抗震设防标准与结构抗震安全性

抗震设防标准与结构抗震安全性高小旺王菁肖伟孟钢王巍周晓夫（中国建筑科学研究院）提要

工程结构采用的抗震设防标准对于其安全水平是至关重要的。本文采用投入－效益的工程决策分析方法，对不同重要性建筑的抗震设防标准进行了探讨，对《建筑抗震设防分类标准》GB50223－95中的乙类建筑是否较丙类建筑提高和降低地震作用进行抗震截面验算等作了工程投入和地震损失分析，提出了不同重要性的建筑抗震设防的最佳标准。关键词工程决策重要建筑设防标准1、前言

工程结构抗震的安全性与抗震设防标准、结构的抗震设计和施工等诸多因素有关。在这其中，抗震设防标准的确定是非常关键的。从一定意义上讲，抗震设防标准决定着工程结构抗震安全水平。抗震设防标准既包括一个城市的设防烈度或地震动参数，又包括不同重要性工程因其使用功能的重要性而应采用不同的设防标准。围绕较正确地确定抗震设防标准，国内外学者进行了一系列的研究，适应地震作用随机性的特点，采用概率方法确定抗震设防标准是较为合适的。采用投入－效益的工程决策分析方法，对城市抗震设防标准的若干问题进行了分析。

建筑重要性分类：甲类建筑——特殊要求的建筑，如遇地震破坏会导致严重后果的建筑等；乙类建筑——国家重点抗震城市的生命线工程的建筑，主要指使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑；丙类建筑——地震破坏后有一般影响及其它不属于甲、乙、丁类的建筑；丁类建筑——次要的建筑，如遇地震破坏不易造成人员伤亡和较大损失的建筑。对乙类建筑中的第1类和第2类是否仅提高一度采取抗震构造措施，以及对于丁类建筑降低一度采取抗震构造措施，是否为最优的抗震设防标准，尚需进一步探讨。2、

工程抗震设防标准决策分析方法概要确定合理的抗震设防标准，必须建立在对一个城市或地区的地震危险性和对不同烈度地震作用下造成损失(包括直接损失和间接损失以及人员伤亡等)的科学分析基础上。采用抗震设防—效益分析方法来确定工程抗震设防标准，需要建立目标函数，使之取极值求得最佳决策。目标函数可为期望的总损失，则极值为最小；也可为效益，则极值为最大。抗震设防标准的最佳取值，可为按某一设防烈度建造房屋和工程的投入与50年内该城市或地区在各种不同烈度地震作用下的期望损失之和W(I)为最小来确定.可用下列公式表示:W(I)→min(2)式中R(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度的工程投入；

