地震安全性評(píng)價(jià)教程

1、第一篇總則第一章工程地震與地震安全性評(píng)價(jià)1.1 工程地震與地震安全性評(píng)價(jià)在地震工程中的作用地覺學(xué)研究與地震有關(guān)的科學(xué)問題，包括：地震成因、震源力學(xué)、地震波及其在地球介中的傳播、地震發(fā)生的規(guī)律、地震預(yù)報(bào)、地震災(zāi)害與對(duì)策和工程地震等。僅就直接為社會(huì)減災(zāi)服務(wù)面言，它至少有三方面的內(nèi)容，即：地震預(yù)報(bào)、地震工程和地震社會(huì)學(xué)。短臨地震預(yù)報(bào)的主要目的在于減少人身傷亡和啟動(dòng)應(yīng)急數(shù)災(zāi)對(duì)策，中長期地震預(yù)報(bào)的目的則在于為地震工程和社會(huì)減災(zāi)提供設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，顧名思義，地震工程考慮地震危害性的工程問題，它可以分為工程地震和工程抗震兩個(gè)方面。工程地震以中長期地震預(yù)報(bào)結(jié)果為依據(jù)，提供一個(gè)工程或地區(qū)在其設(shè)計(jì)壽命中可能遭遇的地震危

2、險(xiǎn)，作為工程抗震的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)或依據(jù)，以保證工程的安全性。對(duì)于一般工程，這一結(jié)果以全國或大區(qū)的地震區(qū)劃圖的形式給出，對(duì)于單項(xiàng)重大工程，需要以具體工程場地的地震安全性或危險(xiǎn)性的形式給出，對(duì)于面積較大的大中城市、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、或鋪設(shè)線長或占地面廣的生命線工程，則應(yīng)以地震小區(qū)劃的形式給出?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)由法規(guī)性的文件加以規(guī)定，如全國地展烈度區(qū)劃圖和經(jīng)過審查批準(zhǔn)的專項(xiàng)文件，以及有關(guān)工作規(guī)范或規(guī)定。工程抗震設(shè)計(jì)，則應(yīng)用結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析估計(jì)工程的抗震能力，再按照給定的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程抗震設(shè)計(jì)。工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是工程抗震設(shè)計(jì)的法規(guī)性規(guī)定。地震社會(huì)學(xué)研究的是地震引起的社會(huì)問題，本應(yīng)是與地震工程學(xué)并列的一個(gè)學(xué)科分支

3、，但由于其發(fā)展晚于地震工程學(xué)半個(gè)世紀(jì)，又由于重要的地震社會(huì)問題多由工程震害所引起，故地震工程學(xué)與地震社會(huì)學(xué)兩者的科學(xué)技術(shù)活動(dòng)常合并進(jìn)行。甚至有不少人認(rèn)為地震工程學(xué)也包括地震社會(huì)學(xué)與社會(huì)地震學(xué)。社會(huì)地震學(xué)研究的是與社會(huì)有關(guān)的地震學(xué)，它包括地震預(yù)報(bào)與工程地震學(xué)；而地震社會(huì)學(xué)則包括震害預(yù)測與抗震減災(zāi)，其中震害既包括經(jīng)濟(jì)抵失，又包括人身傷亡，還可以包括社會(huì)地震學(xué)。上述關(guān)系川以簡略地用圖1.1.1表示。地震工程學(xué)與地震社會(huì)學(xué)密不可分的原因還有兩個(gè)，第一，廣義而言，工程向題也是社會(huì)問題，社公損失主要由工程震害所引起；第二，這兩個(gè)問題都可以用下述公式傳示其主要內(nèi)容：災(zāi)害(RSK)=fe險(xiǎn)度(HZD)*抗實(shí)能

4、力(VUL)(1.1.1)*損傷LS)*社公環(huán)境(SOC這一公式不僅可以包括工程與社會(huì)(其破壞足以引起災(zāi)害的自然環(huán)境、工程及社會(huì)環(huán)境，又常合稱為承災(zāi)體)，還可以包括地震以外的其它災(zāi)種。式中災(zāi)害(damage,risk)表示某一災(zāi)種(地震、風(fēng)、洪水或其他)引起的社會(huì)總損失，危險(xiǎn)性或危險(xiǎn)度(hezard)表示某一災(zāi)種的可能大小或設(shè)防所采用的標(biāo)準(zhǔn)值(如地震烈度或地震動(dòng)加速度、速度、反應(yīng)譜或其概率)，對(duì)將興建的工程而言，即為抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。它與當(dāng)?shù)氐卣瓠h(huán)境有關(guān)，其大小的選擇取決于設(shè)防水平:方括號(hào)的下標(biāo)i表示社會(huì)環(huán)境的第i個(gè)項(xiàng)目(如某一種房屋、地下管線，或某一種社會(huì)組織關(guān)系，如抗震減災(zāi)組織系統(tǒng)、石油生產(chǎn)線

