基于大震和特大震下倒塌率目标的 建筑抗震设计方法研究方案

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1、第八届全国地震工程学术会议论文集，2010.12，重庆：291~297基于大震和特大震下倒塌率目标的建筑抗震设计方法研究方案12333王亚勇，高孟潭，叶列平，陆新征，钱稼茹1中国建筑科学研究院；2中国地球物理研究所；3清华大学土木工程系摘要：根据“以人为本”的思想，为减少未来地震造成人员伤亡和财产损失，提出应开展基于大震和特大震下倒塌率目标的建筑结构抗震设计方法研究。对所需研究的科学问题和相关研究现状进行了介绍和论述，包括：输入地震动选取和地震动强度；建筑结构地震倒塌模拟分析技术，倒塌机理与倒塌模式控制，影响结构抗地

2、震倒塌能力的结构参数和倒塌实验验证；地震倒塌判别准则，抗地震倒塌能力评价指标，大震和特大震下各类建筑结构的可接受倒塌率等。关键词：建筑结构；地震动强度；特大震；倒塌分析；地震倒塌率0引言2008年汶川特大地震中，大量建筑倒塌，造成重大人员伤亡。建筑抗地震倒塌问题引起社会广泛关注，也引起建筑抗震研究人员的重视。事实上，大震和特大地震下建筑结构的抗倒塌能力，是建筑抗震设计的核心目标，尤其是对人员密集且长期居住、工作和生活的住宅、学校、办公楼、商场、影剧院等，一旦倒塌易造成大量人员伤亡。我国现行的地震区划和抗震设计规范，其

3、抗震设防思想主要是考虑抗震设防[1]投入与经济损失的关系，同时兼顾抗地震倒塌问题（高孟潭，卢寿德，2006）。一般建筑（包括居民住宅）抗震设计基本是以弹性设计(小震)为主，不做抗倒塌[1]验算。根据未来我国社会经济发展和国家地震安全政策的变化，以及“以人为本”的执政思想，建筑抗震设计应充分考虑保障国民生命安全（高孟潭，卢寿德，[1]2006），故而建筑抗震设计应首先保证实现抗倒塌能力的目标，然后再检验是否可以实现小震不坏、中震可修的目标。这类似于构件设计时，先进行安全性设计，再检验挠度变形和裂缝。根据我国现行的地震区

4、划和抗震设计规范，建筑抗震设计是以50年超越概率为10%的地震（中震）为基准，罕遇地震（大震）抗倒塌水平的地震动参数由中震乘以一定的系数直接外推得到（中华人民共和国原城乡建设与环境保护部，[2][3]1989；中华人民共和国建设部，2001），即由中震的比例定义大震。这样得到的大震没有统一的超越概率水平，导致大震抗倒塌风险水平实际差异较大，相当多地区达不到50年超越概率2%的大震抗倒塌的抗震设计目标（高孟潭，卢寿[1]德，2006）。[1]研究表明，罕遇地震与中震的关系十分复杂，主要与地震构造环境有关，不同地区两者之

5、间的比例系数相差非常大。不同场点之间，不但某一风险水平的1第八届全国地震工程学术会议论文集，2010.12，重庆：291~297地震动参数有大小之分，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。所以，由中震的比例定义的大震没有统一的超越概率水平，按目前的基于小震或中震的抗震设计，会导致不同地区、不同类型建筑的实际抗倒塌风险水平差异较大，甚至相当多地区达不到对50年超越概率2%的罕遇地震抗倒塌的抗[1]震设计目标（高孟潭，卢

6、寿德，2006）。实际上，我国第一代地震区划图是以“工程场地可能遭遇的最大的地震烈度”[4]的原则进行编制的（李善邦，1957），这相当于最大可能地震。美国1996年[5]编制完成的美国地震区划图（Frankel，1996），已经按抗倒塌参数为基准编制，即将50年超越概率2%的地震水平作为抗倒塌基准，称为最大考虑地震（MaximumConsideredEarthquake，MCE），将最大考虑地震的2/3作为中震，进行结构承载力设计，从而保证全国建筑物在最大考虑地震作用下具有均一的抗倒塌水平（FEMA,1997）。2

7、009年颁布的美国新一代的地震区划草图FEMA750进一步以不同地区设计年限内相同倒塌率为标准来确定设计地震作用，即需要考虑设计年限内不同水准地震（包括大震和特大地震）的发生概率，以及在各水准地震下结构的倒塌概率，最终以50年相同倒塌率为标准来确定设计地震（FEMA,[6]2009)。近年来，我国地震工程专家结合国际上地震区划的研究进展，依据“以人为本”、保障生命安全的目标，结合我国经济发展现状，2007年7月开始启动第五[1]代地震区划图的编制工作，计划于2010年完成（高孟潭，卢寿德，2006）。第五代地震区划将

8、建筑抗倒塌目标作为地震区划的基本原则，即以相同的2%超越概率给出考虑建筑抗倒塌地震水准（大震）及其地震动参数，保证抗倒塌水准的地震动参数的科学性和合理性，更好地顺应我国未来经济发展要求，对最大限[1]度地减轻震害，保障人民生命和财产安全，具有十分重大的意义。新的地震区划图将会使得目前的小震和中震地震水准及地震动参数发生较大的变化，同时基于最大考