P(i)——该城市或地区I烈度的出现概率；

S1(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时，不同地震烈度作用下的直接损失(主要包括工程结构和结构内部财产的损失)；S2(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时，不同地震烈度作用下的间接损失(包括停水、停电、火灾和停产的损失)；S3(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时，不同地震烈度作用下的人员伤亡损失。其分雹析方片法可浅概括减为图兄1所亮示的鲁框图椅。某城市的地震危险性分析结果工程结构宜损性模型以某一地震烈度作为抗震设防烈度的工程造价不同强度地震作用下该市地面破坏效应和对工程结构的影响不同地震烈度作用下，按某一地震烈度作为设防标准时工程结构的不同破坏状态的概率某一地震烈度作为设防标准时，工程结构破坏的直接损失、间接损失和人员伤亡根据该城市50年不同地震烈度的出现概率和某一地震烈度作为设防标准时，各烈度地震作用的损失，综合得到期望损失对各地震烈度作为设防烈度的工程造价与期望损失之和进行比较，取极小值对应的地震烈度作为城市的设防标准图1工程抗震设防标准决策分析框图3、尚地震纠损失震分析地震院作用伍下造碰成的浸损失议，可塔分为掀直接删经济扩损失巷、间贩接经宋济损侦失和裹远期渠损失兔以及赞人员林伤亡深等。温这些狮损失储和人粒员伤便亡都升与工脊程结业构的命破坏助状态孝有关猴。因脾此，甘讨论是地震枣损失锤中一罚个重要要的屡工作滤就是里对工踪蝶程结喂构在希不同桑地震赏作用秆下的爷易损福性分膛析，衔通常暑我们晶称为遥震害伪预测毫。3.分1轿地震缴作用府下工辉程结通构的奶震害座预测消方法基于多可靠妹度理辽论的多震害贴预测乌方法爹，对送采取鉴不同烈配筋烘率、含轴压洁比和阶体积武配箍料率的瞧钢筋轿混凝议土构鄙件的雪屈服闹、极胡限变废形进恼行了扩分析雾，在绍构件众配箍煎率和斥轴压雷比相豆同的运条件熄下，坏体积宪配箍草率的高增加棋对极为限位吗移影膊响比章较大植，对撑屈服蛋位移送影响斑不大村，其患规律灵是随询着体授积配堪箍率搂的增融加，银构件衰的极岭限变妄形能迅力增昂强。蹄我们侵在乙葡类建少筑的拥震害伯预测汇中引它入了浓这方蝴面的幸分析奥结果姥。3.涂2建筑氧物内搁物资乱损失薪分析地震围作用佳下的嫌建筑运物破黎坏将骆导致遗建筑瞧物内棒的物敬资破古坏，弄特别旱是工炉业厂约房的乞破坏筛将导绪致对夜厂房卵中设匙备的衰破坏障。因膏此，摘在分际析工侵程结呆构的怖损失况中，丑应对挤建筑循物内姥的物地资损盛失进缎行分纹析。这里限要说竿明的贞是，抵工业饼厂房歼内的暗设备也破坏赢是由年二个塑方面沸引起狮的：吸一是袄由于评在地健震作谷用下常设备悲地脚纱螺栓疮抗剪趁强度禁不足急和浮辫放设陕备倾扶覆引队起的读破坏写，也姿就是加设备什本身词在地过震作园用下购的破款坏；余二是间由于钥厂房地严重互破坏愿或倒纳塌砸出坏设愈备产护生的察。厂侄房内据的物林资损谅失主伏要是障指后脚者。根据歪对震已害资叫料的雀分析低，文擦献[７杜]建议聪的建烈筑物色内物旗资损探失与趁物资易价值贤的比伟值列方于表莲1。表1株建筑峰内物标资损寇失与祥物资智价值蝴比破坏状态基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏倒塌民用建筑工业建筑0.00.00.00.00.00.020.250.350.950.903.菜3恢地震灯间接狗损失赴的分可析地震兰的损戏失除们了工令程结帝构的娃破坏突、基息础设贯施的绳失效攻、建哪筑物该内物庭资和派设备摔的破珍坏、轿次生柄灾害壮引起酿的构技筑物击和建它筑物凶等破库坏以铲及人允员伤龄亡外招，还遗有由后地震镇破坏阀造成画的停零产或禽减产赖。特膀别是牙原材点料工例业部悼门和唇能源挣供应斯部门捷的停厨产或辟减产争，会泳使依君赖于榴这些风能源撞和原腥材料成加工鞠的工氏业部呆门的慨生产咬引起惨一系记列的箭连锁匀反应养。这粮种影衣响往朗往不仔仅限起于地请震区限，而晚且还垦波及咸到其冒邻近害的地龟区。致比如赚，发先电厂桶主厂暮房的俊严重串破坏碧，会都使依某靠电毫力作惰为能牌源的探工厂讲停产霜或部候分停站产。对于励乙类地建筑杯，其恐间接误损失殊较丙武类建伪筑要茶严重丛得多佩，这偏主要初是乙勇类建司筑的呀使用迈功能鱼一旦径中断缸，将伤对国循民经害济产芒生重金大损祝失。鸟特别甚是乙纽奉类建铁筑中泛的调终度信馆号楼弟、网蛮控楼坚、铁冈路行兰车调芒度楼惠、航贝管楼状等的吸严重职破坏笔，将拜导致麦停电兔、铁原路与优航空孕运输末中断滔，其移间接亮损失宝是非耐常巨运大的阳。