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抗震设防水准及其设计实现问题

王世权

（河南省建筑设计研究院有限公司郑州450003）

[提要]对目前我国抗震设防水准“小震不坏、中震可修、大震不倒”进行梳理，并详细讨论在实际结构设计中的实现方法。

[关键词]多遇地震设防烈度地震罕遇地震

1、设防水准基本规定：

《抗规》总则有如下规定：

“按本规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，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，当遭受高于本地区抗震设防烈度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。”

即我们常说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”。

我国目前的抗震设计是以小震为设计基础的，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证。

2、小震、中震、大震的量化标准：

在《抗规》总则的条文说明中，对小震、中震、大震有较具体的规定：

根据我国华北、西北和西南地区地震发生概率的统计分析，50年内超越概率约为63％的地震烈度为众值烈度，比基本烈度约低一度半，规范取为第一水准烈度；50年超越概率约10％的烈度即1990中国地震烈度区划图规定的地震基本烈度或新修订的中国地震动参数区划图规定的峰值加速度所对应的烈度，规范取为第二水准烈度；50年超越概率2％～3％的烈度可作为罕遇地震的概率水准，规范取为第三水准烈度，当基本烈度6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强。

根据超越概率我们可以推算出：

50年一遇的地震，其50年不遇的概率是(49/50)^50=0.364，50年内发生的概率为1-0.364=63.6%,即这里所说的多遇地震（小震）。

500年一遇的地震，其50年不遇的概率是（499/500）^50=0.90，则50年内发生的概率1-0.9=10%,即这里我们所说的设防烈度地震（中震）。

1700~2500年一遇的地震，其50年不遇的概率是（1699/1700）^50=0.971，（2499/2500）^50=0.98，则50年内发生的概率1-0.98=2%~1-0.971=3%，即这里我们所说的设防罕遇地震（大震）。

3、各设防烈度及设防水准的水平地震影响系数确定：

表1水平地震影响系数表

设防烈度

6度

7度

7.5度

8度

8.5度

9度

小震a

0.04

0.08

0.12

0.16

0.24

0.32

中震a

0.11

0.23

0.33

0.46

0.66

0.8

大震a

0.28

0.5

0.72

0.9

1.2

1.4

中震放大系数β

2.75

2.875

2.75

2.875

2.75

2.5

大震放大系数β

7

6.25

6

5.625

5

4.375

弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论，规范所采用的设计反应谱以地震影响系数曲线的形式给出。振型分解反应谱法便是目前规范采用的抗震算法。

大震分析时若仍选用地震影响系数曲线进行，则仍属于弹性计算范畴，分析中将不会考虑塑性变形的影响，这点一定注意，同时要搞清分析程序的内在原理。

4、各设防水准的设计实现：

目前的地震算法主要有两大类：弹性算法和弹塑性算法。

弹性算法主要有：

拟静力弹性法：比如底部剪力法；

动力弹性法：比如振型分解法、时程分析法。

弹塑性算法分两大类：

静力弹塑性分析法：即pushover;

动力弹塑性分析法：即弹塑性时程分析法；

1）多遇地震（小震设计）：

我国目前的抗震设计既是以小震为基础的，所以规范也规定得最为详实，各分析软件也都可以轻松予以实现。《抗规》主要给出了三种算法：底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法。目前设计中最常用的是振型分解反应谱法，各常用结构分析程序均可实现。

2）设防烈度地震（中震）

规范中并没有给出中震设计的判断标准和设计要求但对于复杂结构、超高超限结构，工程上需要进行中震设计。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。基本算法可采用：振型分解法和时程分析法。

中震弹性设计：按中震反应谱计算地震作用，不考虑抗震等级及内力调整系数，取正常荷载组合，并按材料强度的设计值进行构件设计，即保证构件在中震作用下保持弹性工作状态。中震反应谱即在小震反应谱的基础上乘以放大系数β得到，中震反应谱地震影响系数及β值参见表1。

中震不屈服设计：按中震反应谱计算地震作用，不考虑抗震等级及内力调整系数，荷载组合时地震作用工况荷载组合分项