我國與印尼建筑抗震設計地震基本參數的對比

陳志杰，余鐵穩，金勤勝

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

建筑抗震設計在建(構)筑物勘察與設計過程中是不可缺少的部分，同時也是大多數國家需強制執行的過程。在一般沒有進行專門地震安全評估的工程場地，巖土專業需根據相關的國家標準或規范向設計專業提供地震基本參數。我國可執行的標準主要為《中國地震動參數區劃圖(GB 18306-2001)》、《建筑抗震設計規范(GB 50011-2001)》(注：現已升版為GB 50011-2010)和《構筑物抗震設計規范(GB50191-93)》等，而印度尼西亞所能參照執行的規范為《建筑結構抗震設計標準(STANDAR PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK STRUCTUR BANGUNAN GEDUNG，SNI 03-1726-2002)》。

目前我國參與了印尼較多的工程建設，而一些巖土人員在采用當地規范提取參數過程中，往往存在對實際概念不是非常清晰的問題，以至于在將地震基本參數提供給國內設計人員時，存在定義與應用上的誤差。結合近年印尼工程中相關兩國抗震規范執行，筆者將兩國規范相對應的地震基本參數進行了初步對比，以滋相關專業人員參考與探討。

1 抗震設計原則

我國抗震設計原則主要體現在抗震設防三個水準目標：“小震不壞、中震可修、大震不倒”，意即：一般情況下，當遭遇第一水準烈度——眾值烈度(多遇地震)影響時，建筑處于正常使用狀態；遭遇第二水準烈度——基本烈度(設防地震)影響時，結構的非彈性變形或結構體系的損壞控制在可修復的范圍；遭遇第三水準烈度——最大預估烈度(罕遇地震)影響時，結構的非彈性變形應控制在規定的范圍內，以免倒塌。

印尼抗震設計原則從其《建筑結構抗震設計標準》條文中及其編制依據中可基本歸納為以下兩條：①建構筑物在中低地震影響下沒有損害或至多非結構性部位損壞；②建構筑物在大地震(設計地震)影響下，遭受到的破壞但不至于倒塌。而規范中定義的設計地震為500年重現期(回歸周期)，即50年超越概率為10%的地震。對應于我國劃分標準應為常遇地震即中震，那么基本可歸結為“中震不倒”，這與我國的原則略有區別。

2 地震區劃

我國相關地震區劃，主要采用中國地震局主編的《中國地震動參數區劃圖(GB 18306-2001)》，其中附錄了《中國地震動峰值加速度區劃圖》與《中國地震動反應譜特征特征周期(Tg)區劃圖》。該區劃圖意在摒棄并過渡原先一直沿用的烈度區劃的概念，定義并反映了一般(II類)場地條件下，50年超越概率10%，阻尼比為0.05時的不同檔次的動峰值加速度值與加速度反應譜特征周期的空間分布。而由中國建筑科學研究院主編的《建筑物抗震設計規范(GB 50011-2010)》則基本依據該區劃圖，對參數應用做了適當的調整。另外，我們通常所說的地震基本烈度則相對應于區劃圖所示的地震動峰值加速度。

印尼相關地震區劃則主要采用《建筑結構抗震設計標準》中的“圖1：印尼西亞500年回歸周期基巖面動峰值加速度區劃圖”。500年回歸周期基本等同于50年超越概率為10%(474年)，其所代表的動峰值加速度，可以近似理解為相同條件下，我國規范所定義的I0類場地的空間分布。因此，對于此加速度參數，不能簡單與國內習慣對應的地震基本烈度或抗震設防烈度等同。

3 場地類別

場地類別判斷和劃分是計算或確定建筑物抗震所需參數的基礎，我國規范對于場地類別劃分采用巖石剪切波速、土的等效剪切波速，并結合覆蓋層(剪切波速小于500m/s)厚度綜合判定，而等效剪切波速最大計算深度為20m。印尼規范中場地劃分標準與UBC相近，采用了三項指標劃分，分別是地基土的剪切波速、標準貫入擊數和不排水抗剪強度，最大計算深度為30m。兩國規范中剪切波速分檔也存在差別，國內分別為150m/s、250m/s、500m/s、800 m/s，對應于場地類別則分別為Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ1、Ⅰ0；印尼規范中則為175m/s、350m/s、750m/s，對應于場地類別則分別為軟弱場地、中硬場地、堅硬場地及基巖。

表1 印尼關于場地類別劃分

4 地震烈度地震加速度

我國自20世紀50年代開始先后頒布了四版地震區劃圖，前三版均以地震烈度作為劃分指標，而2001年所頒布的地震區劃圖則過渡為地震動參數作為劃分指標，這也是符合國際上的發展趨勢。但考慮到設計應用輸入習慣，依然保留了與地震加速度對應的地震基本烈度概念，抗震規范也保留了設防烈度(第二水準烈度)的概念。而實際建筑抗震驗算時，則采用第一水準烈度進行截面和變形驗算，第三水準烈度進行最大變形驗算。按照目前國內規范，地震動峰值加速度并未直接地體現在建筑抗震驗算中，而是通過加速度分區直接引出地震影響系數用于計算。

印尼規范沒有提到烈度概念，而是體現了兩類地震加速度定義，一是基巖面動峰值加速度，作為地震區劃的基本參數；另一類是場地類別校正后的地表動峰值加速度(A0)，作為抗震驗算的基本參數。地表動峰值加速度除特殊土地區需專門分析外，規范中規定了根據地震區劃與場地類別綜合判定的取值表。