建干议乙段类建赖筑的缓间接遍损失销与各谱种不糠同破凡坏状够态下零的直坏接损毛失的近关系逐采用南表2锯所列娱的倍劈燕数ηc宽。关于截丁类哀建筑望的间暖接损拜失，敲由于任储存农物品均价值必低，竞其间稍接损估失较浇丙类陷建筑量要小耳，建脸议丁定类建雄筑的恭间接感损失论与各雀种不盆同破畜坏状盼态下绸的直抄接损董失的靠关系阻采用遣表2邻中丁据类建增筑的ηc值。表2猜间榜接损剂失与绘各种添不同仔破坏雷状态袭下直败接损锦失的担倍数ηc破坏状态基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏倒塌乙类建筑丁类建筑0.00.00.00.00.5～1.00.023.0～6.01.08.02～0.02.0注：仪①乙港类建嫁筑为详中等著破坏畜且有席精密锄设备夫时，ηc共1.台0；②乙类雹建筑骨为严模重破兰坏后乔倒塌虑破坏叮状态欢时，图影响棍范围风大的柱取ηc的较季大值沫。4、月建筑皆抗震隆设防毕标准床分析下面破仅对仪《建清筑抗多震设蛛防分浴类标被准》怜中的门乙类个和丁辩类建牌筑进鼠行抗诵震设丢防标斥准的息分析挡。4.汁1链不啊同设伪防城坊市5负0年壤内各骂地震柴烈度核的发下生概予率在乙晴类和跳丁类雪建筑值抗震牙设防讯标准驳的决似策分辫析中前，要父给出储各烈蹈度在慌50从年内足发生竟的概读率，赢才能等分析声损失队的期案望值乓。在陡我们灾运用净一些稻城市跌的地自震危泊险性斗分析咐结果乓中，聚有一挎些城持市的葛地震挎危险万性分推析结折果中台，有屯一些颠给出航烈度观超过呢5度获、5踪蝶.5伤度、辣6度疤和6万.5船度…鹿的概抄率。袄作为功对一族些城患市的非决策图分析猾，我吉们取臂5.研5～普6.蜻49贼度为锅6度蝴，6芹.5擦～7西.4千9为谱7度留，7灯.5赚～8仔.4毛9为金8度富，8下.5哄～8派.4味9为驼9度次，9芽.5触～1圈0.辅49补为1柜0度编，大完于1墙0.燃5为后11供度。型根据蹄上述刚原则观，所累进行济的设盟防烈笛度为紫6～晋9度岩的四尖个典兼型城陵市，遵在5养0年舒内发益生6查～1训1度放地震渐的概金率列聚于表男3。表3布6维～7买度设绵防典抗型城辟市5遍0年掌内发委生各我种地厅震烈废度的址概率序号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婶破援坏概重率分共析对乙御类建薪筑，母主要荡指钢妄筋混渠凝土抽结构无类型析，包巨括钢村筋混惯凝土尸框架温，高聪层钢跑筋混谎凝土北结构粘和单狭层钢匆筋混感凝土壮柱厂卖房等拍。该睛类建帽筑提迫高一凡度采顷取抗止震构踩造措晚施以内及构槽件强阀剪弱个弯、犹强柱强弱梁析、强盖节点干和柱搜轴压迅比的泰调整鬼等，苹能够善较大捧的提长高构潜件的核极限悄变形阔能力脂。对瞒于乙晶类建揉筑中存的第纳1类漏调度蜜信号么系统繁房屋躁，若岛提高凶构件凝的承锦载能姐力，雄在地炭震作劳用下河延缓提了结匆构进甩入屈糕服的联时间集，在突一定嘴强度梳地震薪作用征下的挥结构尾变形跪将会河减少耀，再悉加上求又提毕高一恢度采店取抗遇震构繁造措森施，阶该结牢构发栋生中些等以趣上破钉坏的串概率贱将会昂减少钉较多劝。表活4列蓬出了答7度籍区某青城市堪46摩幢钢男筋混仆凝土乘框架费结构嘴样本企，按损丙类简建筑辆设计柔、按欧提高萌一度丸采取薪构造必措施纹及将椒地震骨作用岭增大讽1.历5倍拾并提船高一腾度采们取构乏造措傲施等鉴三种列情况静下，丽在7腔、8揪、9始度时眉不同撞破坏负状态料下的拣震害沉。表4添7舌度区酿某城诵市4拦6幢丧钢筋瞧混凝伙土框骆架结洪构样毕本采火构造摔措施际后喊的震秋害预偷测结通果抗震构造措施烈度基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏倒塌按丙类建筑设计7890.885260.437980.038800.105420.408760.245380.008730.126910.355080.000580.025990.325920.00.000370.03482提高一度采取抗震构造措施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构造措施7890.943960.665410.125060.052950.279130.393590.002950.049250.316730.000140.00620.16230.00.000010.00338同样蚕我们丸也可雕以分归析丁煎类建听筑的写单层特砖柱水厂房师按降膏低一碎度采秘取抗股震构对造措繁施和地降低粪为0愉.7前5的挂承载朴能力侍及同窜时降废低一喇度采晌取抗颈震构爱造措糖施的拳震害公预测柔结果膝。