年限的增大而增大,抗震構造措施也隨著后續使用年限的增大而加強,但需要注意的是,不同烈度抗震構造措施隨著后續使用年限增長而需加強的幅度不同:后續使用年限超過50年后,高烈度需要加強的幅度更大,即在高烈度區建造后續使用年限大于50年的房屋,其抗震構造措施需要大幅度加強才可滿足綜合抗震能力的要求。
四、后續使用年限規定
在1998年的國際標準《結構可靠性總原則》ISO2394中,開始提出既有建筑的可靠性評定方法,強調了依據用戶提出的使用年限對可變作用采用折減系數的方法相應減少、并對結構實際承載力(包括實際尺寸、配筋、材料強度、已有缺陷等)與實際受力進行比較從而評定其可靠性,當可靠程度不足時,鑒定的結論可包括:出于經濟理由保持現狀、減少荷載、修補加固或拆除等。
多年來的研究表明,從后續使用年限內具有相同概率的角度整理,并在全國范圍內平均,重現期30、40、50年地震作用的相對比例大致是0.75、0.88和1.00;抗震構造綜合影響系數的相對比例,6度為0.76、0.90、1.0,7度為0.71、0.87、1.0,8度為0.63、0.84、1.0,9度為0.57、0.81、1.0。據此,考慮到95鑒定標準的抗力調整系數取0.85,89設計規范系列的場地設計特征周期比現行規范約減少約10%且材料強度大致為現行規范系列的1.05~1.15,于是可以認為:95鑒定標準、89設計規范和現行設計規范大體上分別在后續設計使用年限30年、40年和50年具有相同的抗震安全概率。
五、選擇后續使用年限的規定
1)在70年代及以前建造經耐久性鑒定可繼續使用的現有建筑,其后續使用年限不應少于30年;在80年代建造的現有建筑,宜采用40年或更長,且不得少于30年。
2)在90年代(按當時施行的抗震設計規范系列設計)建造的現有建筑,后續使用年限不宜少于40年,條件許可時應采用50年。
3)在2001年以后(按當時施行的抗震設計規范系列設計)建造的現有建筑,后續使用年限宜采用50年。
注意:標準中給出的是最低后續使用年限,有條件時宜擇更長的后續使用年限,不得隨意減少后續使用年限。
六、何時需進行抗震鑒定
下列情況下的現有建筑(除古建筑、新建建筑、危險建筑以外,迄今仍在使用的既有建筑)需要進行抗震鑒定:
1)接近或超過設計使用年限需要繼續使用的建筑。
2)原設計未考慮抗震設防或抗震設防要求提高的建筑。
3)需要改變結構的用途和使用環境的建筑。
4)其他有必要進行抗震鑒定的建筑。
其中第2條中抗震設防要求提高的建筑主要有三類:第一類是使用年限在設計基準期內且設防烈度不變,但原規定的抗震設防類別提高的建筑;第二類是雖然抗震設防類別不變,但現行的區劃圖設防烈度提高后又使之可能不符合相應設防要求的建筑;第三類是設防類別和設防烈度同時提高的建筑。
第4條中其他有必要進行抗震鑒定的建筑,包括使用中發現有質量問題對其抗震承載力有懷疑的房屋、建筑材料強度嚴重降低的房屋、結構改造時抗側力構件發生變化的房屋等等影響原建筑物抗震性能的各種情況。
七、不同后續使用年限建筑的抗震設防目標
后續使用年限50年的現有建筑,具有與現行國家標準《建筑抗震設計規范》(GB50011)相同的設防目標;這條規定了現有建筑抗震鑒定的設防目標在相同概率保證的前提下與現行國家標準《建筑抗震設計規范》一致,所不同的是,《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-2009)指在合理的后續使用年限內滿足“小震(預估的第一水準)不壞、中震(預估的第二水準)可修、大震(預估的第三水準)不倒”的抗震設防目標。因此,在遭遇同樣的地震影響時,后續使用年限少于50年的建筑,其損壞程度要略大于后續使用年限50年的建筑。當按后續30年進行鑒定時,按照《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-95)的1.0.1條,其設防目標是“在遭遇設防烈度地震影響時,經修理后仍可繼續使用”,即意味著,也在一定程度上達到大震不倒塌。
需要指出兩點說明如下。
(1)上述設防目標是在后續使用年限內具有相同概率保證前提條件下得到的,因此從概率意義上現有建筑與新建工程的設防目標一致。對新建工程或是C類建筑,其小震、中震和大震的定義是指50年內超越概率分別為63%、10%、2%~3%時的地震影響,對A、B類現有建筑而言,則是在后續使用年限30年或40年內分別達到上述超越概率時的地震影響。
(2)盡管從概率角度來看,現有建筑的抗震目標與新建工程的設防是一致的,但對于一次特定的地震中,后續設計使用年限少于50年的建筑,其損壞程度要略大于后續使用年限50年的建筑,其三水準設防的含義是:小震時主體結構構件可能會有輕度損壞,中震可能損壞較為嚴重、修復難度較大。
八、結語
后續使用年限是指對現有建筑繼續使用所約定的一個時期,在這個時期內,建筑只需進行正常維護而不需進行大修就能按預期目的使用、完成預定的功能。這個概念的提出是吸收近幾年的科研成果,首次將抗震鑒定及加固與后續使用年限結合起來,具有重要的現實意義。
依據近年來的研究成果,結合我國國情,將后續使用年限分為30年、40年、50年三種情況。相應的被鑒定房屋也相應分為A類、B類、C類三類,每類房屋都有區別于其他情況的適用范圍和相應的鑒定標準,相應的鑒定報告中必須說明被鑒定對象的后續使用年限,加固設計時也應注明后續使用年限。