表2 印尼分區基巖面動峰值加速度與地表動峰值加速度

5 特征周期

《中國地震動參數區劃圖》的圖B1：《中國地震動反應譜特征特征周期(Tg)區劃圖》提供了一般場地(Ⅱ類)阻尼比為0.05時，不同檔次加速度反應譜特征周期(Tg)。按照《中國地震動參數區劃圖》宣貫教材中的的定義，該區劃圖所提供參數應是必須滿足最低的要求。該區劃對應于《建筑抗震設計規范》中的設計地震分組，即較早抗震設計中所考慮的近震、中震、遠震。然而，2001版的《建筑抗震設計規范》中的設計地震分組并未與區劃圖完全對應，而是將區劃圖B1中特征周期為0.35s和0.40s的區域作為設計地震第一組，0.45s的區域多數作為設計地震第二組，少部分劃為第三組，這對參數提取與設計應用造成了一定的困惑。新版的《建筑抗震設計規范GB50011-2010》則與現行區劃圖基本統一。

印尼規范中，特征周期不存在地震分組概念，而是簡化為不同場地類別固定為0.5s，0.6s，1.0s，與我國規范差異較大，而建筑結構阻尼比同樣考慮為不小于0.05。

6 地震影響系數

地震影響系數是建構筑物抗震驗算的直接參數，我國《建筑抗震設計規范》提供了依據抗震設防烈度劃分的兩類水平地震影響系數最大值，一類是多遇地震下(50年超越概率63%)，用于建筑結構截面抗震驗算和抗震變形驗算；一類是罕遇地震下(50年超越概率2%～3%)，用于結構薄弱層彈塑性變形驗算。規范中沒有提供設防烈度水準劃分依據的常遇地震條件下各烈度的水平地震影響系數最大值，這與我國“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則相一致。在豎向地震作用計算時，豎向地震影響系數最大值一般取水平影響系數最大值的65%。

按照印尼抗震規范條文理解，其抗震設計原則可歸納為“中震不倒”，印尼規范中，地震影響系數取值與場地類別直接相關。地震影響系數最大值取地表動峰值加速度的2.5倍，因此該地震影響系數應理解為常遇地震影響系數，有別于我國規范所提的兩類水平地震影響系數，但并非代表在建構筑物抗震驗算時，計算地震作用大于我國規范所規定，實際應用則中采用了地震折減系數帶入地震作用驗算，對于不同建構筑物，計算結果存在一定的差異性。對應的豎向地震影響系數則是依據地震區劃與建筑類別，將水平地震影響系數最大值乘以相對應的系數。

需要注意的是，兩國規范除特征周期取值差異較大外，在地震影響系數曲線中，我國規范中直線上升段為小于0.1s的區段，印尼規范中則為0.2s。

7 案例

(1)某印尼項目廠址位處地震區劃圖第四區，按照當地規范，基巖面地震動峰值加速度為0.20g，根據巖土勘探結果，30m深度等效剪切波波速為524m/s，場地類別屬于堅硬場地，因此對應地表地震動峰值加速度為0.24g，同檔若對應于中硬場地地表動峰值加速度應為0.28g。特征周期為0.5s。水平地震影響系數最大值應為0.6。依此如果轉換為國內規范劃分，可近似理解為Ⅱ類場地地表動峰值加速度應為0.28g，加速度分檔可歸入0.20g區，即設計基本地震加速度值為0.20g；對應地震基本烈度為Ⅷ度，抗震設防烈度為8度。特征周期因在印尼規范中無設計地震分組概念，根據遠震、近震劃分概念，建議對應特征周期按第一組考慮，為0.25s。

(2)印尼另一工程場地位處地震區劃圖第三區，按照規范，基巖面地震動峰值加速度為0.15g，地基土30深度等效剪切波波速為168m/s，場地類別屬于軟弱場地，對應地表動峰值加速度為0.30g，同檔若對應中硬場地地表動峰值加速度為0.23g。特征周期為1.0s。水平地震影響系數最大值為0.75。依此如果轉換為國內規范劃分, 可近似理解為Ⅱ類場地地表動峰值加速度應為0.23g。加速度分檔可歸入0.20g區，即設計基本地震加速度值為0.20g；對應地震基本烈度為Ⅷ度，抗震設防烈度為8度。設計地震分組建議按照第一組考慮。

8 結語

以上是對兩國建筑抗震設計規范中基本地震參數的分析對比，綜合來看印尼規范對于抗震設計更接近于美國相關規范，而我國則在過去烈度設防設計基礎上，向以地震動參數為設計依據的抗震設防過渡，同時體現了近震、遠震設計概念，有著自身的特色。兩國規范在基本地震參數上存在可類比的方面，但由于服務于設計地震力計算的某些模式與理念上的差別，部分參數不能完全類比，比如特征周期與地震影響系數。由于在過去某些工程應用上，一些巖土專業人員在提供地震基本參數上存在概念上的模糊，設計人員亦存在應用上的錯誤。需要明確的是，即使如上述的類比與轉換，畢竟兩國在該體系上存在著差異，轉換后按照各自規范所計算的地震力可能會存在較大的差別，因此不建議簡單化地跨體系轉換并依此進行抗震驗算。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[2]GB 18306-2001，中國地震動參數區劃圖[S].

[3]SNI-1726-2002，Standar perencanaan ketahanan gempa untuk structur bangunan gedung[S].

[4]胡津賢.GB 18306-2001《中國地震動參數區劃圖》宣貫教材[M].北京：中國標準出版社，2001.