5、)的內(nèi)容；抗災(zāi)能力(vulnerability)在學(xué)科上稱為易損性，即某一項(xiàng)目抗御災(zāi)害的能力，一般可以表示為在各種地震烈度或地震動(dòng)下的各種破壞在度的可能性或概率，它通常用矩陣形式表示，故稱破壞概率矩陣，損傷(loss)常用雙指標(biāo)，即在工程或社會(huì)的各種破壞程度下的傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失。社會(huì)環(huán)境(society)是社會(huì)自然和人為環(huán)境財(cái)富的總稱，其中包括硬財(cái)富，如工程和土地，也包括社會(huì)組織功能和系統(tǒng)。式1.1.1不僅可以用來估計(jì)災(zāi)害損失，還可以用來表示工程抗震設(shè)計(jì)和抗震鑒定加固等減災(zāi)措旅決策。如根據(jù)損失估計(jì)，可以選擇更適當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，從而調(diào)整工程社會(huì)系統(tǒng)抗震能力，以得到可以接受的損失程度。對(duì)于已有

6、社會(huì)環(huán)境項(xiàng)目，可以根據(jù)其現(xiàn)有抗震能力，估計(jì)其可能的損失，從而決定是否要加固，對(duì)于一個(gè)地區(qū)或社會(huì)，可以進(jìn)行各社會(huì)環(huán)境項(xiàng)目的震害預(yù)測，發(fā)現(xiàn)社會(huì)環(huán)境中的薄弱項(xiàng)目，決定提高其抗震能力的先后順序。社會(huì)中自然環(huán)境抗震能力的改變，有時(shí)可以對(duì)某個(gè)災(zāi)種的危險(xiǎn)度有重大影響，如興建大型水庫有可能誘發(fā)地震，從而增加地震危險(xiǎn)度；改善自然植被環(huán)境，可以減輕洪澇災(zāi)害。上述這些關(guān)系可以用線圖在公式中表小。式(1,1,1)認(rèn)為各社會(huì)環(huán)境項(xiàng)目之間相互獨(dú)立無關(guān)，所以，此式是線性的。但在現(xiàn)代社會(huì)中，社會(huì)環(huán)境項(xiàng)目之同相互影響強(qiáng)烈而復(fù)雜，各項(xiàng)生產(chǎn)系統(tǒng)之間相互依存，供銷關(guān)系鏈形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，需要用非線性的關(guān)系代替上述線性關(guān)系，即在上式中引入

7、一些求積號(hào)n.從而引入下述這樣的因子：RSK,(RSK,)或P(RSK,)xPCRSK,)(1.1.2)其中，園括號(hào)表示函數(shù)關(guān)系。這一節(jié)的目的在于指明：工程地震問題指的主要是與抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)或地震危險(xiǎn)性有關(guān)的問題。為此，除地震活動(dòng)性外，還必須理解工程和社會(huì)對(duì)地震的要求，再以此為目的，根據(jù)地震中長期預(yù)報(bào)的方法，估計(jì)場地的地震危險(xiǎn)度。更具體地說，第一，根據(jù)工程或社會(huì)的特點(diǎn)，首先決定用什么物理量來表示地震動(dòng)。如對(duì)一般房屋的震害估計(jì)，可以采用地震烈度；而對(duì)房屋工程的抗震設(shè)計(jì)則要給出地震動(dòng)加速度和地震烈度；對(duì)于重大工程的抗震設(shè)計(jì)，就還要提出場地地震相關(guān)反應(yīng)譜；對(duì)于地下直埋管線，則應(yīng)給出地震動(dòng)速度或地震動(dòng)位

