建筑抗震設防標準優(yōu)化方法的基礎研究

賈博涵

摘 要：眾所周知地震災害一旦發(fā)生，帶來的影響將是較為嚴重的，并且其傷害范圍也會逐漸拓展，無論是經濟還是生命安全都將受到直接威脅。因此，而建筑作為人們工作及生活的必要場所，其抗震性能的不斷提升也就顯得至關重要。從當前形勢來看，我國各個地區(qū)都在建筑工程中融入了應急指揮措施，這就能在一定程度上對地震災害進行抵擋，但是循環(huán)性的資金支持卻是我國經濟實力難以達到的硬性指標。因此，這就需要在尋求經濟投入最少的路徑上，平衡地震損失及抗震措施之間的依存關系。

關鍵詞：建筑抗震設防；標準優(yōu)化；基礎研究

我國地質環(huán)境本身就較為復雜，這就使得地震發(fā)生頻率普遍較高，相對的建筑抗震設防難度也就隨之增加。以此為前提，我國地震活動一旦發(fā)生，就會伴隨較大振幅，帶來的人員傷亡也是較為嚴重的。通常情況下可以通過相關措施，減輕地震災害帶來的不利影響，其中最為關鍵的就是優(yōu)化建筑抗震設防標準結構，使其整體抗震性能不斷提升，因此，這就需要將建筑結構建設與抗震設防標準進行有機結合，在提升用戶滿意度的同時，創(chuàng)建更加安定和諧的社會環(huán)境。

一、建筑抗震設防標準優(yōu)化模型的建立

設防標準的制定可以說是一項極為重要的指標性建設內容，其中不僅包含各項設防參數(shù)，設防環(huán)境更是不可缺少的組成部分。但是在標準制定過程中卻需要注意，設防標準雖然存在一定的界限范疇，但是并不是標準越高，達到的抗震效果就越好，這是因為建筑工程在設定抗震設防指標時，并不是一項獨立的標準項目，其涵蓋的內容是多方面的，這就必然需要增加投資比重，通常情況下的設防有效年限在50年之內，但是地震發(fā)生卻并不能受到人為控制，具有較強的隨機性，也可以說地震在不同地區(qū)的發(fā)生概率并不高，在對設防標準進行投資時，其能效發(fā)揮都是在地震發(fā)生時，其應用價值也是在這一過程中得到細化體現(xiàn)的。

因此不難發(fā)現(xiàn)，如果設防標準的投資力度過大，資金損耗問題就會相對發(fā)生，但是設防標準過低，將難以對地震災害進行有效抵擋，不僅經濟損失得不到有效控制，用戶生命安全更不會得到基本保障。因此，建筑抗震設防標準設定需要與建筑結構進行充分融合，只有確保二者協(xié)調統(tǒng)一，才能從整體上提升建筑抗震設防水平，最大化的避免經濟損失及人員傷亡，在這一過程中應用資金也能夠得到精準控制，使其既能為建筑安全提供基礎保障，又能以最合理的資金投入獲得最佳收益，因此，建筑結構中的抗震設防標準的決策實際上涵蓋了較多設防參數(shù)、目標方向也需要作出綜合衡量等等，也可以說設防標準優(yōu)化方法的核心就是以動態(tài)為基準的決策問題。

1. 最優(yōu)模型的基本變量

設防參數(shù)是指在考慮工程抗震設防時，采用哪種物理量來進行抗震設防。目前國內外常用的參數(shù)是烈度和地震動參數(shù)。近年來，越來越多的國家抗震規(guī)范采用地震動參數(shù)做為設防參數(shù)，并將烈度區(qū)劃改為地震動參數(shù)區(qū)劃，采用烈度區(qū)劃的只有少數(shù)幾個國家，可以說，用地震動參數(shù)取代烈度是大勢所趨。原因如下：烈度是一個比較粗糙的量，它不單純代表設防環(huán)境的強度，還包含著對過去建筑物的易損性的量度；烈度的確定包含了許多人為主觀因素的影響，同一地區(qū)，不同的人所確定的烈度也會差別很大；烈度一般是不以連續(xù)量的形式表示的，與地震動的關系跳躍性很大。此外，將烈度轉換成抗震設計的地震動參數(shù)是比較復雜的，統(tǒng)計離散程度也很大。

