遗产建筑抗震韧性基准周期研究

国内对现有建筑的抗震性能评估执行的是国家标准《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009) [1](简称《抗震鉴定标准》)，该标准是总结2008年汶川地震相关经验教训，并吸收当时建筑抗震鉴定最新研究成果而制订的。《抗震鉴定标准》提出了现有建筑鉴定的后续使用年限概念，即根据现有建筑设计建造年代及原设计依据规范的不同，将其后续使用年限划分为30、40、50年三个档次，分别采用A、B、C类建筑抗震鉴定方法。其关键技术路线是采用等超越概率原则获得后续使用年限内的地震动参数取值：与原设计使用年限相比，由于后续使用年限逐渐缩短，结构所面临的地震威胁也逐渐减小；抗震验算时，应根据不同的后续使用年限和地震作用重现期，确定地震影响系数最大值；后续使用年限和地震作用重现期30、40年对应的地震影响系数最大值与50年对应的地震影响系数最大值的比例分别为0.75、0.88。

由于应用了等超越概率原则，《抗震鉴定标准》明确了现有建筑在后续使用年限内具有相同概率保证的前提下，可实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，即与国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)一致。

《抗震鉴定标准》不适用于古建筑以及文物建筑，但实践中很多历史保护建筑包括文物建筑会参照该标准进行抗震评估和加固，通常按A类建筑后续使用30年进行抗震鉴定，地震作用的计算相对于新建建筑或者50年后续使用年限的现有建筑进行了0.75的折减。

国家文物局组织编写的《文物抗震 近现代文物建筑评估规范》(征求意见稿)[2]目前在征求意见阶段，其将为遗产建筑的抗震干预实践提供更直接的指导。该评估规范中不再出现后续使用年限的概念，但是其对于多层与高层混凝土房屋、内框架砖墙等结构体系，地震作用效应(内力)调整系数取值为0.65，相当于地震作用的折减，折减幅度比《抗震鉴定标准》后续使用30年的A类建筑更大。

近年来，抗震韧性研究已成为国内外建筑抗震研究的热点，国际上已有FEMA P-58、REDi、USRC等多部建筑抗震韧性评价标准面世[3-5]，其中REDi标准是国际著名设计咨询公司奥雅纳(ARUP)牵头联合多家单位在FEMA P-58的基础上建立的一套3个等级、4个维度、65个指标的建筑抗震韧性指数评估体系。国内则于2020年开始实施《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)[6](简称《抗震韧性标准》)，该标准通过给定水准地震下的人员伤亡、修复费用和修复时间评价指标，判断房屋建筑维持与快速恢复建筑功能的能力。

《抗震韧性标准》给出了韧性指标的计算方法并提出了适应我国抗震设防标准体系的抗震韧性等级，当结构安全性已不再成为建筑抵抗地震灾害时的唯一需求时，维持建筑功能与实现建筑震后功能的快速恢复，会涉及到建筑中大量非结构系统和非结构构件的抗震性能问题。《抗震韧性标准》在这方面做了重要的基础性工作，该标准在国内抗震领域已产生重大影响，文献[7-10]从不同视角多方位地探讨了该标准在国内建筑抗震实践中的可执行性和可操作性。

对于遗产建筑，由于文物的不可再生特性，不仅需要关注结构的抗震安全，也要关注有历史价值的非结构构件在地震中的表现，目前一种尚在讨论中的观点认为[2]：对遗产建筑的三水准抗震策略，在中震条件下增加“重点保护部位轻微损伤”的要求，在大震条件下增加“重点保护部位不灭失”的要求。因此遗产建筑在结构安全性之外，当条件允许时有必要对建筑构件(包括非结构构件)进行更好的地震损伤控制，这个要求与《抗震韧性标准》指导思想是一致的。同时《抗震韧性标准》提供了更精细的建筑抗震性能化目标分析工具，如震后可恢复性指标以及加速度敏感型构件的地震易损性计算等。因此对于遗产建筑，无论是中震可修下对重点保护部位轻微损伤相关指标的量化，还是地震中不得损坏的其他非结构系统(如加速度敏感型的库藏文物柜)的韧性设计(如通过以硅胶阻尼器为核心的装置进行减隔震计算)，均可参考借鉴《抗震韧性标准》中的分析方法。

