史铁花、王翠坤：基于普查的既有建筑抗震隐患评价技术·指明关键因素、建立计算公式，并试点应用予以证明！

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引 言

我国地处世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，整体地震灾害形势较为严峻。自2008年以来，相继发生了汶川地震、雅安地震、玉树地震、果洛地震等多次严重破坏性地震，损失较大。

在国务院的统一部署下，我国于2020年至2022年开展了为期三年的第一次全国自然灾害综合风险普查 ^[1] ，其中房屋建筑作为与人民生命财产安全关系最为密切的承灾体，得到了全面调查。此次普查不但摸清了我国房屋建筑底数，更获取了每栋房屋30多项信息指标 ^[2-3] 。为进一步了解我国房屋建筑整体结构抗震安全隐患情况，本文通过梳理总结新中国成立以来抗震相关标准的编制及应用情况，深入分析研究影响既有建筑抗震性能的主要因素，结合本次普查数据研究制定既有建筑抗震隐患评价技术要点、计算方法，提出影响建筑抗震隐患的关键参数，并应用编制的相关技术导则 ^[4] 进行试点应用。研究成果为摸清我国灾害风险底数以及防灾减灾政策的制定提供了科学数据支撑。

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我国抗震相关标准的发展历程

我国城镇房屋通常依据当时的抗震相关标准进行设计建造，因而要研究我国房屋建筑的抗震隐患情况，各个时期的抗震标准的分析和梳理必不可少。我国建筑抗震相关标准，经历了从无到有、从少到多、从个别到系列化的发展过程。20世纪50年代初成立了专门的研究机构，但由于强烈地震的复发周期长，经济条件有限，在1976年唐山大地震以前，建筑物无系统的抗震措施或抗震措施不足。严重的地震灾害推动了建筑抗震研究和规范标准的制定。本节就抗震设计规范发展历程、地震区划图的调整演变、建筑抗震设防类别标准的变化、抗震鉴定与加固标准的制定发展四个方面来阐述我国既有建筑抗震防灾性能的状况和发展变化。

1.1  建筑抗震设计规范制修订

我国分别于1959年和1964年两次起草并于1964年完成了《地震区建筑设计规范草案》，但未颁布实施 ^[5] 。1966年邢台地震后，编制了《京津地区建筑抗震设计暂行规定》，作为地区性的抗震设计规定。此后，我国华北、西南、华南地区大地震频发，根据地震形势和抗震工作的需要，1974年完成并颁布了第一本全国性抗震设计规范，即《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—74）（试行）（简称74抗震规范），这是一本初级的、设防水准较低的规范，仅有一些简单的规定。第二本是1978年发布的《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ 11—78）（简称78抗震规范），此规范在74抗震规范基础上做了一些提高和改进，但其设防水准也还较低。 上述两本规范设防烈度均为7~9度，6度和6度以下为不设防。第三本是1989年发布的《建筑抗震设计规范》（GBJ 11—89）（简称89抗震规范）,此规范将6度首次列为设防烈度。89抗震规范总结了唐山大地震的大量震害经验，对78抗震规范进行了系统的改进，提出抗震设计应符合“概念设计”原则，明确“三水准、二阶段”的设计思想，使房屋的抗震设计有了较大的提高和完善。第四本规范是2001年发布实施的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）（简称01抗震规范），此规范依据我国经济发展国情，适当提高了抗震设防标准，2008年5.12汶川地震后，对其作了局部修订。第五本规范是2010年12月1日正式实施的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（简称10抗震规范），此规范全面总结震害经验，进一步完善了抗震设计要求等内容，在《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）发布后，2016年对其进行了局部修订，为目前建筑抗震设计的现行版本 ^[6] 。

1.2  地震区划图的调整

我国经历了五代地震区划的编制。第一代、第二代为地震烈度区划图：1957年完成了新中国第一代地震区划图的编制工作，将全国地震烈度划分为Ⅴ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度及以上5个等级，是我国地震区划图的雏形；第二代地震区划图于1977年发布，吸收了1966年邢台地震的经验和成果，明确了基本烈度的概念，将全国地震烈度划分为小于Ⅵ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度和大于等于Ⅹ度等6个等级。1990年完成的第三代区划图为危险性概率法烈度区划阶段，首次以超越概率的形式定义了地震基本烈度，将全国地震烈度划分为Ⅴ度、Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度及以上5个等级。第四代、五代为地震动参数区划阶段：2001年发布的第四代地震区划图《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001）采用地震危险性概率分析方法，并用地震动峰值加速度和反应谱特征周期双参数作为区划指标；2015发布的第五代地震区划图《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015） ^[7] 调整了地震动参数，采用了具有我国特点的地震危险性概率分析方法等，更精细地计算峰值加速度和反应谱特征周期。