4.仿3赛造槽价分筒析对于银乙类义建筑列不仅茅提高板一度兄采取律构造顿措施屈，而适且对洪于信灿号调竞度楼思还应导提高够地震汪作用骄进行转结构判构件塌的承葡载能态力验迈算；浩对于泡丁类锯建筑耀不仅算降低闷一度湿采取洒构造模措施亲，而革且还僚可以筋降低哈地震惨作用摔进行阵构件圆承载证力验凤算。提高先地震享作用凉和同态时提上高一没度采颜取构笋造措成施的毯乙类神建筑盲的工各程造挪价，依比仅俭提高旋一度粉采取皱构造添措施肠的要喇增加挡，其按增加竭的比云例可将按表巾5给甩出的士范围避取值敏。仅育提高纺一度杯采取漠构造搞措施虑时，冻取下序限值喷，同棒时提形高一泄度地千震作中用时锻取上去限值矮，其者它内未插。对于慕丁类谋建筑盆降低辞地震拉作用慌和同梁时降如低一无度采访取构袄造措抛施，夺不同炼设防辨烈度醋的工帅程造谦价较奶不设严防的亲增加柿值列你于表碎6。少若仅重降低甜一度句采取已构造躁措施辟时取栋表6砌中的坝上限切值，辟同时掩降低泻一度灯地震嚼作用贸时取鉴下限贺值，霞其它矩内插屡。表5满乙类贪建筑途同时桶提高示地震志作用裁和提否高一致度采怒取构抗造措位施比袜不设传防时宏工程私造价成的增隆加比住例（亲%）表6恩丁类险建筑煮同时城降低罪地震屡作用聪和降研低一颜度采战取构槽造措聚施比洞不设金防时准工程米造价拳的增沙加比盐例（金%）房屋类型6789多层与高层钢筋混凝土房屋单层钢筋混凝土柱厂房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房屋类型6789单层砖柱厂房2.02.0～2.83.5～5.08.0～11.04.滑4垦抗震便设防者标准集的分剪析结丝式果在进排行工谨程决阻策分捆析中歪，我甲们采溉用归去一化榴的方醉法，漠即以完乙类蔑建筑成提高竞一度采采取竹构造漏措施佩抗震荒设防驶的投张入与楚期望音损失申之和狐为标堪准W1，与按聚丙类漫建筑笼设防喊的投基入与统期望经损失欺之和W2及按秤提高才承载牧能力安(按哗1.扇5倍围地震用作用膜进行脊构件浓承载沾力验趁算)纤和同逗时提缎高一碎度采姨取构烤造措熟施抗丧震设粪防的倦投入包与期啦望损近失之广和W3相比浊较，舟其最煎小值耕为乙伯类建享筑的忌最优屡设防恋标准乔。对誉6～明9度狱四个眉典型验设防革烈度场的分疏析结忘果列遭于表沙7。表7观乙类口建筑洽三种魂不同摇设防惜要求泥的分雁析结叛果比掠较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从表逐7可府以看从出，敏对于寒乙类菠建筑脉的第酸1类贸如指赴挥调行度楼拢，从木发挥搬其正弹常运重行的贡功能德来说搏，构兴件承蝴载力颤验算以中按腿1.接5倍盛地震康作用企有助蛇于减鬼轻地管震灾按害；俘对于照乙类馒建筑宋的第架2类土如大慢中城素市的错三级澡医院高的住税院部党、医沾技楼沃、门牺诊部叮和大范型影死剧院躺等，巷可仅得提高题一度监采取枪构造年措施比；对师于乙蝴类建枣筑的扰第3及类如饶工厂悠变电傲站等帆，可蜡采取战抗震漆性能扯好、艺经济沉合理忍的结赞构体鸣系，困并按补本地辛区的宝抗震共设防丘烈度往采取钓抗震僻措施躁。乙类阵建筑兵中第劣1类垂的重矿要性的系数朽可采婶用1纱.5畅，并略且仅创乘在套地震假作用汉效应华上，舱而不径是统勉乘在仙所有欺的荷芳载效删应上雷。这般与文唤献[草2]雷采用宵概率匪方法损，对名45须个城惜市进趣行地池震危榴险性只分析火给出炊的平偏均1挑00折年一剃遇地薯震峰矛值加滥速度稳的1愁.4墓5倍美大体总一致潜。也衣就是膨说，潜乙类擦建筑卵中第粒1类旋的地锹震作体用取饥值为粗平均棒10济0年读一遇窗的地斯震。对于司丁类应建筑东采用论同样凶的方散法进丸行分写析，奶以降瞧低一具度采帐取构女造措落施的讲投入极与期叠望损涨失之隶和为串标准誓的W1，与按刑降低沙构件仇承载挽力(段系数探采用掘0.查75预)并收同时银降低容一度彻采取勇构造芽措施廊的投么入与秋期望撕损失昌之和W2相比呈较，击结果艳可以废看出巷，对移于抗测震设特防为舟7、话8、虚9度父区的闹丁类押建筑绞，可寺采用捕该类把建筑轻地震维作用仁的0拾.7筐5倍偏进行县截面党抗震负验算挣并降梢低一思度采枕取构厅造措港施；激对于籍6度晒则不六再降分低。储文献斑[2予]运逗用概岔率方燥法分火析指腹出，仓0.响75帆倍的少地震耍作用抢为平疤均3元0年遍一遇喇的地别震作窗用与伟平均骗50穿年一丘遇的聚地震控作用申的比预值。扰也就视是说者，丁躺类建扔筑可阁采用炉平均雪30堂年一茧遇的色地震番作用调进行齿结构眉构件萌截面诊设计容，0尸.7老5系逃数也剩同样至是仅戏乘在软地震坛