目前包括《抗震韧性标准》在内的国内外抗震韧性标准均不能直接应用于遗产建筑的抗震评估。一方面这些韧性评价标准所关注的震后建筑功能恢复能力并不能完全覆盖遗产建筑的关注点，另一方面人员损失、建筑修复时间和建筑修复费用等指标期望能在遗产保护行业获得足够的行业统计数据支撑尚有较大难度，而最关键的是遗产建筑生命周期的特殊性可能会要求完全不一样的评价策略。

然而，韧性这个词用于描述遗产建筑的抗震特性却是尤其贴切，它是遗产建筑在漫长生命周期中成功抵御不可测地震风险而顽强生存的必备品质。而在未来的时间进程中，遗产建筑也将基于原真性保护“最小干预”原则的要求，在其生命延续的不同时间节点以尽可能小的外界干预，维持住其最基本的抗震韧性需求。这与奥雅纳(ARUP)基于风险评估理论所提的城市韧性设计模型[11](图1)存在相通之处，即韧性设计依靠多次的较低水平干预以确保生命周期内的风险处于可接受水平。

以图1的城市韧性设计模型作为参考，图2构建了遗产建筑的抗震韧性风险控制模型，其中Δ T 定义为遗产建筑抗震韧性维系的基准周期，相关韧性风险控制模型试图在两个方面调解遗产建筑抗震评估中所遭遇的矛盾：

▲ 图2 遗产建筑的抗震韧性风险控制模型

▲ 图3 遗产建筑抗震韧性维系基准周期转换示意图

遗产建筑不仅未来的抗震韧性基准周期可能转换为50年甚至100年，当前现实条件下的抗震韧性基准周期也是基于可供选择的建筑抗震干预技术而进行动态匹配后确定的。

一般既有建筑的抗震鉴定是在明确的后续使用年限内单向性的抗震性能分析。与此策略不同，遗产建筑的抗震评估本质上是当下和未来时间进程的不同节点处对其抗震韧性维系能力的评估，以此确定是否可不断甚至无限延续其生命周期，脱离可适配遗产建筑保护需求的抗震干预技术去讨论遗产建筑的抗震评估是存在实践局限性的。故遗产建筑的抗震评估是关于允许干预技术的可选择空间和抗震韧性基准周期的确定这两者之间的动态互馈或耦合调谐的分析过程，即使在当前现实条件下其抗震韧性基准周期的确定也是如此：如果当前存在可适配的抗震干预技术(对遗产建筑原真性损害轻微却能大幅提升抗震性能，且具有与建筑重要性相匹配的所谓经济可行性)，当前起步的抗震韧性评估基准周期也完全可以确定为50年；否则应将当前韧性基准周期的目标降到40年或30年，再寻找当前是否存在适配的抗震干预技术；如果仍然不行，则将当前的韧性基准周期调整为20年或者10年，以此类推(图4)。这里的韧性基准周期允许缩减的背后逻辑依然显示了对遗产建筑抗震干预技术提出可逆性要求的指针意义，也意味着抗震干预技术可逆性评价在遗产建筑抗震评估体系中的独特地位。

当前现实条件下的抗震韧性基准周期可否进一步减小以逼近“零干预”，或者演变成“零干预”下的等待?前者遗产保护学界已有公开讨论 ^[13-14] ，后者则陷入遗产建筑抗震干预的“等待”悖论：“提前采取抗震措施其实是一把双刃剑，防护不可避免地会损害文物的真实性；到底是等一等，让文物的真实性能多留一天是一天；还是为了抵御未来某天可能的风险，抓紧时间做预防？全世界的文物保护界，恐怕都在这两种观点间徘徊犹疑，没有定论” ^[15] 。“零干预”的“等待”本质上是对小概率事件的侥幸预期，而不是科学的概率决策，一旦遭遇2008年四川汶川地震或者2015年尼泊尔加德满都地震等类似的地震，遗产建筑会遭遇不可挽回的毁灭性破坏，因此遗产建筑韧性基准周期应该给予明确的下限值控制。

