河南省人員密集場所建設(shè)工程抗震設(shè)防標準研究

鐘 敏，萬 娜，蔡穎哲，趙顯剛

(河南省地震局，河南鄭州 450016)

0 引言

抗震設(shè)防要求是指國務(wù)院地震行政主管部門對建設(shè)工程制定的必須達到的抗御地震破壞的準則和技術(shù)指標。一般的房屋建筑必須按照國家頒布的地震烈度區(qū)劃圖或者地震動參數(shù)區(qū)劃圖規(guī)定的抗震設(shè)防要求進行抗震設(shè)防，抗震設(shè)防要求高于本地區(qū)地震動參數(shù)區(qū)劃圖抗震設(shè)防規(guī)定的重大工程需要開展地震安全性評價工作，并根據(jù)地震安全性評價的結(jié)果，確定抗震設(shè)防要求，進行抗震設(shè)防［1－2］。

修訂的《防震減災(zāi)法》第35條規(guī)定:對學校、醫(yī)院等人員密集場所的建設(shè)工程，應(yīng)當按照高于當?shù)胤课萁ㄖ目拐鹪O(shè)防要求進行設(shè)計和施工，采取有效措施，增強抗震設(shè)防能力。人員密集場所包括學校、醫(yī)院、體育場館、博物館、文化館、圖書館、影劇院、商場、交通樞紐等人員密集的公共服務(wù)設(shè)施［3］。中國地震局就此下發(fā)了《關(guān)于學校、醫(yī)院等人員密集場所建設(shè)工程抗震設(shè)防要求確定原則的通知》。該通知指出:學校、醫(yī)院等人員密集場所建設(shè)工程抗震設(shè)防要求應(yīng)以《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》為基礎(chǔ)，適當提高地震動峰值加速度取值，特征周期分區(qū)值不作調(diào)整。具體要求為:位于地震動峰值加速度＜0.05 g分區(qū)的，地震動峰值加速度提高至0.05 g，以此類推，分別對0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.30 g 檔依次提高一檔，0.40 g分區(qū)檔不作調(diào)整。

《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》是依據(jù)50年超越概率10%的場地地震動峰值加速度來進行分檔的，每一分檔代表一定的加速度峰值值域范圍，峰值加速度分檔如表1所示［4］。

表1 加速度分檔Tab.1 acceleration sub-file

在具體的地震安全性評價工作，大部分工程通常采用50年超越概率10%這一設(shè)防水平作為其抗震設(shè)防標準，但是這一概率水準很難滿足現(xiàn)在對人員密集場所要高于當?shù)卦O(shè)防要求1檔的規(guī)定，如果所有人員密集場所，只是強制性的將計算結(jié)果直接提高一檔，將會降低安評工作的嚴謹性和說服力，同時由于加速度分檔中每一檔代表的是一段值域，而不是一個具體的值，因此如何確定人員密集場所的建設(shè)工程的抗震設(shè)防要求，是一個亟需明確的問題，本文就此重點研究了河南省范圍內(nèi)該類工程具體的抗震設(shè)防標準。

1 研究思路

依據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，河南省范圍涉及五檔地震動峰值加速度分區(qū):＜0.05 g、0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g 五檔。本次工作，在每一地震動峰值加速度分區(qū)檔區(qū)劃內(nèi)，選取10個已開展過工程場地地震安全性評價工作的工程場地，共50個場地作為計算分析場點;設(shè)定兩套目標風險水平方案，第一套為70年超越概率10%、80年超越概率10%、90年超越概率10%和100年超越概率10%;第二套方案為50年超越概率5%、6%、7%和8%。采用中國東部地區(qū)的地震動加速度衰減關(guān)系和第四代中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖采用的潛在震源區(qū)劃分方案，按照概率地震危險性分析方法，對50個計算場點進行地震危險性分析計算，計算兩套方案各超越概率水平下各場點的基巖峰值加速度。雖然隨著概率水平降低，地面峰值加速度與基巖峰值加速的比值雖有減小的趨勢，但在概率水平變化范圍不是很大的情況下，其比值變化并不明顯［7］，直接利用基巖峰值加速度和50年10%概率水平下的土層放大系數(shù)相乘得到的地面峰值加速度相差很小，因此本研究中借用各計算場點50年10%概率水平下的土層放大系數(shù)，計算出各場點相應(yīng)概率水平下的地面峰值加速度(圖1所示)，并根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果進行提檔歸類。最后，根據(jù)提檔歸類結(jié)果，結(jié)合實際情況，提出河南省學校、醫(yī)院等人員密集場所的抗震設(shè)防標準。

圖1 場點各風險水平地面峰值加速度計算思路Fig.1 The scheme for calculating the peak ground acceleration with risk level of each site