8、移，由此導(dǎo)出地震時(shí)的地基變形；對(duì)于高聳或長跨等柔性結(jié)構(gòu)，則要注意給出長周期反應(yīng)譜或地震動(dòng)速度或位移。第二，報(bào)據(jù)地質(zhì)活動(dòng)性和場地工程地質(zhì)條件，給出場地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的估計(jì)值，即抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)工程的理解，包括對(duì)一般工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的理解，以及對(duì)特殊和重大工程的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的理解，止匕外，再加上對(duì)地震危險(xiǎn)性分析的熟悉，才能對(duì)各種各樣的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)作出合理的科學(xué)的估計(jì)。除地震危險(xiǎn)性分析估計(jì)外，工程地震還包括另外一項(xiàng)重要工作，即場地地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)。場地地震動(dòng)安全性評(píng)價(jià)和場地地震地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)兩者合起來就是工程場地地震安全性評(píng)價(jià)工作，也就是抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容。本書以工程為主要對(duì)象，

9、評(píng)價(jià)具體場地的工程地震問題稱為工程場地地震安全性評(píng)價(jià)。1.2 抗震設(shè)計(jì)與抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的目的是使工程在承受所考慮的荷數(shù)(如以力表示的工程結(jié)構(gòu)物的自重，可移動(dòng)物如車輛，貨物、人等的重量)或作用(如以變形或運(yùn)動(dòng)量表示的溫度、地震動(dòng)等)下具有一定的安全性。因此，抗震設(shè)計(jì)會(huì)涉及到地震作用和工程或社會(huì)安全性兩方面的問題?？拐鹪O(shè)計(jì)中考慮的地震作用包含三方面的內(nèi)容：第一，地震作用的大小或強(qiáng)弱；第二，所考慮地震作用的可能性(或概率)及其頻繁程度（常溫或罕溫）；第三，地震作用的動(dòng)態(tài)特征，工程安全性包話上程達(dá)到何種安全程度為宜，下面分別介紹這些內(nèi)容。1.2.1 地震作用的強(qiáng)明地震作用的強(qiáng)弱過去大多是通過地震烈度

10、（I）的大小來表示的（見第18.3節(jié)）在抗震設(shè)計(jì)中再通過近似的關(guān)系將烈度換算為設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度（a或a/g,g為地球的重力加速度），用如圖18.5.3所示，現(xiàn)在，國內(nèi)外的抗震設(shè)計(jì)都普遍接受反應(yīng)譜理論，即認(rèn)為地震動(dòng)像聲音一樣。由不同而復(fù)雜的頻率成分所組成，在反應(yīng)譜理論中，還要考慮反應(yīng)譜隨地震的大小、遠(yuǎn)近和工程所在場地的地質(zhì)條件而改變形狀大小，為了表示反應(yīng)譜形狀和大小的變化。至少要求用兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)來近似表示反應(yīng)譜，一個(gè)參數(shù)表示反應(yīng)譜大小，另一個(gè)參數(shù)表示反應(yīng)譜的形狀（如肥瘦和上要頻段）。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范就是這樣的，如圖2.2.1所示，我們用加速度反應(yīng)最大值amax=（u/g）Bmax表示譜的大

11、小，用特征周期Tg表示譜的肥瘦。這里Bmax為高測部分反應(yīng)譜的放大倍數(shù)。這種考慮反應(yīng)譜和隨地震大小遠(yuǎn)近和場地條件而變的反應(yīng)譜，是近幾十年國際抗震理論發(fā)展的成果，我國從60年代中起就處于國際領(lǐng)先的地位。它將原來認(rèn)為地震作用只是一個(gè)僅有大小強(qiáng)弱之分的靜力理論，發(fā)展到必須考慮地震作用動(dòng)態(tài)特征的動(dòng)力理論?，F(xiàn)在我國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中所采用的地震烈度只和地震動(dòng)加速度（k-a/g或ama%有關(guān)，而與頻譜（如譜形參數(shù)T）無關(guān)，這樣，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的地震烈度幾乎只是加速度的一個(gè)代名詞。在日本，無論是常用的地震烈度（他們成為震度）或近幾年采用的一種烈度計(jì)，也只是用地震烈度來作為地震動(dòng)加速度或速度的代名詞而已，實(shí)際上

12、是與頻譜形狀無關(guān)的。很早以前，有人建議過用三條直線來近似表示反應(yīng)譜，這三條直線分別表示地震動(dòng)加速度、速度和位移，現(xiàn)在僅采用地震加速度和特性同期（T.正比于速度/加速度比值）這兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，是三個(gè)獨(dú)立參數(shù)的進(jìn)一步簡化。1.2.2 地震作用的概率估計(jì)對(duì)于發(fā)生與否有很大不確定性的事件，人們常用概率本來表示其發(fā)生的可能性大小，地震就是這樣的事件。雖然人們對(duì)地震發(fā)生的時(shí)、空、強(qiáng)的規(guī)律已經(jīng)有了許多認(rèn)識(shí)，如強(qiáng)烈地震（如震級(jí)大于7者）大多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造近代很強(qiáng)烈的構(gòu)造帶上，如我國華北的鄭廬地震帶、世界上的環(huán)太平洋地震帶等等，但是這些構(gòu)造帶的范圍常寬達(dá)幾十公里以上，長達(dá)幾百、上千公里，而發(fā)生地震的震級(jí)在6一8.

