抗震設(shè)防標準與結(jié)構(gòu)抗震安全性

抗震設(shè)防標準與結(jié)構(gòu)抗震安全性高小旺王菁肖偉孟鋼王巍周曉夫（中國建筑科學(xué)研究院）提要

工程結(jié)構(gòu)采用的抗震設(shè)防標準對于其安全水平是至關(guān)重要的。本文采用投入－效益的工程決策分析方法，對不同重要性建筑的抗震設(shè)防標準進行了探討，對《建筑抗震設(shè)防分類標準》GB50223－95中的乙類建筑是否較丙類建筑提高和降低地震作用進行抗震截面驗算等作了工程投入和地震損失分析，提出了不同重要性的建筑抗震設(shè)防的最佳標準。關(guān)鍵詞工程決策重要建筑設(shè)防標準1、前言

工程結(jié)構(gòu)抗震的安全性與抗震設(shè)防標準、結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和施工等諸多因素有關(guān)。在這其中，抗震設(shè)防標準的確定是非常關(guān)鍵的。從一定意義上講，抗震設(shè)防標準決定著工程結(jié)構(gòu)抗震安全水平?？拐鹪O(shè)防標準既包括一個城市的設(shè)防烈度或地震動參數(shù)，又包括不同重要性工程因其使用功能的重要性而應(yīng)采用不同的設(shè)防標準。圍繞較正確地確定抗震設(shè)防標準，國內(nèi)外學(xué)者進行了一系列的研究，適應(yīng)地震作用隨機性的特點，采用概率方法確定抗震設(shè)防標準是較為合適的。采用投入－效益的工程決策分析方法，對城市抗震設(shè)防標準的若干問題進行了分析。

建筑重要性分類：甲類建筑——特殊要求的建筑，如遇地震破壞會導(dǎo)致嚴重后果的建筑等；乙類建筑——國家重點抗震城市的生命線工程的建筑，主要指使用功能不能中斷或需要盡快恢復(fù)的建筑；丙類建筑——地震破壞后有一般影響及其它不屬于甲、乙、丁類的建筑；丁類建筑——次要的建筑，如遇地震破壞不易造成人員傷亡和較大損失的建筑。對乙類建筑中的第1類和第2類是否僅提高一度采取抗震構(gòu)造措施，以及對于丁類建筑降低一度采取抗震構(gòu)造措施，是否為最優(yōu)的抗震設(shè)防標準，尚需進一步探討。2、

工程抗震設(shè)防標準決策分析方法概要確定合理的抗震設(shè)防標準，必須建立在對一個城市或地區(qū)的地震危險性和對不同烈度地震作用下造成損失(包括直接損失和間接損失以及人員傷亡等)的科學(xué)分析基礎(chǔ)上。采用抗震設(shè)防—效益分析方法來確定工程抗震設(shè)防標準，需要建立目標函數(shù)，使之取極值求得最佳決策。目標函數(shù)可為期望的總損失，則極值為最??；也可為效益，則極值為最大?？拐鹪O(shè)防標準的最佳取值，可為按某一設(shè)防烈度建造房屋和工程的投入與50年內(nèi)該城市或地區(qū)在各種不同烈度地震作用下的期望損失之和W(I)為最小來確定.可用下列公式表示:W(I)→min(2)式中R(I)——該城市或地區(qū)以I烈度作為設(shè)防烈度的工程投入；

P(i)——該城市或地區(qū)I烈度的出現(xiàn)概率；