2 場點的選取

圖2 計算場點分布圖Fig.2 Distribution of calculated site

本次研究以地震動分區(qū)為類，結(jié)合已開展過地震安評工作的項目，在河南省區(qū)域共選擇50個場點進行計算分析，在涉及的五檔地震分區(qū)中均勻分配，其中N1～N10為位于0.20 g分區(qū)的場點，N11～N20為位于0.15 g分區(qū)的場點，N21～N30為位于0.10 g分區(qū)的場點，N31～N40為位于0.05 g分區(qū)的場點，N41～N50為位于＜0.05 g分區(qū)的場點。場地分布和位置如圖2和表2所示。

表2 計算場點編號及坐標Tab.2 Number and coordinates of calculated site

3 分析結(jié)果

各計算場點在各超越概率水平的地震危險性分析采用ESE工程場地地震安全性評價軟件，由于參加計算的場點比較多，表3、表4列出了兩種方案的每分區(qū)中計算值最高和最低的兩個場點計算結(jié)果，括號內(nèi)結(jié)果為峰值加速度依據(jù)表1的歸檔值。

表3 計算結(jié)果(方案一)Tab.3 Calculating results(scheme one)

表4 計算結(jié)果(方案二)Tab.4 Calculating results(scheme two)

表3、表4和圖3表明，在0.15 g和0.20 g分區(qū)內(nèi)，方案一80年、90年、100年超越概率10%的概率水準下(圖3b、c、d)和方案二中50年超越概率5%、6%(圖3 g、h)，各計算場點的地面峰值加速度均可提高一檔;在0.05 g和0.10 g分區(qū)內(nèi)，方案一100年超越概率10%的概率水準下(圖3d、g、h)和方案二超越概率50年超越概率5%(圖3h)，各計算場點的地面峰值加速度均提高一檔;在＜0.05 g分區(qū)內(nèi)，方案一中70年、80年、90年、100年超越概率10%的概率水準下(圖3a、b、c、d)和方案二中 50 年超越概率 5%、6%、7%(圖 3f、g、h)，地面的峰值加速度均可提高一檔。

4 結(jié)論

圖3 各計算場點相應(yīng)超越概率水準下的地面峰值加速度Fig.3 the peak ground accelerations of every site in different exceedance probability

圖4 N1～N20計算場點(0.20 g、0.15 g分區(qū))50年超越概率6%和80年超越概率10%地面峰值加速度結(jié)果對比圖Fig.4 N1 ～ N20 calculated sites’(0.20 g、0.15 g partitions)comparison diagram of the exceeding probability of 10 percent in 80 years and the exceeding probability of 6 percent in 50 years

實際工程應(yīng)用中，每個加速度分區(qū)中，只需確定一個抗震設(shè)防水準，來作為建設(shè)工程的抗震設(shè)防要求。區(qū)劃圖0.20 g和0.15 g分區(qū)內(nèi)，N1～N20計算場點的50年超越概率6%和80年超越概率10%的地面峰值加速度都提高一檔，但前者明顯比后者的結(jié)果偏大，如圖4所示;0.10 g和0.05 g分區(qū)內(nèi)，N21～N40場點中，50年超越概率5%的地面峰值加速度與100年超越概率10%的地面峰值加速度一致，兩個概率水準相等;區(qū)劃圖＜0.05 g分區(qū)內(nèi)，N41～N50場點中50年超越概率7%和70年超越概率10%的計算結(jié)果都達到0.05 g分檔。

考慮到五代區(qū)劃圖中＜0.05 g地區(qū)的加速度峰值都將被提高，結(jié)合以上計算結(jié)果，及河南省經(jīng)濟實際情況和使用的方便性，建議河南省學校、醫(yī)院等人員密集場所建設(shè)工程提高抗震設(shè)防要求為:區(qū)劃圖0.20 g、0.15 g分區(qū)內(nèi)，建設(shè)工程的抗震設(shè)防要求提高到80年超越概率10%;0.10 g、0.05 g、＜0.05 g分區(qū)內(nèi)，建設(shè)工程的抗震設(shè)防要求提高到100年超越概率10%。

［1］ 全國地震標準化技術(shù)委員會.GB18306－2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》［S］.北京:中國標準出版社，2001.

［2］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標準化管理委員會.GB17741－2005《工程場地地震安全性評價》［S］.北京:中國標準出版社，2005.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］ 盧壽德.《工程場地地震安全性評價(GB 17741—2005)》宣貫教材［M］.北京:中國標準出版社，2006.

［5］ 胡聿賢.地震工程學(第二版)［M］.北京:地震出版社，2006.

［6］ 汪素云，俞言祥，高阿甲，等.中國分區(qū)地震動衰減關(guān)系的確定［J］.中國地震，2000，16(2):99－106.

［7］ 馮希杰，金學申.場地土對基巖峰值加速度放大效應(yīng)分析［J］.工程地質(zhì)學報，2001，9(4):385－388.