工程抗震设防标准和设计地震动(新)

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工程抗震设防标准和设计地震动1 2国家规范其他国家也同样经历了若干次的规范革新 抗震设计的目标由于地震动的随机性是很大的，要使得所设计的结构在遭受将来可能发生的地震时绝对不破坏是较难的和不经济的。结构抗震设计不能追求绝对的安全性，而需要从现在的经济条件出发，使设计的结构在未来地震作用下发生破坏的概率为社会所接受，同时为当前的经济条件所允许。合理的抗震设计应满足经济和安全之间的合理平衡，这也是抗震设计的目标。这一目标可以表示为寻求总效益E最大的形式Max(E)＝Max(收益－投资－损失)3 抗震设计的目标收益包括所考虑的工程建成后的直接和间接受益。投资包括建设此工程的资金及工程建成后的维护资金。损失包括人身伤亡、物质财产的直接损失以及连锁反应造成的间接损失、以及政治、社会、经济影响等。Max(E)＝Max(收益－投资－损失)4 建筑抗震设防标准抗震设防的概念抗震设防的重要性设防依据设防目标及其实现5 抗震设防（seismicfortification）内涵：对工程结构进行抗震设计并采取相应的抗震措施土木结构是地震灾害的主要载体。国内外大量震害证明，进行科学合理的抗震设防，是当今减轻地震灾害的最直接、最有效的途径。6 抗震设防的重要性事例11976年7月26日在我国一个拥有150万人口的唐山市，遭遇7.8级地震的袭击，顷刻间整座城市化为一片片瓦砾，人员死亡高达近25万人，死伤近50万人，经济损失超百亿元。1985年一个拥有100余万人口的智利瓦尔帕莱索市虽遭受了同样7.8级地震的袭击，人员死亡却只有150人，不到一周时间，整个城市就恢复原样。同样大小的地震，城市人口也差不多相同，却产生了如此不同的后果，只是因为瓦尔帕莱索市的建筑物和设施曾进行了有效抗震设防。7 抗震设防的重要性事例2日本东京是国际著名大城市，历史上曾发生过8级以上大地震。日本政府以及各界一向对此十分关心和重视，长期以来一直致力于将东京建成一个能抗御8级大地震的城市；1986年一次6.2级地震发生在东京城底下，一座上千万人口的城市仅死亡2人，整个城市几乎未遭到破坏。可是一向认为没有发生大地震危险的日本第二大港神户市对工程抗震设防就不那么重视：在1995年1月17日的一次6.9级的地震中，导致了近十万栋房屋毁坏．5500人死亡和约1000亿美元的经济损失。8 抗震设防的重要性事例31988年12月7日前苏联的阿美尼亚共和国发生一次6.8级地震，位于震中的斯皮塔克城破坏严重，距震中40公里的列宁纳坎市约有80％建筑物毁坏。更远的基洛伐克市也有将近50％的建筑物严重破坏或倒场，地震死亡人数达4-5万人（但70年代前建造的建造破坏很轻）。前苏联政府鉴于城市居住建筑严重短缺，又缺乏资金，便在70年代初期对大量新建的多层房屋建筑降低设防标准．一律从9度降低7度，而恰恰正是这些房屋建筑在该次地震中大量倒塌，造成了众多的人员伤亡。9 设防依据（1）——抗震设防烈度定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度(对应50年超越概率10%)确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度(或设计地震基本加速度值)对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划(抗震设防烈度或设计地震动参数)进行抗震设防范围：烈度6-9度区10 《建筑工程抗震设防分类标准》将建筑分为：甲类－属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑（特殊设防类）乙类－属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复功能的建筑（重点设防类）丙类－甲、乙、丁类以外的建筑（标准设防类）丁类－属于抗震次要建筑（适度设防类）设防依据（2）——建筑类别11 设防依据（2）——建筑类别建筑类别如何划分？侧重于使用功能和灾害后果区分，并强调对人员安全的保障。特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。12 甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6－8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施。一般情况下，当抗震设防烈度为6－8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。丁类建筑：一般情况下．地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈低的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。设防依据（2）——建筑类别13 策略：调整荷载(地震作用)，或从抗震构造措施上考虑建筑的重要性类别设防依据（2）——建筑类别甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6－8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。乙类建筑：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下。当抗震设防烈度为6－8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时．应符合比9度抗震设防更高的要求。两条路？（加大荷载/抗震措施）14 抗震设防标准（seismicfortificationcriterion）概念：衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑类别确定。怎么确定？地震极强的随机性决定了地震的发生和特性都不能精确的给出，必须以概率为基础进行预测，给出今后若干年内不同强度地震发生可能性。使用寿命期内对不同频度和强度的地震，要求结构具有不同的抵抗能力。提出三水准：“小震”“中震”“大震”15 抗震设防标准的确定三个烈度水准是依据对我国华北、西北、西南三个地区45个城镇的地震危险性分析结果，运用概率的方法对“小震”、“中震”与“大震”的概率意义和取值进行了分析，给出的相应的结果。16 三水准地震作用的确定步骤（1）（1）对华北、西北、西南三个地区的潜在震源、各震源的地震活动性、地震传播过程的衰减规律分析的基础上．给出了45个城镇的地震危险性分析结果，确定我国地震烈度符合极值III型分布。（2）通过45个城镇不同超越概率所对应的烈度与该城镇的基本烈度相比较，计算了此比较差值的平均值。从计算结果来看，在设计基准期50年内超越概率为13％的地震烈度与基本烈度（设防烈度）相比较的总体标准差最小。从工程实际来考虑，可以粗略的认为基本烈度相当于50年内超越概率为l0％的烈度。17 三水准地震作用的标定步骤（2）（3）从概率意义上讲，“小震”就是多遇的地震，出于我国地震烈度的概率分布符合极值III型，极值分布的众值为其概率密度函数上的峰点，在极值分布中此值为众值，所以我们称此地震烈度为众值烈度。从地震烈度的重现期来看，在设计基准限期50年的众值烈度的超越概率为63.2％。（4）地震的发生无论在时间、地点、强度方面都是随机的，已往发生概率小于5％的强烈地震作用己多次给人们的生命财产造成了严重灾害。因此，其概率水平应在50年内的超越概率小于5％。根据计算结果，从既安全又经济的抗震效果，建议“大震“定义为，在50年内超越概率为3％－2％。18 三水准地震作用的确定步骤（3）（5）分别计算这45个城镇在50年内超越概率为10％的地震烈度[中震]与众值烈度[小震]（在50年内超越概率为63.2％的地震烈度）之差，并从这45个城镇的总体上计算出其差值的平均值1.55，这样也可以认为基本烈度与众值烈度差的平均值为1.55度。罕遇地震[大震]对应的烈度比基本烈度[中震]大约大1度左右。根据烈度与地震地面峰值加速度的关系，可得到比中震降低1.55度的小震所对应的地面峰值加速度的折减系数为0.34。当然也可以知道大震对应的地面峰值加速度比小震对应的峰值加速度大4-6倍。191.55和地区无关？这个数准不准？ 可得到比中震[设防地震]降低1.55度的小震[多遇地震]所对应的地面峰值加速度的折减系数为0.34。当然也可以知道[罕遇地震]对应的地面峰值加速度比中震[设防地震]对应的峰值加速度大4-6倍。20 三水准地震作用的确定地震影响50年超越概率地震重现期众值烈度小震63.2%50年基本烈度中震10%475年罕遇烈度大震2-3%1642-2475年一般关系烈度：Im=I0-1.55,Is<=I0+1加速度：PGAm=PGA0*1/3；PGAs=PGAm*(4~6)21 22地震重现期的确定 设防目标及其实现设防目标水准涵义要求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏实现方法：两阶段设计23 两阶段设计法说明：第二水准的设防要求，是通过概念设计和构造措施来满足的，对大多数结构．可只进行第一阶段设计；只有对《抗震现范》所规定的部分结构，如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，才进行第二阶段的抗震验算第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形：以满足第一水准抗震设防目标的要求：第二阶段设计：在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防的要求。我国抗震设防的依据是“小震”、“中震”、“大震”？24 讨论：“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则小震不坏、中震可修、大震不倒这样的安全要求是当前国际常用的标准。按此标准选定设计地震动的大小，以求得安全与经济的平衡，在原则上十分合理，但难以定量分析导出其数值，主要困难在于各使用阶段的经济损失难以计算。为此，人们大多用经验性的方法来决定小、大震的超越概率的取值。真正的、定量的安全与经济的综合分析，目前尚未见应用于抗震设计规范的具体分析中。制定结构的抗震设防表示是一个非常复杂的问题，牵扯到地震工程学、社会学、经济学等各个学科，很多学者正在研究（如基于性态的抗震设防标准、可接受死亡率、最优设防烈度等）25 基于性态的设防水准26 设计地震动在工程结构分析、验算等设计环节中使用的地震动。（幅值、频率、持时）规定：规定的规定的27 设计地震动28 实际上是如何挑选地震动的问题，目前此方面的研究非常多。学院翟长海老师做了很多工作，大家感兴趣可以去参考设计地震动在工程结构分析、验算等设计环节中使用的地震动。（幅值、频率、持时）29 谢谢！TheEnd30 几个概念基本烈度basicintensity：一个地区今后50年期限内，在一般场地上可能遭遇的超越概率为10％的地震烈度。设计基本地震加速度designbasicaccelerationofgroundmotion：50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度的设计取值。设计地震动参数designparametersofgroundmotion：抗震设计用的地震加速度(速度、位移)时程曲线、加速度反应谱和峰值加速度。back31 《中华人民共和国防震减灾法》(1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过)第十七条新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。第十九条建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。第四十五条违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处以罚款。……抗震减灾工作应依法进行32 《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》(2010年6月9日)工作目标：到2020年，城乡建筑、重大工程和基础设施能抗御相当于当地地震基本烈度的地震；地震科技基本达到发达国家同期水平。抗震减灾工作应依法进行33