中日钢筋混凝土结构抗震鉴定标准的对比分析

张 力

(福建省建筑科学研究院 福建福州350025)

引 言

中国和日本一衣带水，同样是地震多发国家，但由于国民经济及技术发展水平不同，对房屋抗震的研究及抗震要求也存在差异。日本第一版的《既存钢筋混凝土结构建筑物的抗震鉴定标准》于1977年颁布实施，随后分别于1991年、2001年进行了修订，现行的鉴定标准为2001版的《既存钢筋混凝土结构建筑物的抗震鉴定标准·同解说》。该标准是日本长期应对地震灾害的实践经验积累以及多年的工程应用及研究成果的结晶，具有很高的抗震水准。中国第一版的抗震鉴定标准是在1976年唐山大地震后由国家建委抗震办公室主持编制的，于1977年12月正式颁布实施的《工业与民用建筑抗震鉴定标准》(TJ23－77)。1996年颁布实施了国家标准《建筑抗震鉴定标准》(GB50023－95)，针对建筑抗震设计规范TJ11－78实施以前设计建造的房屋进行抗震鉴定。2008年汶川大地震造成大量的房屋破坏和人员伤亡，暴露了原有抗震设计和抗震鉴定的一些不足，在总结多年的工程经验和科研成果的基础上，并考虑我国国民经济水平有了较大提高的因素，2009年7月1日，我国颁布实施了最新版的《建筑抗震鉴定标准》(GB50023－2009)，对既有建筑的抗震要求做了较为全面的规定。

1 日本抗震鉴定标准

1.1 适用对象及评定原则

该鉴定标准适用于正常设计施工建造的，原则上为5～6层以下(不超过31m)的中低层既有钢筋混凝土结构的建筑物的抗震鉴定。不仅可用于一般的既有建筑物和抗震加固后的建筑物，也可以用于新建建筑物从抗震鉴定角度确定其抗震性能。

建筑物抗震性能包含承重结构抗震性能和非承重结构抗震性能，以结构层为对象分纵横两个方向分别进行评定。根据计算精度不同，分为第一级评定、第二级评定及第三级评定，三级评定的精度依次提高。任一级的评定结果合格，均可判定鉴定对象的抗震性能满足要求。

非承重结构抗震性能是通过计算非承重结构的抗震指标IN进行抗震性能评定，IN是用以判断非结构构件是否塌落、破坏，从而影响人类生命安全或出逃路线安全的重要参数。

承重结构抗震性能是通过计算结构抗震指标Is，由下式进行判断:

其中Is为结构抗震指标，是根据楼层的竖向构件的抗侧变形能力及抗剪承载能力进行计算，并考虑结构形状和使用年限的影响进行修正而得到的一个连续量。Is0为结构抗震评定指标，Is0=ES·Z·G·U，是根据以往地震作用下受损建筑物的分析结果，以未来发生大地震时建筑物不致倒塌为原则确定的抗震评定基本指标ES，并考虑建筑物所在的地域特征Z、场地类型G以及使用功能U进行修正而得到的一个数值。

1.2 结构抗震指标Is

各楼层纵横方向上的Is由下式计算:

式中:E0为抗震能力基本指标，取决于该楼层的竖向抗侧力构件的破坏模式、抗剪承载能力和极限变形能力。SD为结构的体型折减系数，由平面形状的规则性、长宽比、平面凹凸、伸缩缝、楼板开洞(大小及偏置)、地下室的有无、层高的均一性、框支柱、质心和刚心的偏位及相邻层的刚度比共计十一项指标的乘积确定。T为使用年限系数，是考虑结构已使用年限及使用状况(裂缝、变形、老化等缺陷)等对建筑物抗震性能影响的折减系数。

1.3 抗震能力基本指标E0

抗震能力基本指标E0按下式确定:

式中Φ为楼层影响系数，Φ=(N+i)/(N+1)。C为结构承载能力指标，等于结构层抗剪承载能力与该层及以上各层重量总和的比值。F为延性指标，是根据不同构件类型的塑性变形能力对构件承载能力指标C的影响系数。

1.3.1 强度型抗震能力指标E0计算方法

当同一楼层由多个极限变形能力不同的竖向构件组成时，极限变形能力最小的脆性构件达到其极限剪力时，层剪力达到最大，构件破坏，其余构件不能继续承载，层剪力显著降低，具有脆性破坏特征，这种情况E0按下式计算:

式中C1和F1为极限变形能力最小的第一类竖向构件的结构承载能力指标和延性指标。Cj和αj为第j类竖向构件结构承载能力指标及其折减系数。C－F关系示意图(见图1)。

图1 强度型C－F关系图

1.3.2 延性型抗震能力指标E0计算方法

当同一楼层由多个极限变形能力不同的竖向构件组成时，极限变形能力最小的脆性构件达到其极限剪力时，脆性构件破坏，但其余构件还能继续承载，层剪力不会显著降低，其层抗剪承载能力由极限变形能力最大的延性构件控制，具有延性破坏特征。这种情况E0可按下式计算:

图2 延性型C－F关系图

C－F关系示意图(见图2)。

1.3.3 第一级评定阶段E0的计算方法

第一级评定时，按极限变形能力将竖向构件分成3类:短柱、一般柱及墙。E0可按下式计算:

无短柱、墙，仅有一般柱时，CSC=CW=0，

无短柱，有墙、一般柱时，CSC=0，

图2 延性型C－F关系图

所有三类构件均有时，

式中:α1、α2、α3为抗剪承载能力折减系数，一般可取0.7、0.7、0.5。

CSC、CC、CW为短柱、一般柱及墙的结构承载能力指标，采用混凝土抗剪强度与截面积的乘积计算得到的构件抗剪承载能力与该楼层及其上所有楼层重量的比值，并考虑混凝土强度等级的影响进行修正。

FSC、FC、FW为短柱、一般柱及墙的延性指标，分别取0.8、1.0、1.0。

第一级评定为粗略估算，计算简单，只考虑各竖向构件的抗震承载能力，不考虑变形影响，评定结果偏于保守。

1.3.4 第二级评定阶段E0的计算方法

第二级评定时，将梁和楼板的刚度假设为无限大，根据设计规范公式或经验公式计算柱、墙在水平荷载作用下的极限破坏模式，即是剪切破坏还是弯曲破坏，将竖向构件分成五类，分别为脆性柱、剪切柱、剪切墙、弯曲柱和弯曲墙。对应于极限破坏时的最大剪力即为构件的抗剪承载能力QU。

脆性柱、剪切墙的延性指标F分别取0.8、1.0，剪切柱、弯曲柱和弯曲墙的延性指标F可通过楼层屈服位移角、标准层间位移角以及构件屈服时的层间位移角通过计算求得。

根据求得的五类构件的延性指标，将所有该层的竖向构件分组，最多不超过三组。各组的结构承载能力指标C由该组的所有构件的抗剪承载力QU除以其上楼层总重量求得，Cj=ΣQUj/ΣW。取该组构件的延性指标最小者作为该组延性指标Fj。根据各组延性指标F按从小到大的顺序，记为(C1，F1)、(C2，F2)、(C3，F3)，按照脆性柱的分布情况按式(4)或式(5)计算抗震能力指标E0。式(4)中的αj根据构件的破坏模式和屈服时的层间位移角等参数求得。

第二级评定中，构件的分类、抗剪承载能力以及延性指标均较第一级评定更为精确，因此其评定结果也比第一级评定具有更高的可靠性。

1.3.5 第三级评定阶段E0的计算方法

第三级评定时，假定梁柱节点为刚性节点，考虑梁板构件的影响以及墙体因基础上浮引起倾覆转动的影响等因素，较第二级评定增加了三类构件，分别是剪切梁控制的柱(柱的抗侧承载能力由梁剪切破坏控制)、弯曲梁控制的柱(柱的抗侧承载能力由梁弯曲破坏控制)、倾覆墙(墙底基础上浮破坏先于墙弯曲破坏或剪切破坏)。E0的计算过程与第二级鉴定类似，不同之处主要有:

(1)新增3类竖向构件的强度指标和延性指标计算;

(2)利用杆端弯矩分配法计算竖向构件的极限承载力，并依此判断破坏模式;

(3)可计入梁柱节点对拉结破坏或剪切强度的影响;

(4)为了避免局部楼层率先破坏，确保发生结构整体破坏(比如梁或墙底的弯曲屈服或墙体倾覆等)，对结构基本抗震性能指标E0进行了修正:

第三级鉴定对构件的划分更为精细，对构件的破坏模式的计算分析更为精确，与结构实际受力和变形状态更为接近，因此其评定结果也比第一级评定、第二级评定具有更高的可靠性。

1.4 抗震评估流程

2 中国抗震鉴定标准

2.1 适用对象及评定原则

该鉴定标准适用于抗震设防烈度为6～9度地区的现有建筑的抗震鉴定，不包含古建筑和行业有特殊要求的建筑。不适用于新建建筑工程的抗震设计和施工质量的评定，不能作为新建工程未执行设计规范的借口。

由于建筑物的建造年代不同，其后续使用年限也存在差异，从后续使用年限内具有相同概率保证的角度考虑，将现有建筑物划分为A类、B类和C类，其后续使用年限分别按30年、40年和50年考虑，地震作用的相对比例大致为0.75:0.88:1.00，对抗震性能的评定依次更加严格。一般上世纪80年代及以前建造的房屋最低应按A类考虑，90年代建造的房屋最低应按B类考虑，2001年以后建造的房屋按C类考虑。

现有钢筋混凝土房屋的抗震鉴定，应按结构体系的合理性、结构构件材料的实际强度、结构构件的纵向钢筋和横向箍筋的配置和构件连接的可靠性、填充墙等与主体结构的拉结构造以及构件抗震承载力的综合分析，对整幢房屋的抗震能力进行鉴定。当梁柱节点构造和框架跨数不符合规定时，应评为不满足抗震鉴定要求;当仅有出入口、人流通道处的填充墙不符合规定时，应评为局部不满足抗震鉴定要求。

A类钢筋混凝土房屋应进行综合抗震能力两级鉴定。当符合第一级鉴定(抗震措施鉴定)的各项规定时，除9度外应允许不进行抗震验算而评为满足抗震鉴定要求;不符合第一级鉴定要求和9度时，除有明确规定的情况外，应在第二级鉴定中采用屈服强度系数和综合抗震能力指标的方法作出判断。

B类钢筋混凝土房屋应根据所属的抗震等级进行结构布置和构造检查，并应通过内力调整进行抗震承载力验算;或按照A类钢筋混凝土房屋计入构造影响对综合抗震能力进行评定。

C类钢筋混凝土房屋应严格按照现行建筑抗震设计规范规定的抗震措施及抗震计算方法进行抗震鉴定。

当砌体结构与框架结构相连或依托于框架结构时，应加大砌体结构所承担的地震作用，对砌体结构进行抗震鉴定;对框架结构的鉴定，应计入两种不同性质的结构相连导致的不利影响。

2.2 A类建筑抗震鉴定

A类建筑房屋高度不应超过10层，分二级进行抗震鉴定，第一级为抗震措施鉴定，主要包括结构体系、材料强度、钢筋配置、框架填充墙体的拉结构造等，按建筑物所在地区的抗震设防烈度及所在的场地类型，确定抗震措施的要求。当第一级鉴定满足标准要求时，可评定为该建筑物抗震性能合格。否则根据抗震措施存在的具体问题，直接评为抗震性能不合格(进行加固或其他措施)，或进行第二级鉴定。第二级鉴定主要进行结构在多遇地震作用(小震)下的结构承载力验算，可以通过整体建模计算并考虑地震作用的折减、构造影响及损伤影响等因素，当所有构件承载能力均满足要求时，可评为抗震性能合格。也可进行简化计算，通过计算楼层综合抗震能力指数β进行评定，当β≥1.0时，抗震性能评定为合格。β按下式计算:

式中ψ1、ψ2分别为体系影响系数和局部影响系数，根据第一级鉴定结果进行取值，当结构存在损伤时，尚应进一步折减。ξy为楼层屈服强度系数，Ve为楼层弹性地震剪力，Vy为楼层现有受剪承载能力(标准值)，假设梁板在楼面内刚度无限大，按下式计算:

式中Vcy为框架柱层间现有受剪承载力之和，Vmy砖填充墙框架层间现有受剪承载力之和，Vwy为抗震墙层间现有受剪承载力之和。

承载能力验算或综合抗震能力指数β计算时，场地特征周期取值较现行抗震设计规范(设计基准期为50年)小0.05～0.15秒，地震作用分项系数取1.0，构件内力不进行调整，抗震鉴定承载能力调整系数γRa取0.85γRE。抗震措施要求与现行抗震设计规范相比降低较多。