13、5之間，發(fā)生時(shí)間可能在幾十年內(nèi)、也可能在幾百年以后，震級(jí)在8以上的地震在一個(gè)有限的地區(qū)范圍內(nèi)，甚至在上千年后。對(duì)于工程設(shè)計(jì)而言，這樣粗略的估計(jì)。或者說這么大的不確定性是不同于它所考慮的其他荷截的，如風(fēng)、雪、洪水等等。但是，從當(dāng)前的地震學(xué)知識(shí)來看，要想確定地說“距某工程場地50km之內(nèi)，在今后50年內(nèi)一定會(huì)發(fā)生至少一次7.5級(jí)的地震”是不大可能的事；比較科學(xué)的說法是：發(fā)生上述地震或更大地震的概率不會(huì)超過10%后一種說法比較接近于當(dāng)前地震學(xué)家的認(rèn)識(shí)水平。在這種情況下，工程抗震設(shè)計(jì)就不可能像橋梁設(shè)計(jì)那樣，把橋梁上布滿車輛時(shí)所謂最大可能的荷載作為最大設(shè)計(jì)荷載，而只能給出某地今后50年內(nèi)發(fā)生超過七度或超

14、過加速度0.1g的可能性不超過60%超過八度或0.2g的可能性不超過10%超過九度或0.4g的可能性不超過2%等等。當(dāng)然給出這些量的同時(shí)，還可以給出與之相應(yīng)的反應(yīng)譜或其他地震動(dòng)量。在工程設(shè)計(jì)中可以和抗震設(shè)計(jì)相比擬的例子是洪水，如500年或1000年一遇的洪水，設(shè)計(jì)地震動(dòng)量也可以用多少年一遇的方式來表示，如上述50年60%10%口2以體相當(dāng)于80年、500年和1000年一遇。1.2.3 地震作用的動(dòng)態(tài)特征（參見第184節(jié)）地震動(dòng)態(tài)作用的完整描述是：在三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上各自的地震動(dòng)加速度時(shí)程a（t）。這是一種理想，目前還無此可能。對(duì)于特別重要的工程，如核電廠，具抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中才規(guī)定應(yīng)該采用三

15、個(gè)平移方向的地震動(dòng)時(shí)程作為設(shè)計(jì)地震作用，對(duì)于特別重要的高樓和特大橋梁，一般則只要求考成一個(gè)或兩個(gè)方向的地震動(dòng)時(shí)程。由于按地震動(dòng)時(shí)程進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析是一項(xiàng)復(fù)雜而費(fèi)時(shí)的工作，所以對(duì)于一般工程。都采用簡化了的動(dòng)力分析方法，即反應(yīng)譜法?，F(xiàn)在看來，抗震設(shè)計(jì)對(duì)地震動(dòng)的進(jìn)一步要求是考慮反應(yīng)譜的變化因素，并進(jìn)一步用簡化方式考慮地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間的影響。1.2.4 工程安全性或抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)這一問題包括兩個(gè)方面，第一，如何判斷或定義工程的抗震安全性，第二，如何選擇適當(dāng)?shù)陌踩?，以得到安全與經(jīng)濟(jì)之間的平衡。地震安全性的定義在近幾十年內(nèi)有了變化。開始人們只注意到地震時(shí)的人身安全，以工程結(jié)構(gòu)是否破壞作為安全的唯一要求

16、，即要求在結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件設(shè)計(jì)中滿處下式：f1+f2<f0/u式中，fl與f2分別是由常見荷載（如自重、室內(nèi)貨物、橋上車輛等）和地震作用引起的構(gòu)件中的內(nèi)力，f0為此構(gòu)件的強(qiáng)度，u為安全系數(shù)，一般略小于2。但近幾十年，人們對(duì)地震安全性的要求已從單純的人身安全發(fā)展到工程功能安全的概念，簡單地說，即要求所設(shè)計(jì)的工程在常遇（使用期內(nèi)可能遇到幾次）的小震下，工程基本無損，無需修理即可繼續(xù)使用，在難得一遇的中震下，經(jīng)修理后仍可繼續(xù)使用而在不大可能遭遇的特大地震下，可以允許工程破壞，但仍不倒塌，以保證人身安全，地震后此工程可能報(bào)廢：即所謂小震不壞、中震可修、大震不倒的功能要求。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范就采用此