S1(I)——該城市或地區(qū)以I烈度作為設(shè)防烈度時，不同地震烈度作用下的直接損失(主要包括工程結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)部財產(chǎn)的損失)；S2(I)——該城市或地區(qū)以I烈度作為設(shè)防烈度時，不同地震烈度作用下的間接損失(包括停水、停電、火災(zāi)和停產(chǎn)的損失)；S3(I)——該城市或地區(qū)以I烈度作為設(shè)防烈度時，不同地震烈度作用下的人員傷亡損失。其分雹析方片法可淺概括減為圖兄1所亮示的魯框圖椅。某城市的地震危險性分析結(jié)果工程結(jié)構(gòu)宜損性模型以某一地震烈度作為抗震設(shè)防烈度的工程造價不同強度地震作用下該市地面破壞效應(yīng)和對工程結(jié)構(gòu)的影響不同地震烈度作用下，按某一地震烈度作為設(shè)防標準時工程結(jié)構(gòu)的不同破壞狀態(tài)的概率某一地震烈度作為設(shè)防標準時，工程結(jié)構(gòu)破壞的直接損失、間接損失和人員傷亡根據(jù)該城市50年不同地震烈度的出現(xiàn)概率和某一地震烈度作為設(shè)防標準時，各烈度地震作用的損失，綜合得到期望損失對各地震烈度作為設(shè)防烈度的工程造價與期望損失之和進行比較，取極小值對應(yīng)的地震烈度作為城市的設(shè)防標準圖1工程抗震設(shè)防標準決策分析框圖3、尚地震糾損失震分析地震院作用伍下造碰成的浸損失議，可塔分為掀直接刪經(jīng)濟擴損失巷、間販接經(jīng)宋濟損偵失和裹遠期渠損失兔以及贊人員林傷亡深等。溫這些獅損失儲和人粒員傷便亡都升與工脊程結(jié)業(yè)構(gòu)的命破壞助狀態(tài)孝有關(guān)猴。因脾此，甘討論是地震棗損失錘中一罰個重要要的屢工作濾就是里對工蹤蝶程結(jié)喂構(gòu)在希不同桑地震賞作用稈下的爺易損福性分膛析，銜通常暑我們晶稱為遙震害偽預(yù)測毫。3.分1轎地震繳作用府下工輝程結(jié)通構(gòu)的奶震害座預(yù)測消方法基于多可靠妹度理遼論的多震害貼預(yù)測烏方法爹，對送采取鑒不同烈配筋烘率、含軸壓潔比和階體積武配箍料率的瞧鋼筋轎混凝議土構(gòu)鄙件的雪屈服鬧、極胡限變廢形進惱行了擴分析霧，在紹構(gòu)件眾配箍煎率和斥軸壓雷比相豆同的運條件熄下，壞體積憲配箍草率的高增加棋對極為限位嗎移影膊響比章較大植，對撐屈服蛋位移送影響斑不大村，其患規(guī)律靈是隨詢著體授積配堪箍率摟的增融加，銀構(gòu)件衰的極嶺限變妄形能迅力增昂強。蹄我們侵在乙葡類建少筑的擁震害伯預(yù)測匯中引它入了濃這方蝴面的幸分析奧結(jié)果姥。3.涂2建筑氧物內(nèi)擱物資亂損失薪分析地震圍作用佳下的嫌建筑運物破黎壞將駱導(dǎo)致遺建筑瞧物內(nèi)棒的物敬資破古壞，弄特別旱是工爐業(yè)廠約房的乞破壞篩將導(dǎo)緒致對夜廠房卵中設(shè)匙備的衰破壞障。因膏此，摘在分際析工侵程結(jié)呆構(gòu)的怖損失況中，丑應(yīng)對擠建筑循物內(nèi)姥的物地資損盛失進緞行分紋析。這里限要說竿明的貞是，抵工業(yè)餅廠房殲內(nèi)的暗設(shè)備也破壞贏是由年二個塑方面沸引起獅的：吸一是襖由于評在地健震作谷用下常設(shè)備悲地腳紗螺栓瘡抗剪趁強度禁不足急和浮辮放設(shè)陜備傾扶覆引隊起的讀破壞寫，也姿就是加設(shè)備什本身詞在地過震作園用下購的破款壞；余二是間由于鑰廠房地嚴重互破壞愿或倒納塌砸出壞設(shè)愈備產(chǎn)護生的察。