基于抗倒塌设防目标的设计地震动区划研究

【摘要】：地震往往造成严重的生命与财产损失，人员伤亡的主要原因是建筑物倒塌 引起的。因此，防倒塌、保障生命安全是目前防震减灾的基本目标。美国已率 先将此目标体现在区划图的编制上了，其1997年版的区划图已经为全美提供了 以抗倒塌目标(50年超越概率2％)为基础的设计地震动参数。 在我国现行的抗震设计规范（GBJ11-89）的三级设防目标中，罕遇地震（大 震）与多遇地震（小震）是按中震的比例定义的，虽然中震为50年超越概率10％， 但由于地震动参数的变化与相应的超越概率变化在我国各个地区不同，导致大 震与小震实质上没有统一的超越概率水平。本文采用了90年版中国地震烈度区 划图的基础数据，以0．2°×O.2°的间隔对我国陆地部分进行了概率地震危险 性分析计算，探讨了地震环境差异对地震加速度超越概率曲线形态的影响。表 明场点的地震危险性分析结果取决于地震环境的综合影响。不同场点之间，不 但有某一风险水平的地震动参数的大小之分，而且不同风险水平的地震动参数 之间也有差异。其中，50年超越概率2％与50年超越概率10％的基岩加速度的 比值为1．4～2．4，平均值为1．8，除了台湾等仅占全国总陆地面积2％的少部分地 区比值在1．5 以下，其它地区空间分布没有明显的分区差异。即使按加速度分 区（烈度）统计，在某一加速度区间，这一比值仍是一个较离散的分布。所以， 由中震的比例定义的大震没有统一的超越概率水平，按目前的抗震设计结果， 导致抗倒塌风险水平实际差异较大；部分地区达不到对50年超越概率2％的罕 遇地震抗倒塌的抗震设计目标。 针对罕遇地震防倒塌的设防目标，以50年超越概率10％的单一风险水平描 述的区划图，不足以提供基于一致的防倒塌概率目标的设计地震动参数。从大 震出发，定义基于防倒塌设防目标的设计地震动参数，才可能为抗震设计提供 更为合理的设计地震动参数。本文在考虑设防政策的科学性与连续性的基础上， 将罕遇地震定义为50年超越概率2％（大震），分别以1．8和1．5作为折减系数， 尝试预编了两种以大震（50年超越概率 2％，2500年一遇）定义的、基于防倒 塌设防目标的设计地震动参数区划图。为了不降低现有设防水平，将其地震动 参数值低于50年超越概虑10％的地区仍保持50年超越概虑10％的值，对这两种 区划的结果与50年超越概率10％的峰值加速度区划结果进行了对比分析，除个 别地区以外，三张图基本轮廓一致，加速度分区差异大多在一档，烈度差异大 多在“半度”以内；若从50年超越概率10％直接过渡到由罕遇地震除以1．5表 达的区划图，个别地区加速度分区会提高两档，烈度差异达“一度”。包括北 京、天津等重要城市的华北地区是设防参数变化较为显著的地区之一。这也在 一定程度上反应出华北部分地区可能存在抗倒塌能力不足的现状。 本文还对未来编制基于抗倒塌设防目标的地震动参数区划图时，在技术及 方法上可能遇到的问题进行了探讨。首先是折减系数问题，此系数应是基于经 摘 茬11 验，同时考虑地震学家与建筑师两方面的意见，从国情与经济建设的实际情况 出发来选取。其次是近场大震的地震动参数与潜源上限的确定问题，这是目前 区划研究工作中较为薄弱，但又是对50年超越概率2％的地震动参数影响非常 显著的因素。 综上所述，随着我国经济发展与人民防灾意识的提高，保障人民生命财产 安全是防震减灾的首要任务。基于地震引起的房屋倒塌是造成人员伤亡的主要 原因，如何使建筑物在罕遇地震下不至倒塌危及人员性命，是目前急需的研究 方向。由于地震环境差异，各场地不同风险水平的地震动参数之间不存在固定 比值。而在现行的GBJ 189规范中，大震和小震是以50年超越概率10％的地 震动参数的比例确定的，依此设计的建筑物不存在一致的抗倒塌概率水平。有 些地区将会出现达不到50年超越概率2％的地震设防水平。因此。从罕遇地震 出发，编制基于抗倒塌风险水平的设计地震动区划图是工程地震的发展方向。