17、原則，與小、中、大震的地震動(dòng)相應(yīng)的超越概率分別為50年內(nèi)60%10%口2%即80年，500年和1000年一遇的地震動(dòng)，小震不壞、中震可修、大震不倒這樣的安全要求是當(dāng)前國際常用的標(biāo)準(zhǔn)，按此標(biāo)準(zhǔn)選定設(shè)計(jì)地震動(dòng)的大小，以求得安全與經(jīng)濟(jì)的平衡，在原則上十分合理，但難以用定量分析導(dǎo)出其數(shù)值，主要困難在于各使用階段的經(jīng)濟(jì)損失難以計(jì)算。為此。人們大多用經(jīng)驗(yàn)性的方法來決定小、中、大震的超越概率的取值?，F(xiàn)以我國現(xiàn)行的抗震規(guī)范為例說明如下。在七八十年代，我國規(guī)范只采用一個(gè)中震，其大小由規(guī)范制定者和地震工作者按經(jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)時(shí)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有兩個(gè)要求，即在給定的地震動(dòng)下，進(jìn)行強(qiáng)度和形變兩項(xiàng)驗(yàn)算，如在八度地區(qū)，其對(duì)應(yīng)的

18、地震加速度為k-a/g=0.3,在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，設(shè)計(jì)地震動(dòng)取為Ck,C約等于1/3,故Ck=0.1，按此進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)；在驗(yàn)算結(jié)構(gòu)變形時(shí)，要求在地震動(dòng)為k=0.3下的變形滿足安全要求。這一方法可以歸納如下，在地震動(dòng)k=0.1時(shí)，滿足強(qiáng)度要求，保證結(jié)構(gòu)不壞；在地震動(dòng)k=0.3時(shí)，滿足形變要求，要求結(jié)構(gòu)無嚴(yán)重破壞。90年代后，日本和我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范均明確要求按兩級(jí)地震動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如我國規(guī)范要求：在地能烈度為1-1.55（小震）成地震系數(shù)為k/3時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)度校核，要求結(jié)構(gòu)不壞；在地震烈度為I（中震）或地震系數(shù)為是k-a/g時(shí)，自動(dòng)滿足中震可修；在地震烈度為I+1（大震）或地震系數(shù)為（46）*k/3時(shí)，進(jìn)

19、行形變驗(yàn)算，要求結(jié)構(gòu)不倒塌。上述小、中、大震的定義，又被解釋為其超越概率分別為50年內(nèi)63%10%和2%3%這三種定量的定義（即烈度差、地震系數(shù)和超越概率）在全國范圍內(nèi)大致可行，但是這種差別會(huì)因地區(qū)、因烈度高低而可能有很大的變化。例如在我國不同地區(qū)內(nèi)，按超越概率定義的小、中震的烈度基可能在0.5至2.5度，中、大震之差可能在0.5至2度之間。對(duì)于一般工程，這種近似的簡單處理是可行的，對(duì)于特殊的、重大的工程則需慎重。真正的、定量的安全與經(jīng)濟(jì)的綜合分析，目前尚未見應(yīng)用于抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的具體分析中。1.3 抗震設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)地震動(dòng)工程抗震設(shè)計(jì)包括抗震構(gòu)造措施和抗震計(jì)算分析兩個(gè)方面?？拐饦?gòu)造措施以經(jīng)驗(yàn)為主，

20、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出一些關(guān)于工程構(gòu)造上的規(guī)定。一類規(guī)定是對(duì)總體的要求，如要求房屋體形規(guī)整和整體性強(qiáng)，要盡量避免容易在強(qiáng)地震作用下產(chǎn)生突發(fā)性的脆性破壞，要盡量設(shè)置多道抗震防線，要盡量選擇穩(wěn)定均勻的建設(shè)場地，另一類規(guī)定是關(guān)于細(xì)節(jié)的，如房屋層高、圈梁與構(gòu)造柱的設(shè)置、鋼筋的布置與連接等等。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的抗震能力難以定量計(jì)算，其正確性與有效性來自震害現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，多數(shù)是經(jīng)過定性分析或試驗(yàn)證明有效的。計(jì)算分析以結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析為主，也包括試驗(yàn)分析，其結(jié)果既符合數(shù)理力學(xué)原現(xiàn)，又符合震害經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并以規(guī)范的形式給出法定的計(jì)算方法。按照規(guī)范規(guī)定，就可以確定部件的尺寸和配筋，以確保所要求的抗震能力，一般工程的震害