廠侄房內(nèi)據(jù)的物林資損諒失主伏要是障指后腳者。根據(jù)歪對震已害資叫料的雀分析低，文擦獻[７杜]建議聰?shù)慕抑锷珒?nèi)物旗資損探失與趁物資易價值賢的比偉值列方于表蓮1。表1株建筑峰內(nèi)物標資損寇失與祥物資智價值蝴比破壞狀態(tài)基本完好輕微破壞中等破壞嚴重破壞倒塌民用建筑工業(yè)建筑0.00.00.00.00.00.020.250.350.950.903.菜3恢地震燈間接狗損失赴的分可析地震蘭的損戲失除們了工令程結(jié)帝構(gòu)的娃破壞突、基息礎(chǔ)設(shè)貫施的繩失效攻、建哪筑物該內(nèi)物庭資和派設(shè)備摔的破珍壞、轎次生柄災(zāi)害壯引起釀的構(gòu)技筑物擊和建它筑物兇等破庫壞以鏟及人允員傷齡亡外招，還遺有由后地震鎮(zhèn)破壞閥造成畫的停零產(chǎn)或禽減產(chǎn)賴。特膀別是牙原材點料工例業(yè)部悼門和唇能源掙供應(yīng)斯部門捷的停廚產(chǎn)或辟減產(chǎn)爭，會泳使依君賴于榴這些風(fēng)能源撞和原腥材料成加工鞠的工氏業(yè)部呆門的慨生產(chǎn)咬引起慘一系記列的箭連鎖勻反應(yīng)養(yǎng)。這糧種影衣響往朗往不仔僅限起于地請震區(qū)限，而晚且還墾波及咸到其冒鄰近害的地龜區(qū)。致比如賺，發(fā)先電廠桶主廠暮房的俊嚴重串破壞碧，會都使依某靠電毫力作惰為能牌源的探工廠講停產(chǎn)霜或部候分停站產(chǎn)。對于勵乙類地建筑杯，其恐間接誤損失殊較丙武類建偽筑要茶嚴重叢得多佩，這偏主要初是乙勇類建司筑的呀使用邁功能魚一旦徑中斷缸，將傷對國循民經(jīng)害濟產(chǎn)芒生重金大損祝失。鳥特別甚是乙紐奉類建鐵筑中泛的調(diào)終度信館號樓弟、網(wǎng)蠻控樓堅、鐵岡路行蘭車調(diào)芒度樓惠、航貝管樓狀等的吸嚴重職破壞筆，將拜導(dǎo)致麥停電兔、鐵原路與優(yōu)航空孕運輸末中斷滔，其移間接亮損失寶是非耐常巨運大的陽。建干議乙段類建賴筑的緩間接遍損失銷與各譜種不糠同破凡壞狀夠態(tài)下零的直壞接損毛失的近關(guān)系逐采用南表2鋸所列娛的倍劈燕數(shù)ηc寬。關(guān)于截丁類哀建筑望的間暖接損拜失，敲由于任儲存農(nóng)物品均價值必低，競其間稍接損估失較澆丙類陷建筑量要小耳，建臉議丁定類建雄筑的恭間接感損失論與各雀種不盆同破畜壞狀盼態(tài)下綢的直抄接損董失的靠關(guān)系阻采用遣表2鄰中丁據(jù)類建增筑的ηc值。表2猜間榜接損劑失與繪各種添不同仔破壞雷狀態(tài)襲下直敗接損錦失的擔(dān)倍數(shù)ηc破壞狀態(tài)基本完好輕微破壞中等破壞嚴重破壞倒塌乙類建筑丁類建筑0.00.00.00.00.5～1.00.023.0～6.01.08.02～0.02.0注：儀①乙港類建嫁筑為詳中等著破壞畜且有席精密鋤設(shè)備夫時，ηc共1.臺0；②乙類雹建筑骨為嚴模重破蘭壞后喬倒塌慮破壞叮狀態(tài)歡時，圖影響棍范圍風(fēng)大的柱取ηc的較季大值沫。4、月建筑皆抗震隆設(shè)防畢標準床分析下面破僅對儀《建清筑抗多震設(shè)蛛防分浴類標被準》憐中的門乙類個和丁辯類建牌筑進鼠行抗誦震設(shè)丟防標斥準的息分析擋。4.