1.3  建筑抗震设防类别标准的变化

建筑抗震设防类别是根据建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小、建筑功能失效后对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度以及城镇的大小、行业的特点等因素的综合分析确定的。我国第一本抗震设防分类标准是《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—95），将建筑分为甲类、乙类、丙类和丁类等抗震设防类别，并给出设防要求。第二本是《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—2004），此标准在综合震害经验的基础上，提高了如幼儿园等部分建筑的抗震设防类别。第三本也是现行标准《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—2008） ^[8] ，此标准考虑到我国经济已有较大发展，按照防震减灾法中“对学校、医院等人员密集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计”的要求，提高了一定规模的学校、医院、各类场馆、影剧院、商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施的抗震设防类别。

1.4  抗震鉴定与加固标准的制定发展

1966年邢台地震后，我国首先在北京、天津地区开展了房屋的抗震普查与鉴定工作，1968年形成了《京津地区工业与民用建筑抗震鉴定标准》（试行），于1975年9月正式试行 ^[9] ，这是我国第一本抗震鉴定标准。1976年唐山地震后，既有建筑抗震鉴定和加固得到重视，1977年颁布了《工业与民用建筑抗震鉴定标准》（TJ 23—77），此后直到1995年和1998年才正式颁布了《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023—95）、《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116—98）。汶川地震后，对以上两本标准进行了紧急修订，2009年颁布了《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023—2009） ^[10] 、《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116—2009） ^[11] ，以上两本标准也是现行标准。

总结以上四方面内容可知，我国的房屋建筑设计经历了从抗震不设防、有部分抗震措施到全面实施抗震措施几个阶段，即建于1974年前的既有建筑，基本没有进行抗震设计，也无针对抗震的相关措施，到20世纪80年代前，基本采用当时标准较低的74规范（部分房屋建筑设计采用78规范，标准有所提高但设防仍然偏低），由此可见，在此之前设计建造且未经加固的房屋抗震能力明显不足。严格来说从1998年《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116—98）颁布后，抗震加固才有系统的标准可依。

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既有建筑抗震隐患评价的技术研究

抗震隐患即指建筑抗震能力可能不足、存在潜在危险，不满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标的风险大，地震时可能导致破坏。既有建筑抗震隐患评价是对量大面广的建筑的抗震安全进行的初步筛查 ^[12] ，类似日本抗震鉴定标准中的第1次诊断 ^[13-14] 及美国既有建筑抗震评估和改造ASCE41-17 ^[15] 的第一层次评估，不能代替抗震鉴定。评价结论有三种，即存在抗震安全隐患、可能存在抗震安全隐患、暂无抗震安全隐患。存在抗震安全隐患是被评价的建筑存在抗震安全隐患，需要依据相关标准要求进行抗震鉴定及采取相应措施。可能存在抗震安全隐患是指尚不能判定被评价的建筑无抗震安全隐患，需要进一步进行详细结构抗震鉴定才能确定。暂无抗震安全隐患是指被评价的建筑在现状情况下初步判为暂时没有抗震安全隐患，目前满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防要求。

建筑抗震隐患主要考虑两方面因素，即地震作用（或抗震设防要求）与抗震能力，也即需求与能力。中华人民共和国防震减灾法第三十五条规定“......应当按照地震烈度区划图或者地震动参数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防....”，故建筑抗震隐患除了与前面所述的各时期的抗震标准系列要求及其执行情况相关外（影响因素还随着建筑使用年限的延长和使用状况的变化而增多），还与抗震需求密切相关，即随着地震区划图的调整变化，各地设防烈度、基本地震加速度、设计地震分组的调整对房屋的抗震能力提出不同要求，建筑抗震能力若与其不能匹配，会造成新的抗震隐患出现。

2.1  影响既有建筑抗震隐患评价的主要因素

首先，从1节我国抗震相关标准的发展历程可知，我国既有建筑的抗震能力与其设计建造年代密切相关，建于20世纪80年代之前的建筑，或无抗震设防或抗震设防偏低，难以达到目前既有建筑的抗震设防要求，直到89抗震规范范与第三代地震区划图颁布设施后，按照上述标准设计建造的建筑才有较为系统的综合抗震能力 ^[16] ，因而既有建筑“建造年代”与抗震隐患评价密切相关。其次，既有建筑是否进行了专业设计和正常维护也与抗震隐患有着关系密切。未经专业设计建造的房屋，其抗震能力没有保障（历次震害也表明，未经正规设计的建筑震害突出），需要进一步进行抗震鉴定加固；未能正常维护的建筑存在抗震隐患可能性较大，如经过结构改造却未经鉴定加固，这类房屋正常使用情况下都可能存在安全隐患，如2019年上海长宁区正在改建的厂房（4S店）坍塌事故等，故“建造维护”与抗震隐患评价密切相关。此外，按照不同的加固标准加固的房屋有不同的抗震设防能力，因此“加固时效”也是抗震隐患评价需考虑的因素。再者既有建筑本身的安全现状及抗震措施落实状况也与是否有抗震隐患密切相关。最后，建筑抗震隐患与抗震设防要求息息相关，而地震区划图的调整和各地设防烈度、基本地震加速度、设计地震分组的调整以及抗震设防类别的调整对房屋的抗震能力提出不同要求，这些都是既有建筑抗震隐患评价需考虑的因素。