2.3 B类建筑抗震鉴定

B类建筑分别从抗震措施鉴定和抗震承载力验算两个方面对结构抗震性能进行评定。抗震措施鉴定首先根据建筑物所在地区的设防烈度、房屋高度及结构类型确定结构抗震等级，根据结构不同抗震等级(一～四级)及不同结构类型(框架结构、框架抗震墙结构及抗震墙结构)的具体要求，对结构体系、材料强度、构件钢筋配置、节点钢筋配置、填充墙体布置及拉结构造等进行鉴定，较A类建筑要求更为细致和严格。抗震承载力验算时，若抗震措施存在不满足要求的条款时，必须考虑对抗震承载力进行折减，参考A类建筑进行抗震综合能力评价，若建筑物属于乙类框架结构，尚应进行变形验算。

承载力验算时，场地特征周期取值较现行抗震设计规范(设计基准期为50年)小0.05～0.15秒;构件内力按鉴定标准进行调整，但其调整系数小于现行设计规范。抗震措施要求较现行抗震设计规范略低。

2.4 抗震鉴定流程

3 中日鉴定标准对比分析

通过对中国《抗震鉴定标准》(GB50023－2009)及日本的《既存钢筋混凝土结构建筑物的抗震鉴定标准·同解说》2001版的抗震理念及评定方法的研究分析，不同之处主要有以下几点:

(1)日本的鉴定标准对既有建筑物的抗震性能要求同现行抗震设计规范一致，对新旧建筑采用统一的标准，因此也适用于新建建筑的抗震性能评定。中国的鉴定标准根据建筑物的建造年代，将建筑物按后续使用年限进行分类，对于不同分类的建筑物采用不同的抗震评定标准进行抗震性能鉴定，对于早期建造的房屋(A类和B类)的抗震评定标准低于现行抗震设计规范，同时规定不能采用该标准对新建建筑进行抗震性能评定。

(2)日本鉴定标准是以建筑物的现状为出发点，根据建筑物结构布置、材料性能、构件承载能力、构件的变形能力等参数，以层破坏模式推定其实际能抵抗的地震作用大小。中国鉴定标准主要从设计的角度(A类建筑第二级鉴定除外)，以建筑物必须达到的抗震措施和抗震承载力来对建筑物的结构及构件进行复核。

(3)日本鉴定标准将建筑物的各项影响建筑抗震性能的项目及评定标准全部量化，计算得到结构抗震指标Is及结构抗震评定指标Is0，整个抗震评定体系可操作性较好。我国鉴定标准更侧重于从抗震概念上对结构抗震性能作出评价，评定体系由抗震措施复核和抗震承载力验算两方面组成。

(4)日本鉴定标准根据楼层侧向变形协调，以变形能力最小的构件为基准确定楼层极限承载能力，对变形能力大的竖向构件的抗侧承载能力进行折减［公式(4)］。中国鉴定标准A类建筑物的楼层抗剪承载能力计算公式(10)中，是以变形能力较大的框架柱为基准，对于变形能力较小的抗震墙、砖填充墙框架则考虑其已发生破坏后的残余承载能力(按70%考虑)。

4 结语

日本抗震鉴定标准对不同时期建筑物的抗震性能评定采用统一标准，使得最新的抗震研究成果得以推广应用，修正早期标准和认识的不足，地震发生时，不同时期建造的房屋能够具有相同的抗震水准，可更加有效地保证生命及财产安全。日本对结构抗震性能的评定基于实际震害经验的大量统计分析得到的结构层破坏模式、结构抗震能力基本指标等理论和量化指标，值得我国抗震鉴定借鉴和学习。

［1］GB50023－2009，建筑抗震鉴定标准［S］.

［2］菅野俊介.日本既有钢筋混凝土建筑物的抗震能力评估［M］.日本:国际地震学与地震工程研究所2011中国抗震研修课程讲义，2011.

［3］罗琨.中日欧现有建筑抗震性能评估方法比较研究［R］.北京交通大学，2011.

［4］王玮，曹清，贾开.日本建筑的抗震加固评估标准及加固方法［J］.建筑结构，2010，40(6).

［5］周平槐.日本既有钢筋混凝土建筑抗震鉴定方法［J］.建筑结构，2012，42(8).