我國與印尼建筑抗震設(shè)計地震基本參數(shù)的對比

陳志杰，余鐵穩(wěn)，金勤勝

(中南電力設(shè)計院，湖北 武漢 430071)

建筑抗震設(shè)計在建(構(gòu))筑物勘察與設(shè)計過程中是不可缺少的部分，同時也是大多數(shù)國家需強(qiáng)制執(zhí)行的過程。在一般沒有進(jìn)行專門地震安全評估的工程場地，巖土專業(yè)需根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范向設(shè)計專業(yè)提供地震基本參數(shù)。我國可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要為《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB 18306-2001)》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB 50011-2001)》(注：現(xiàn)已升版為GB 50011-2010)和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范(GB50191-93)》等，而印度尼西亞所能參照執(zhí)行的規(guī)范為《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(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(shè)，而一些巖土人員在采用當(dāng)?shù)匾?guī)范提取參數(shù)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(shù)提供給國內(nèi)設(shè)計人員時，存在定義與應(yīng)用上的誤差。結(jié)合近年印尼工程中相關(guān)兩國抗震規(guī)范執(zhí)行，筆者將兩國規(guī)范相對應(yīng)的地震基本參數(shù)進(jìn)行了初步對比，以滋相關(guān)專業(yè)人員參考與探討。

1 抗震設(shè)計原則

我國抗震設(shè)計原則主要體現(xiàn)在抗震設(shè)防三個水準(zhǔn)目標(biāo)：“小震不壞、中震可修、大震不倒”，意即：一般情況下，當(dāng)遭遇第一水準(zhǔn)烈度——眾值烈度(多遇地震)影響時，建筑處于正常使用狀態(tài)；遭遇第二水準(zhǔn)烈度——基本烈度(設(shè)防地震)影響時，結(jié)構(gòu)的非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞控制在可修復(fù)的范圍；遭遇第三水準(zhǔn)烈度——最大預(yù)估烈度(罕遇地震)影響時，結(jié)構(gòu)的非彈性變形應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，以免倒塌。

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

2 地震區(qū)劃

我國相關(guān)地震區(qū)劃，主要采用中國地震局主編的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB 18306-2001)》，其中附錄了《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》與《中國地震動反應(yīng)譜特征特征周期(Tg)區(qū)劃圖》。該區(qū)劃圖意在摒棄并過渡原先一直沿用的烈度區(qū)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(yīng)譜特征周期的空間分布。而由中國建筑科學(xué)研究院主編的《建筑物抗震設(shè)計規(guī)范(GB 50011-2010)》則基本依據(jù)該區(qū)劃圖，對參數(shù)應(yīng)用做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。另外，我們通常所說的地震基本烈度則相對應(yīng)于區(qū)劃圖所示的地震動峰值加速度。

印尼相關(guān)地震區(qū)劃則主要采用《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的“圖1：印尼西亞500年回歸周期基巖面動峰值加速度區(qū)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(guī)范所定義的I0類場地的空間分布。因此，對于此加速度參數(shù)，不能簡單與國內(nèi)習(xí)慣對應(yīng)的地震基本烈度或抗震設(shè)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(shù)的基礎(chǔ)，我國規(guī)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(jié)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(guī)范中場地劃分標(biāo)準(zhǔn)與UBC相近，采用了三項指標(biāo)劃分，分別是地基土的剪切波速、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和不排水抗剪強(qiáng)度，最大計算深度為30m。兩國規(guī)范中剪切波速分檔也存在差別，國內(nèi)分別為150m/s、250m/s、500m/s、800 m/s，對應(yīng)于場地類別則分別為Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ1、Ⅰ0；印尼規(guī)范中則為175m/s、350m/s、750m/s，對應(yīng)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(guān)于場地類別劃分

4 地震烈度地震加速度

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

印尼規(guī)范沒有提到烈度概念，而是體現(xiàn)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(qū)劃的基本參數(shù)；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(shù)。地表動峰值加速度除特殊土地區(qū)需專門分析外，規(guī)范中規(guī)定了根據(jù)地震區(qū)劃與場地類別綜合判定的取值表。

表2 印尼分區(qū)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(shù)區(qū)劃圖》的圖B1：《中國地震動反應(yīng)譜特征特征周期(Tg)區(qū)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(yīng)譜特征周期(Tg)。按照《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》宣貫教材中的的定義，該區(qū)劃圖所提供參數(shù)應(yīng)是必須滿足最低的要求。該區(qū)劃對應(yīng)于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的設(shè)計地震分組，即較早抗震設(shè)計中所考慮的近震、中震、遠(yuǎn)震。然而，2001版的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的設(shè)計地震分組并未與區(qū)劃圖完全對應(yīng)，而是將區(qū)劃圖B1中特征周期為0.35s和0.40s的區(qū)域作為設(shè)計地震第一組，0.45s的區(qū)域多數(shù)作為設(shè)計地震第二組，少部分劃為第三組，這對參數(shù)提取與設(shè)計應(yīng)用造成了一定的困惑。新版的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010》則與現(xiàn)行區(qū)劃圖基本統(tǒng)一。