2.2  基于普查的既有建筑抗震隐患评价技术要点

    注： F ₂ 为建造年代加固时效指数； F ₁ 为抗震设防加固时效指数。

未经专业设计建造的建筑存在静力和抗震隐患的风险较大，调查表明，近年来发生的重大倒塌事故的建筑几乎都未经专业设计，故未经专业设计建造或专业加固、改造未经鉴定加固的房屋存在抗震安全隐患可能性大，建造维护指数 M 在0~0.2之间，减隔震等构件未按设计要求维护的建筑，可视维护的具体情况进一步判断，可能存在抗震隐患，故 M 取0.5。

1980年前加固的建筑尚无加固标准依据，抗震能力不能保障，建造年代加固时效指数 F ₂ 取0，我国第一本完善的抗震加固标准1998年颁布实施，此后加固的建筑具备一定抗震能力，可初判暂无抗震安全隐患，故建造年代加固时效指数 F ₂ 取0.8~1，2015年第五代地震区划图实施后，全国约40%区县的抗震设防烈度提高，在抗震设防烈度提高地区，2015年前经专业抗震加固的建筑，其抗震设防加固时效指数 F ₁ 取值均为0。

从抗震设防要求及设计建造过程来看，一般情况下抗震设防烈度或类别提高后，既有建筑难以满足新的设防要求，存在抗震安全隐患的可能性大，《既有建筑鉴定与加固通用规范》（GB 55021—2021） ^[18] 第2.0.2条规定，当原设计未考虑抗震设防或抗震设防要求提高时，应对既有建筑进行鉴定，故这些房屋建筑抗震设防指数 S 取值0~0.3。抗震设防要求提高后已加固的房屋，该项指数可与抗震设防加固时效指数 F ₁ 相加。

建筑结构特征指数按照不同结构类型不同宏观抗震措施的符合程度在0~1间取值，如重点设防类建筑为内框架、底层框架砖房、底层框架-抗震墙砖房、单跨框架之一的直接取0，如有多项措施要求的既有建筑整体的建筑结构特征指数 C 则取其各项指数的乘积，如多层砌体房屋的外观质量、层数高度、结构体系等各项都符合要求的 C 均为1，乘积也为1。限于篇幅本文不再一一罗列。

2.3  抗震隐患评价试点应用

为进一步证实上述方法和公式的适用性和科学性，对式（2）进行了软件开发，并在全国房屋普查平台上进行了几个地区城镇房屋的抗震隐患评价，筛选出有抗震隐患既有建筑面积占比（即有抗震隐患的既有建筑总建筑面积与该地区既有建筑总建筑面积之比），结果如图2~4所示。

▲ 图2 甲地有抗震隐患既有建筑面积占比

▲ 图3 乙地有抗震隐患既有建筑面积占比

▲ 图4 丙地有抗震隐患既有建筑面积占比

复盘2008年5.12汶川8级地震，本研究成果也可得到验证，当时汶川县抗震设防烈度为7度（0.1g），而震中附近地震烈度达11度，远超过当地抗震设防烈度（相当于值偏低），故大量建筑严重损毁甚至倒塌，因而5.12汶川地震也成为新中国成立以来破坏性最强、灾害损失最重的地震。而在震中以外地震烈度接近或略超抗震设防烈度的区县，经过专业设计建造和抗震加固的房屋（ M、F 值较高）都经受住了地震的考验，同样一些存在结构缺陷（如存在薄弱层或软弱层，值偏低）的房屋都有不同程度的损坏现象。

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结论

经2020年我国开展的第一次全国自然灾害综合风险普查，首次形成调查、评估、区划和管理的全链条技术体系，其中对全国的房屋建筑进行抗震隐患评价是其中的评估内容之一，具有重要的意义。通过对这次普查成果的梳理总结和研究分析，得出如下结论：

（1）提出了一种基于建造维护、建造年代、建筑加固时效、建筑结构特征、建筑抗震设防情况等的既有建筑抗震隐患评价技术方法，创建了计算公式，并通过全国试点地区应用和震害验证，证明了该技术方法的科学性、合理性和可实施性。

（2）我国既有建筑的抗震隐患与建造年代密切相关。建于1980年及之前的建筑（进行过抗震加固建筑的除外），由于尚无抗震相关设计标准或标准水准较低，存在无抗震措施或抗震措施不足的现象，因而存在抗震隐患。

（3）既有建筑的抗震隐患还与其设计建造及维护情况密切相关。少数未经专业设计或未能正常维护的建筑，其在正常使用情况下就可能存在安全隐患，地震下其隐患将进一步加剧。

（4）既有建筑的抗震隐患还与是否加固及加固的时间密切相关，一些存在抗震隐患的建筑，经过科学合理加固可以提高其抗震能力。

（5）既有建筑的抗震隐患还与建筑本身的结构特征相关，如结构类型是否合理，传力路径是否明确，是否已存在有裂缝、倾斜变形，是否超过规范规定的层数和高度等。

（6）既有建筑的抗震隐患与抗震需求密切相关，所谓抗震隐患就是抗震能力无法达到需求，具体就是与当地的抗震设防烈度、类别及其变化情况相关。

参考文献