21、經(jīng)驗(yàn)多，抗震設(shè)計(jì)就以構(gòu)造措施為主；特殊工程的震害經(jīng)驗(yàn)少（當(dāng)然，也應(yīng)符合一些通常需要滿足的原則），抗震設(shè)計(jì)則以計(jì)算和試驗(yàn)分析為主，又由于這些工程的重要性很高，計(jì)算方法還應(yīng)該是先進(jìn)而又保守的。工程的抗震設(shè)計(jì)分析需要以給定的設(shè)計(jì)地震動(dòng)態(tài)數(shù)為依據(jù)（見第二章）。最簡單的設(shè)計(jì)地震動(dòng)多數(shù)包括地震動(dòng)峰值加速度和反應(yīng)譜，在一般工程的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，規(guī)定的是地震動(dòng)峰值加速度和標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜，即不隨地震環(huán)境而變的反應(yīng)譜；對(duì)重大工程，則應(yīng)采用隨地震環(huán)境而變的場地地震相關(guān)反應(yīng)譜。最詳細(xì)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)包括很多參數(shù)，如場地地震相關(guān)反應(yīng)譜（其中隱含了峰值加速度、速度和位移）和地震動(dòng)強(qiáng)度包絡(luò)函數(shù)f（t）（其中隱含了強(qiáng)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間

22、），有時(shí)還要求地震動(dòng)加速度過程a（t）。隨著工程的重要性、特殊性和復(fù)雜性的增加，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和計(jì)算分析方法也要求逐漸詳細(xì)復(fù)雜，有時(shí)甚至還要求進(jìn)行模擬地震動(dòng)的動(dòng)力試驗(yàn)，這時(shí)，也需要一組地震動(dòng)加速度過程。如我國現(xiàn)行建筑抗能設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ1189）»第4.1.2條規(guī)定：”特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表4.1.2所列高度范圍的房屋建筑，宜采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算?！边@里所說的時(shí)程分析法就是按給出的地震動(dòng)加速度過程a（t）,逐步計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)力反應(yīng)，此法也稱為動(dòng)力分析法?？傊?，設(shè)計(jì)地震動(dòng)多數(shù)是工程抗震設(shè)計(jì)兩個(gè)要求之一的計(jì)算分析的依據(jù)，工程抗震設(shè)計(jì)的另一要求，即抗震構(gòu)造措施，通常是根據(jù)地

23、震分區(qū)規(guī)定的，地震分區(qū)可以是地震烈度分區(qū)，也可以是地震動(dòng)分區(qū)。這種分區(qū)和設(shè)計(jì)地震動(dòng)更詳細(xì)的規(guī)定都風(fēng)了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，1.4 一般工程與特殊重人工程的設(shè)計(jì)地發(fā)動(dòng)參數(shù)工程對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參教的具體要求隨工程的重要性程度而異。這種差異表現(xiàn)在以下四個(gè)因素對(duì)設(shè)計(jì)地基動(dòng)參數(shù)影響的處理方式，即：哪些參數(shù)，其超越概率，地震環(huán)境，場地工程、地質(zhì)條件。1.4.1 工程重要性的差異農(nóng)1.4.1中列舉了一般工程與重大工程的一些差異。就中國有言，每年建造的一般房屋可達(dá)幾十萬棟之多，量大而廣；而核電廠或三峽大壩那樣的重大工程，則幾年甚至幾十年才有可能建造一座，一棟房層的震害后果一般可能設(shè)計(jì)幾十人的生命財(cái)產(chǎn)，而一座核電廠或三峽大