汁1鏈不啊同設(shè)偽防城坊市5負0年壤內(nèi)各罵地震柴烈度核的發(fā)下生概予率在乙晴類和跳丁類雪建筑值抗震牙設(shè)防訊標準駁的決似策分辮析中前，要父給出儲各烈蹈度在慌50從年內(nèi)足發(fā)生竟的概讀率，贏才能等分析聲損失隊的期案望值乓。在陡我們?yōu)倪\用凈一些稻城市跌的地自震危泊險性斗分析咐結(jié)果乓中，聚有一挎些城持市的葛地震挎危險萬性分推析結(jié)折果中臺，有屯一些顛給出航烈度觀超過呢5度獲、5蹤蝶.5傷度、辣6度疤和6萬.5船度…鹿的概抄率。襖作為功對一族些城患市的非決策圖分析猾，我吉們?nèi)”?.研5～普6.蜻49賊度為鍋6度蝴，6芹.5擦～7西.4千9為譜7度留，7燈.5賺～8仔.4毛9為金8度富，8下.5哄～8派.4味9為駝9度次，9芽.5觸～1圈0.輔49補為1柜0度編，大完于1墻0.燃5為后11供度。型根據(jù)蹄上述剛原則觀，所累進行濟的設(shè)盟防烈笛度為紫6～晉9度巖的四尖個典兼型城陵市，遵在5養(yǎng)0年舒內(nèi)發(fā)益生6查～1訓(xùn)1度放地震漸的概金率列聚于表男3。表3布6維～7買度設(shè)綿防典抗型城辟市5遍0年掌內(nèi)發(fā)委生各我種地廳震烈廢度的址概率序號50超越概率10%6度7度8度9度10度11度12346.207.008.009.000.20930.39970.33420.06060.05250.16710.40700.328140.007720.03730.16260.394980.005460.0045960.036690.176610.0000110.000220.005340.036090.00.000060.00080.00804.分2嬸破援壞概重率分共析對乙御類建薪筑，母主要蕩指鋼妄筋混渠凝土抽結(jié)構(gòu)無類型析，包巨括鋼村筋混慣凝土尸框架溫，高聰層鋼跑筋混謊凝土北結(jié)構(gòu)粘和單狹層鋼匆筋混感凝土壯柱廠賣房等拍。該睛類建帽筑提迫高一凡度采頃取抗止震構(gòu)踩造措晚施以內(nèi)及構(gòu)槽件強閥剪弱個彎、猶強柱強弱梁析、強蓋節(jié)點干和柱搜軸壓迅比的泰調(diào)整鬼等，蘋能夠善較大捧的提長高構(gòu)潛件的核極限悄變形闊能力脂。對瞞于乙晶類建揉筑中存的第納1類漏調(diào)度蜜信號么系統(tǒng)繁房屋躁，若島提高兇構(gòu)件凝的承錦載能姐力，雄在地炭震作勞用下河延緩提了結(jié)匆構(gòu)進甩入屈糕服的聯(lián)時間集，在突一定嘴強度梳地震薪作用征下的揮結(jié)構(gòu)尾變形跪?qū)訙p少耀，再悉加上求又提畢高一恢度采店取抗遇震構(gòu)繁造措森施，階該結(jié)牢構(gòu)發(fā)棟生中些等以趣上破釘壞的串概率賤將會昂減少釘較多勸。表活4列蓬出了答7度籍區(qū)某青城市堪46摩幢鋼男筋混仆凝土乘框架費結(jié)構(gòu)嘴樣本企，按損丙類簡建筑輛設(shè)計柔、按歐提高萌一度丸采取薪構(gòu)造必措施紋及將椒地震骨作用嶺增大諷1.歷5倍拾并提船高一騰度采們?nèi)?gòu)乏造措傲施等鑒三種列情況靜下，麗在7腔、8揪、9始度時眉不同撞破壞負狀態(tài)料下的揀震害沉。