印尼規(guī)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(guī)范差異較大，而建筑結(jié)構(gòu)阻尼比同樣考慮為不小于0.05。

6 地震影響系數(shù)

地震影響系數(shù)是建構(gòu)筑物抗震驗算的直接參數(shù)，我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》提供了依據(jù)抗震設(shè)防烈度劃分的兩類水平地震影響系數(shù)最大值，一類是多遇地震下(50年超越概率63%)，用于建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性變形驗算。規(guī)范中沒有提供設(shè)防烈度水準(zhǔn)劃分依據(jù)的常遇地震條件下各烈度的水平地震影響系數(shù)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(shù)最大值一般取水平影響系數(shù)最大值的65%。

按照印尼抗震規(guī)范條文理解，其抗震設(shè)計原則可歸納為“中震不倒”，印尼規(guī)范中，地震影響系數(shù)取值與場地類別直接相關(guān)。地震影響系數(shù)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(shù)應(yīng)理解為常遇地震影響系數(shù)，有別于我國規(guī)范所提的兩類水平地震影響系數(shù)，但并非代表在建構(gòu)筑物抗震驗算時，計算地震作用大于我國規(guī)范所規(guī)定，實際應(yīng)用則中采用了地震折減系數(shù)帶入地震作用驗算，對于不同建構(gòu)筑物，計算結(jié)果存在一定的差異性。對應(yīng)的豎向地震影響系數(shù)則是依據(jù)地震區(qū)劃與建筑類別，將水平地震影響系數(shù)最大值乘以相對應(yīng)的系數(shù)。

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

7 案例

(1)某印尼項目廠址位處地震區(qū)劃圖第四區(qū)，按照當(dāng)?shù)匾?guī)范，基巖面地震動峰值加速度為0.20g，根據(jù)巖土勘探結(jié)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(yīng)地表地震動峰值加速度為0.24g，同檔若對應(yīng)于中硬場地地表動峰值加速度應(yīng)為0.28g。特征周期為0.5s。水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)為0.6。依此如果轉(zhuǎn)換為國內(nèi)規(guī)范劃分，可近似理解為Ⅱ類場地地表動峰值加速度應(yīng)為0.28g，加速度分檔可歸入0.20g區(qū)，即設(shè)計基本地震加速度值為0.20g；對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度，抗震設(shè)防烈度為8度。特征周期因在印尼規(guī)范中無設(shè)計地震分組概念，根據(jù)遠(yuǎn)震、近震劃分概念，建議對應(yīng)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(qū)劃圖第三區(qū)，按照規(guī)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(yīng)地表動峰值加速度為0.30g，同檔若對應(yīng)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(shù)最大值為0.75。依此如果轉(zhuǎn)換為國內(nèi)規(guī)范劃分, 可近似理解為Ⅱ類場地地表動峰值加速度應(yīng)為0.23g。加速度分檔可歸入0.20g區(qū)，即設(shè)計基本地震加速度值為0.20g；對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度，抗震設(shè)防烈度為8度。設(shè)計地震分組建議按照第一組考慮。

8 結(jié)語

以上是對兩國建筑抗震設(shè)計規(guī)范中基本地震參數(shù)的分析對比，綜合來看印尼規(guī)范對于抗震設(shè)計更接近于美國相關(guān)規(guī)范，而我國則在過去烈度設(shè)防設(shè)計基礎(chǔ)上，向以地震動參數(shù)為設(shè)計依據(jù)的抗震設(shè)防過渡，同時體現(xiàn)了近震、遠(yuǎn)震設(shè)計概念，有著自身的特色。兩國規(guī)范在基本地震參數(shù)上存在可類比的方面，但由于服務(wù)于設(shè)計地震力計算的某些模式與理念上的差別，部分參數(shù)不能完全類比，比如特征周期與地震影響系數(shù)。由于在過去某些工程應(yīng)用上，一些巖土專業(yè)人員在提供地震基本參數(shù)上存在概念上的模糊，設(shè)計人員亦存在應(yīng)用上的錯誤。需要明確的是，即使如上述的類比與轉(zhuǎn)換，畢竟兩國在該體系上存在著差異，轉(zhuǎn)換后按照各自規(guī)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(zhuǎn)換并依此進(jìn)行抗震驗算。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 18306-2001，中國地震動參數(shù)區(qū)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(shù)區(qū)劃圖》宣貫教材[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.