24、壩的震害則可以使幾個(gè)縣甚至幾個(gè)省的幾十萬至幾百萬人民的生命財(cái)產(chǎn)受到不可估計(jì)的長期的巨大損失。這些區(qū)別說明，重大工程應(yīng)該采用更加安全的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，人們對(duì)一般房屋有豐富的震害經(jīng)驗(yàn)，按此經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，已可保證一定的安全性，而核電廠在世界范圍內(nèi)也不多，雖然出現(xiàn)過一些事故，大都由于人為錯(cuò)誤，而非地震所致，就地震而言，尚無成功經(jīng)驗(yàn)或失敗教訓(xùn)，故不能依賴于由一般房產(chǎn)外推至核電廠的經(jīng)驗(yàn)，而必須依靠、補(bǔ)充或參考理論計(jì)算和試驗(yàn)分析的結(jié)果進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。因此，從抗震設(shè)計(jì)技術(shù)上說，就要求采用先進(jìn)而保險(xiǎn)的數(shù)據(jù)、計(jì)算、試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)方法。綜合地進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，重大工程的前期工作和設(shè)計(jì)時(shí)間都較長，經(jīng)費(fèi)投入較多，有條件、有

25、時(shí)間進(jìn)行更詳細(xì)更保險(xiǎn)的地震安全性評(píng)價(jià)工作，即對(duì)地震環(huán)境進(jìn)行更深入、更詳細(xì)的了解，對(duì)可能產(chǎn)生的地震動(dòng)特性與場地的地震影響進(jìn)行更細(xì)致的分析研究。以確保安全。1.4.2 設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)前面說過，工程對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的要求，一方面與工程的重要性有關(guān)。另一方面又要考慮工程的特性。從繁簡程度分，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)從簡單到詳細(xì)的排序是:1、地震烈度，由此換算地震動(dòng)峰值加速度；2、峰值加速度a或地震系數(shù)k=a/g和標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜或標(biāo)準(zhǔn)放大系數(shù)譜，標(biāo)準(zhǔn)譜一般不考慮地震環(huán)境，但可以近似地考慮場地工程地質(zhì)條件的影響；3、地震動(dòng)峰值加速度a和峰值速度v,或等效峰值加速度EPA和等效峰值速度EPV,或其“等效對(duì)”：地震系數(shù)k和

26、反應(yīng)譜特征周期成拐點(diǎn)周期T=2冗v/a或2冗(EPV)/(EPA)。這幾對(duì)值(a,v;EPAEPV;k,T)都可以初步近似地表示隨地震環(huán)境和場地工程地質(zhì)條件而變的反應(yīng)譜，即場地地震相關(guān)反應(yīng)譜；4、地震動(dòng)峰值加速度a、峰值速度v和峰值位移d,或它們的等效值，這一組參數(shù)可以較好地近似表示反應(yīng)譜，特別是在長周期部分；5、上述參數(shù)再加上地震動(dòng)持時(shí)或強(qiáng)度包絡(luò)遠(yuǎn)數(shù)f(t);6、地震動(dòng)加速度過程a(t);7、在特殊情況下，還要求近距離(幾十至幾百米)內(nèi)的地震差動(dòng)和地震動(dòng)的相關(guān)性，一個(gè)相互垂直分量的地震動(dòng)加速度過程。還可以包括繞這三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，后面這幾項(xiàng)目前還沒有公認(rèn)的成熟的估計(jì)方法。表1.4.2給出了一些事

27、例，表1.42各類工程對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的要求1.4.3 設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一項(xiàng)具體工程選擇多大的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)，決定于對(duì)安全程度的要求。安全程度有時(shí)用超越概率來定量化，有時(shí)則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)做法來選定，而不說明相應(yīng)的超越概率值。我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ11-78)»和1977年第二代全國地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的設(shè)計(jì)地震烈度，即無相應(yīng)的超越概率值。對(duì)我國第二代地震烈度區(qū)劃圖中45個(gè)城市結(jié)果的分析認(rèn)為，當(dāng)時(shí)給出的地震烈度大致相當(dāng)于50年10%£每年2%勺超越概率；高孟潭、韓煒1992年對(duì)我國第三代地震烈度區(qū)劃圖中7000多個(gè)場點(diǎn)結(jié)果的分析認(rèn)為。全國地震烈度區(qū)劃圖給出的結(jié)

28、果，與我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(CBJ11-89)»中的有關(guān)規(guī)定不完全恰當(dāng)，需要進(jìn)一步說明其間的關(guān)系。1.4.3.1 小震、中震、大震建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ11-89)»將我國第三代全國地震烈度區(qū)劃圖給出的50年超越概率為10%勺烈度值定義為中震1,然后定義小震與大震，如表1.4.3。表1.43規(guī)范CBJ11-89小、中、大震的定義此規(guī)范要求，按小震進(jìn)行彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按大震進(jìn)行非彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和變形驗(yàn)算，達(dá)到小震不壞、中震可修和大震不倒的目的。表1.4.3中的數(shù)值是根據(jù)七八十年代之交時(shí)的研究結(jié)果確定的。1.4.3.2 小震、中震、大震的概率和加速度