一个合理的可近似确定基准周期下限取值的方法是：当以Δ T 作为抗震韧性维系的基准周期进行评估时，在Δ T 周期内遭遇100年一遇的地震(即100年设计基准期超越概率63%的多遇地震)时，必须能满足该韧性维系基准周期Δ T 内的“可修”性能目标(Δ T 韧性基准周期内10%超越概率的第二水准目标)。

文献[16]给出了重现期为 T _j 年( T _j =30、40、60、75、100年等)的地震烈度在 T 年内的超越概率公式：

遗产建筑保护在实践中面临较低的抗震允许干预水平与较高的抗震性能提升需求之间的冲突矛盾，遗产建筑的抗震评估本质上是随当前和未来的时间发展进程对遗产建筑在不同时间节点处所需的抗震韧性维系能力所进行的评估，而对遗产建筑基本抗震韧性的保持和加强能帮助其不断延续其生命周期。本文基于所提的遗产建筑抗震韧性维系基准周期，重构了遗产建筑抗震评估的技术路线，其特征为：

(1)  遗产建筑在其不断延续的生命进程中，其抗震韧性基准周期的取值应当是可扩增的，在合适的时间节点可将转换成更长的韧性基准周期进行评估，每个遗产建筑都应有反映其个体特征的韧性基准周期转换序列的专属图谱，不需追求建立反映抗震韧性维系进程的统一时程标准。

(2)  遗产建筑的抗震性能评估应当是基于被允许的抗震加固技术干预后而进行的抗震性能目标评估，抗震韧性基准周期的确定与现实条件下的技术选择是互馈并彼此调谐的，本质上是动态判定的过程，而抗震干预的技术可逆性评价在遗产建筑的抗震评估过程中也因此具有独特的地位。

方立新 ，结构工程博士，东南大学建筑学院教授，研究方向包括：历史建筑保护、既有建筑加固改造、建筑结构及数字设计等。主持完成三项国家自然科学基金面上项目，一项江苏省自然科学面上基金项目，参加多项科技部重点研发计划课题。出版著作2部，在Engineering Structures和JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH等SCI期刊及国内核心刊物上发表论文20余篇，参与设计的北京人民日报报刊综合业务楼获中国勘察设计协会优秀建筑结构专业一等奖及中国建筑学会建筑设计奖结构专业二等奖。

孙逊 ，东南大学建筑设计研究院有限公司总工程师，结构工程博士，教授级高级工程师，《建筑结构》编委。主持完成数十项建筑工程项目的结构专业设计，包括中国国学中心、北京人民日报报刊综合业务楼、郑州国际文化中心、青岛全民健身中心等，获中国勘察设计协会全国优秀工程勘察设计行业一等奖6项、二等奖11项、三等奖8项以及中国建筑学会、教育部、江苏省优秀建筑工程设计等奖项若干项。参与多项国家自然科学基金、支撑计划、重大专项等科研项目，发表论文逾40篇。目前兼住建部科技委超限高层建筑工程技术专业委员会委员、国家地震局地震易发区房屋设施加固工程技术专家组成员、中国勘察设计协会高校分会结构分会常务理事以及江苏省建筑工程抗震设防审查专家委员会委员等。（ 建筑结构·人物丨东大院孙逊：坚守，成就最好的自己 ）

李剑 ，东南大学建筑设计研究院有限公司工程师，毕业于东南大学结构工程专业，获硕士学位。主要从事复杂高层设计与研究工作，在国内核心刊物上发表论文4篇，获发明专利1项。