表4添7舌度區(qū)釀某城誦市4攔6幢喪鋼筋瞧混凝伙土框駱架結(jié)洪構(gòu)樣畢本采火構(gòu)造摔措施際后喊的震秋害預(yù)偷測結(jié)通果抗震構(gòu)造措施烈度基本完好輕微破壞中等破壞嚴重破壞倒塌按丙類建筑設(shè)計7890.885260.437980.038800.105420.408760.245380.008730.126910.355080.000580.025990.325920.00.000370.03482提高一度采取抗震構(gòu)造措施7890.885260.437980.038800.105420.408760.245380.00900250.1399050.456090.0002950.0137350.241210.00.00130.01852增大1.5倍的地震作用，并提高一度采取抗震構(gòu)造措施7890.943960.665410.125060.052950.279130.393590.002950.049250.316730.000140.00620.16230.00.000010.00338同樣蠶我們丸也可雕以分歸析丁煎類建聽筑的寫單層特磚柱水廠房師按降膏低一碎度采秘取抗股震構(gòu)對造措繁施和地降低糞為0愉.7前5的掛承載樸能力侍及同竄時降廢低一喇度采晌取抗頸震構(gòu)愛造措糖施的拳震害公預(yù)測柔結(jié)果膝。4.仿3賽造槽價分筒析對于銀乙類義建筑列不僅茅提高板一度兄采取律構(gòu)造頓措施屈，而適且對洪于信燦號調(diào)競度樓思還應(yīng)導(dǎo)提高夠地震汪作用驕進行轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)判構(gòu)件塌的承葡載能態(tài)力驗邁算；浩對于泡丁類鋸建筑耀不僅算降低悶一度濕采取灑構(gòu)造模措施親，而革且還僚可以筋降低哈地震慘作用摔進行陣構(gòu)件圓承載證力驗鳳算。提高先地震享作用涼和同態(tài)時提上高一沒度采顏取構(gòu)筍造措成施的毯乙類神建筑盲的工各程造挪價，依比僅儉提高旋一度粉采取皺構(gòu)造添措施腸的要喇增加擋，其按增加竭的比云例可將按表巾5給甩出的士范圍避取值敏。僅育提高紡一度杯采取漠構(gòu)造搞措施慮時，凍取下序限值噴，同棒時提形高一泄度地千震作中用時鍛取上去限值矮，其者它內(nèi)未插。對于慕丁類謀建筑盆降低辭地震拉作用慌和同梁時降如低一無度采訪取構(gòu)襖造措拋施，奪不同煉設(shè)防辨烈度醋的工帥程造謙價較奶不設(shè)嚴防的親增加柿值列你于表碎6。少若僅重降低甜一度句采取已構(gòu)造躁措施辟時取棟表6砌中的壩上限切值，辟同時掩降低瀉一度燈地震嚼作用貿(mào)時取鑒下限賀值，霞其它矩內(nèi)插屢。表5滿乙類貪建筑途同時桶提高示地震志作用裁和提否高一致度采怒取構(gòu)抗造措位施比襪不設(shè)傳防時宏工程私造價成的增隆加比住例（親%）表6恩丁類險建筑煮同時城降低罪地震屢作用聰和降研低一顏度采戰(zhàn)取構(gòu)槽造措聚施比洞不設(shè)金防時準工程米造價拳的增沙加比鹽例（金%）房屋類型6789多層與高層鋼筋混凝土房屋單層鋼筋混凝土柱廠房3.0～5.03.0～4.56.5～10.06.0～9.013.0～20.012.0～18.024.0～35.020.0～30.0房屋類型6789單層磚柱廠房2.02.0～2.83.5～5.08.0～11.04.滑4墾抗震便設(shè)防者標準集的分剪析結(jié)絲式果在進排行工謹程決阻策分捆析中歪，我甲們采溉用歸去一化榴的方醉法，漠即以完乙類蔑建筑成提高競一度采采取竹構(gòu)造漏措施佩抗震荒設(shè)防駛的投張入與楚期望音損失申之和狐為標堪準W1，與按聚丙類漫建筑籠設(shè)防喊的投基入與統(tǒng)期望經(jīng)損失欺之和W2及按秤提高才承載牧能力安(按嘩1.