29、根據(jù)1992年的新數(shù)據(jù)。若按上述超越慨率定義，小、中震和大、中震的烈度差將有不小的變化，變化范圍因地區(qū)和烈度而異，大體如表1.4.4所示，表中大震超越概率取50年2%若按上述烈度差定義，小震和大震的超越概率也有不小的變化，變化范圍也因地區(qū)和烈度而異，大體如表1.4.5所示。表1.4.4小、中震與中、大震的烈度差表1.4.5小、大震烈度與50年超越概率伯：()由此可以看出以下幾點(diǎn)結(jié)果：1、上述數(shù)值在全國范圍內(nèi)有較大的關(guān)異；2、與小震I一1.55度相應(yīng)的50年超越概率在52唯ij99%t問，以72%；最多，而不是63%3、與大震I+1度相應(yīng)的50年超越概率在0.3%到1.9%之間，以0.5%0.7

30、%為主，遠(yuǎn)小于2%勺規(guī)定值。了解這些差別之后。在尚未作出進(jìn)一步的明確規(guī)定之前，就應(yīng)該提出這兩種結(jié)果，與設(shè)計(jì)者共同研討如何選取。1.4.3.3 工程重要性與超越概率我國和國際趨向一樣，對(duì)一般房屋，相當(dāng)于中震的設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度的超越概率均超50年10流右，對(duì)于核電廠的大震，即極限安全地震動(dòng)，則取年超越概率0.1%,約相當(dāng)于50年超越概率0.5%。我國對(duì)特大廈如三峽大壩取年超越概率0.2%或50年1%對(duì)懸索橋有時(shí)取年超越概率0.5%,約相當(dāng)于50年2.5%。由此可見，從一般房屋、特大橋橋梁、特大水壩到核電廠，重要性逐步加大，安全性要求逐步提高，采用的超越概率逐步減小，它們的比值約為20:5:12:1

31、。上述這些數(shù)值的選擇。應(yīng)該由有關(guān)工程部門按型有關(guān)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，針對(duì)具體工程作出選擇；在特別重要的情況下，也可由上級(jí)主管部門決定。由于工程的地震安全性的大小，除了直接影響業(yè)主之外，還會(huì)影響到公眾生命的安全。業(yè)主亦負(fù)有維護(hù)社會(huì)安全之責(zé)，故政府對(duì)此應(yīng)有一最低要求。1.4.4 地震環(huán)境的影響一般工程量大而廣、無條件也無必要逐個(gè)工程詳細(xì)研究其地震環(huán)境，可以只是根據(jù)全國地震區(qū)劃圖給的地震烈度成設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。全國地震區(qū)劃圖經(jīng)針對(duì)全國這樣大的面積進(jìn)行的，目的在于為一般工程服務(wù)，因而對(duì)一個(gè)特定的地點(diǎn)而言，研究得可能不夠詳細(xì)。例如有些歷史地震由于資料不全，研究不多，震中區(qū)可能確定得不當(dāng)；又如有些潛

32、在震源區(qū)的邊界劃分可能不夠恰當(dāng)。對(duì)于重大工程而言，就要求仔細(xì)考慮這些因素，以保證工程的安全。從原則上說、這項(xiàng)工作應(yīng)該仔細(xì)研究下列因素：對(duì)場地有影響的歷史地震的定位與震級(jí)，有影響的潛在震源區(qū)的詳細(xì)劃分及其地震活動(dòng)性參數(shù)的數(shù)值，適用于本地區(qū)的地震衰減關(guān)系，以及場地條件對(duì)地震動(dòng)的影響。由于研究的深度不同，所得的結(jié)果自然可以不同于全國地震區(qū)劃圖，一個(gè)明顯的例子是，這一工作應(yīng)該適當(dāng)考慮地震的大小遠(yuǎn)近的影響，從而給出更適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)反應(yīng)譜，即場地地震相關(guān)反應(yīng)譜。它完全可以不同于規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜1.4.5 場地條件的影響一般工程在采用全國地震烈度區(qū)劃圖時(shí)，對(duì)場地工程地質(zhì)條件的影響采用了簡化的場地分類的方式，即：1、認(rèn)為全國地震烈度區(qū)劃圖給出的是所謂的“平均場地”，即1類場地；2、如我國現(xiàn)行建筑抗震規(guī)范那樣，將場地簡化為如下的四類（I-VI）,按這四類給出不同的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜。