甲類建筑抗震設(shè)防的超越概率問題

王國昌

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究院,安徽合肥 230001)

甲類建筑抗震設(shè)防的超越概率問題

王國昌?

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究院,安徽合肥 230001)

超越概率的取值是影響設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的主要因數(shù)之一，現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)方面的規(guī)范對(duì)甲類建筑抗震設(shè)防的超越概率取值沒有給出具體的定量指標(biāo)，易引起實(shí)際工作中的混亂。通過理論分析和舉例說明，指出應(yīng)盡快解決此問題。

甲類建筑；超越概率；抗震設(shè)防

1 引 言

甲類建筑是特殊設(shè)防類建筑的簡稱,是指使用上有特殊設(shè)施、涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果、需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑。根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)防相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,對(duì)甲級(jí)建筑應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)的結(jié)果且高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求確定其地震作用。此處所提及的“本地區(qū)抗震設(shè)防烈度”一般取50年內(nèi)超越概率10%的地震烈度,實(shí)際工作中幾乎全是取中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中的峰值加速度所對(duì)應(yīng)的地震烈度。既然要求按高于區(qū)劃圖的標(biāo)準(zhǔn)確定地震作用,那么具體高多少合適呢?這就涉及地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的超越概率問題,但無論是有關(guān)工程場地地震安全性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn),還是建筑抗震設(shè)計(jì)方面的規(guī)范,均未提及評(píng)價(jià)甲類建筑可能遭受的地震作用應(yīng)參照或參考的超越概率如何取值,相比于一些專業(yè)規(guī)范對(duì)于此類問題所作的明確規(guī)定,建筑抗震設(shè)防方面的規(guī)范語焉不詳,極易引發(fā)誤解。厘清這一問題有助于地震安全性評(píng)價(jià)和抗震設(shè)計(jì)兩項(xiàng)工作的有效銜接。

2 個(gè)別專業(yè)規(guī)范的規(guī)定

(1)《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50267-97規(guī)定運(yùn)行安全地震震動(dòng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期中年超越概率為2‰的地震震動(dòng),且其峰值加速度不小于0.075 g；極限安全地震震動(dòng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期中年超越概率為0.1‰的地震震動(dòng),其峰值加速度不小于0.15 g。

(2)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5073-2000規(guī)定對(duì)于需要作專門的地震危險(xiǎn)性分析的工程,其設(shè)計(jì)地震加速度代表值的概率水準(zhǔn),對(duì)雍水建筑物應(yīng)取基準(zhǔn)期100年內(nèi)超越概率P100為0.02,對(duì)非雍水建筑物應(yīng)取基準(zhǔn)期50年內(nèi)超越概率P50為0.05。另外該規(guī)范指出“其他特殊情況需要采用高于基本烈度的設(shè)計(jì)烈度時(shí),應(yīng)經(jīng)主管部門批準(zhǔn)”。

隨著建設(shè)項(xiàng)目地震安全性要求的提高,進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析所采取的超越概率取值應(yīng)降低。上述兩規(guī)范的規(guī)定可以說是非常合理的,因?yàn)槌礁怕实娜≈抵苯雨P(guān)系到設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的大小。對(duì)于一個(gè)特定的工程建設(shè)場地,按照現(xiàn)行的場地地震安全性評(píng)價(jià)的科學(xué)原理和方法,超越概率取值與設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)之間幾乎存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

3 地震危險(xiǎn)性概率分析與超越概率的關(guān)系

20世紀(jì)80年代初,我國開始引進(jìn)國際上流行的地震危險(xiǎn)性分析概率方法,并針對(duì)我國地震環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)該方法進(jìn)行了改良,提出了具有中國特色的“地震安全性評(píng)定的綜合概率法”,1990年的《中國地震烈度區(qū)域劃分圖》和2001年的《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001均是采用該方法編制的。

圖1 地震危險(xiǎn)性分析概率方法的基本要點(diǎn)

該方法主要包含4個(gè)步驟,可以以圖1中的(A)、(B)、(C)、(D)表示。

第一步,研究場地所處區(qū)域的地震活動(dòng)性和地震地質(zhì),確定該區(qū)域內(nèi)存在的潛在震源區(qū)及其最大地震強(qiáng)度。(A)圖表示一個(gè)潛在震源區(qū),其中黑三角為已知地震,實(shí)線為已知斷層,虛線為推測斷層；

第二步,根據(jù)該潛在震源區(qū)的震級(jí)～頻度關(guān)系和對(duì)潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性的認(rèn)識(shí),給出潛在震源區(qū)的地震活動(dòng)性參數(shù)。(B)圖以lg N=a-bM關(guān)系式(M為震級(jí)、N為大于等于某一震級(jí)的地震累計(jì)數(shù))表示潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性的復(fù)發(fā)特征；