扇5倍圍地震用作用膜進行脊構(gòu)件濃承載沾力驗趁算)纖和同逗時提緞高一碎度采姨取構(gòu)烤造措熟施抗喪震設(shè)糞防的倦投入包與期啦望損近失之廣和W3相比濁較，舟其最煎小值耕為乙伯類建享筑的忌最優(yōu)屢設(shè)防戀標準喬。對譽6～明9度獄四個眉典型驗設(shè)防革烈度場的分疏析結(jié)忘果列遭于表沙7。表7觀乙類口建筑洽三種魂不同搖設(shè)防惜要求泥的分雁析結(jié)叛果比掠較50年超越概率10％的烈度W1/W1W2/W1W3/W167891.01.01.01.01.0981.0891.2031.0970.8950.9420.8070.910從表逐7可府以看從出，敏對于寒乙類菠建筑脈的第酸1類貿(mào)如指赴揮調(diào)行度樓攏，從木發(fā)揮搬其正彈常運重行的貢功能德來說搏，構(gòu)興件承蝴載力顫驗算以中按腿1.接5倍盛地震康作用企有助蛇于減鬼輕地管震災(zāi)按害；俘對于照乙類饅建筑宋的第架2類土如大慢中城素市的錯三級澡醫(yī)院高的住稅院部黨、醫(yī)沾技樓沃、門犧診部叮和大范型影死劇院躺等，巷可僅得提高題一度監(jiān)采取槍構(gòu)造年措施比；對師于乙蝴類建棗筑的擾第3及類如饒工廠悠變電傲站等帆，可蠟采取戰(zhàn)抗震漆性能扯好、藝經(jīng)濟沉合理忍的結(jié)贊構(gòu)體鳴系，困并按補本地辛區(qū)的寶抗震共設(shè)防丘烈度往采取釣抗震僻措施躁。乙類陣建筑兵中第劣1類垂的重礦要性的系數(shù)朽可采嬸用1紗.5暢，并略且僅創(chuàng)乘在套地震假作用漢效應(yīng)華上，艙而不徑是統(tǒng)勉乘在仙所有欺的荷芳載效刪應(yīng)上雷。這般與文喚獻[草2]雷采用宵概率匪方法損，對名45須個城惜市進趣行地池震危榴險性只分析火給出炊的平偏均1挑00折年一剃遇地薯震峰矛值加濫速度穩(wěn)的1愁.4墓5倍美大體總一致潛。也衣就是膨說，潛乙類擦建筑卵中第粒1類旋的地鍬震作體用取饑值為粗平均棒10濟0年讀一遇窗的地斯震。對于司丁類應(yīng)建筑東采用論同樣兇的方散法進丸行分寫析，奶以降瞧低一具度采帳取構(gòu)女造措落施的講投入極與期疊望損漲失之隸和為串標準誓的W1，與按刑降低沙構(gòu)件仇承載挽力(段系數(shù)探采用掘0.查75預(yù))并收同時銀降低容一度徹采取勇構(gòu)造芽措施廊的投么入與秋期望撕損失昌之和W2相比呈較，擊結(jié)果艷可以廢看出巷，對移于抗測震設(shè)特防為舟7、話8、虛9度父區(qū)的鬧丁類押建筑絞，可寺采用捕該類把建筑輕地震維作用仁的0拾.7筐5倍偏進行縣截面黨抗震負驗算掙并降梢低一思度采枕取構(gòu)廳造措港施；激對于籍6度曬則不六再降分低。儲文獻斑[2予]運逗用概岔率方燥法分火析指腹出，倉0.響75帆倍的少地震耍作用搶為平疤均3元0年遍一遇喇的地別震作窗用與偉平均騙50穿年一丘遇的聚地震控作用申的比預(yù)值。擾也就視是說者，丁躺類建扔筑可閣采用爐平均雪30堂年一繭遇的色地震番作用調(diào)進行齒結(jié)構(gòu)眉構(gòu)件萌截面診設(shè)計容，0尸.7老5系逃數(shù)也剩同樣至是僅戲乘在軟地震壇