第三步,根據(jù)對(duì)該區(qū)地震等震線分布規(guī)律的研究和強(qiáng)震記錄的分析,確定該區(qū)的地震動(dòng)(如地震烈度I、峰值加速度A等)的衰減關(guān)系,擬合適合本地區(qū)的地震動(dòng)(I、A等)隨震級(jí)和距離的衰減關(guān)系式,圖1(C)顯示了地震峰值加速度隨震級(jí)和距離的衰減曲線；

第四步,計(jì)算給定場地地震動(dòng)的概率分布,見圖1 (D)。從這一分布可以得出給定年限內(nèi)具有任何概率水平的地震分布。

換個(gè)說法可以表述為:對(duì)于一個(gè)特定的工程場地,對(duì)該場地進(jìn)行地震安全性評(píng)定可以得到幾乎無數(shù)組的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)。建筑抗震設(shè)計(jì)取用的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)是選定與該建筑相匹配的抗震設(shè)防概率水準(zhǔn)通過地震安全性評(píng)價(jià)經(jīng)歸一化處理后得到的。

4 與甲類建筑有關(guān)的超越概率取值舉例

(1)北京國家游泳中心(水立方):采用50年超越概率63%的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)用于賽時(shí)下部混凝土結(jié)構(gòu)、看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用100年超越概率63%的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)用于賽后下部混凝土結(jié)構(gòu)、上部鋼結(jié)構(gòu)、跳臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用100年超越概率3%的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)用于上部鋼結(jié)構(gòu)復(fù)核。

(2)于2003年發(fā)布的《北京市建設(shè)工程抗震設(shè)防要求和地震安全性評(píng)價(jià)監(jiān)督管理工作有關(guān)規(guī)定(暫行)》文件規(guī)定,“建筑高度在80 m以上(包括80 m)的高層、超高層建筑工程,抗震設(shè)防地震的風(fēng)險(xiǎn)水平均應(yīng)按100年期限內(nèi)超越概率63%、10%和3%的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)給出”。該條規(guī)定雖然不是針對(duì)甲類建筑作出的,高度在80 m以上(包括80 m)的高層、超高層建筑,按建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)劃分,很可能屬乙類、丙類建筑,但可推論,如屬甲類,則其抗震設(shè)防所要求的超越概率水準(zhǔn)很可能就按此要求取值。

(3)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則(試用)》CECS 160:2004關(guān)于抗震設(shè)防的要求,對(duì)甲類建筑規(guī)定多遇地震取200年超越概率為63%、抗震設(shè)防地震取200年超越概率為10%、罕遇地震取200年超越概率為5%。

5 建議與結(jié)論

從上述分析可看出,由于國家對(duì)甲類建筑抗震設(shè)防應(yīng)采取的超越概率水準(zhǔn)問題沒有權(quán)威性或強(qiáng)制性的規(guī)定,造成實(shí)際工作對(duì)這一問題難以把握,似乎只要比《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010表述的50年超越概率水準(zhǔn)的取值低就可以了。建設(shè)工程抗震設(shè)防要求的確定現(xiàn)在已經(jīng)成為地震行政主管部門的一項(xiàng)行政許可,即使從規(guī)范該項(xiàng)行政許可自由裁量權(quán)的角度考慮也需要對(duì)甲類建筑抗震設(shè)防應(yīng)采用的超越概率水準(zhǔn)問題進(jìn)行深入研究,盡快出臺(tái)具體并有權(quán)威性的規(guī)定。

[1] 胡聿賢.地震安全性評(píng)價(jià)技術(shù)教程[M].北京：地震出版社，1999.

[2] GB50223-2008.建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB50267-97.核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] DL5073-2000.水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] CECS 160：2004.建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則(試用)[S].

The Problem of Exceeding Probability for First Class Architecture Seism ic Precaution

Wang Guochang
(Anhui Urban Construction Design＆Research Institute,Hefei 230001,China)

The value of exceeding probability is one of themain factors influencing design parameters of ground motion,because there aren’t quantitative indicators of exceeding probability for first class architecture seismic precaution in current seismic design specification,so ease to cause chaos among practicalworks.Through theoretical analyzing and illustrating,point out thatwe should solve this problem as soon as possible.

first class architecture；exceeding probability；seismic precaution

1672-8262(2013)06-172-02

TU973+.31

B

2013—04—03

王國昌(1969—),男,高級(jí)工程師,注冊土木工程師(巖土),注冊城市規(guī)劃師,主要從事巖土工程和規(guī)劃信息化工作。