2. 最優(yōu)模型的目標函數(shù)

最優(yōu)模型是要在所有可能的方案中找出最滿意的方案，在抗震設防標準的最優(yōu)決策模型中，目標函數(shù)應當最大限度地反映設防原則和設防目標的要求，即：期望的總損失最小；工程造價最小；抗震設防后的長遠效益最大。但是，要想減少地震災害損失，就需要對結構和工程進行抗震設防來提高其抗震能力，如增加構造措施、加大構件截面等，這勢必就提高了工程結構的原有造價，增加了抗震設防的投入，因此，僅使?jié)撛趽p失最小或僅使工程造價增量最小作為決策模型的目標函數(shù)是不合理的。本文研究的最優(yōu)模型的合理的目標函數(shù)是指按照某一設防加速度建造的工程結構的抗震投入與該結構在不同地震作用下的期望損失之和為最小，才能在地震作用下的損失和抗震投入之間取得最佳平衡，從而確定合理的抗震設防標準。

3. 最優(yōu)模型的約束條件

根據(jù)上節(jié)確定的最優(yōu)模型是在經濟上確立的損失與投入之間的最佳的平衡，但在實際的工程中，必須要考慮到下面的因素即地震后的人員死亡人數(shù)不能超過社會的可接受水平。 地震所特有的瞬時突發(fā)性和發(fā)震的復雜性使地震時不可避免地會造成嚴重的經濟損失和重大的人員傷亡。在抗震設防標準的研究中，人員死亡率是評價設防標準無法回避卻又難以解決的問題。最優(yōu)的設防標準不應當是追求最小的死亡率，而是應當控制人員死亡率在社會可接受的水平之內。

二、地震危險性分析

所謂地震危險性是指一定地區(qū)在未來一段時間內可能發(fā)生破壞性地震的危險程度，即是指某一場地在一定時期內可能遭受的地震作用的大小和頻次，一般是用地震烈度或地震動參數(shù)來表示。地震危險性是對地震這種自然事件本身的描述，它刻畫了與地震有關的危險自然現(xiàn)象的潛在可能。它是造成地震災害的原因，提供了可能造成損失的外力。目前進行地震危險性分析常將地震地質和地震的基本資料進行綜合研究，估計可能發(fā)生地震的強度、頻度和烈度等。與地震危險性有關的因素，有該地區(qū)的地質塊體的穩(wěn)定性，與地震活動有關的活動斷裂帶分布及活動情況，以及外區(qū)大地震對本區(qū)的最大影響烈度。

現(xiàn)在國際用于評定地震危險性的時間范圍多采用 50 年或 100年。地震危險性的研究與評定是進行地震烈度區(qū)劃的主要依據(jù)，其實質是對一個地區(qū)作長期的地震預報。地震危險性分析即為對未來某個地區(qū)中將要遭受地震烈度的大小或不同地震動水平的地震的概率進行預測估計的工作。地震危險性分析是進行建筑物地震災害風險估計的基礎之一，因為同樣重要性類別的建筑物采取相同的抗震措施，當位于不同地震危險性地區(qū)時，其抗震能力的差別會很大，其面臨的風險也會有很大差別。一般地，工程抗震包括地震危險性分析、結構抗震和制定設防標準三部分工作。

地震危險性分析是編制地震區(qū)劃圖的基礎，而地震區(qū)劃圖是表示未來一定市區(qū)內不同地點的地震危險性程度（地震發(fā)生的時間、地點、強度、參數(shù)等）的圖件，也是抗震設防的主要依據(jù)。此外，在研究一個地區(qū)未來可能遭受的地震損失時，也需要使用本地區(qū)的地震危險性資料來確定假想地震，進而估計地震的損失，因此地震危險性分析也是研究地震損失的基礎。在以“工程抗震投入與地震作用下的期望損失之和最小”為目標函數(shù)來制定工程抗震設防標準時，需要地震危險性分析的結果——不同地震動水平（如地震動的峰值加速度）的發(fā)生概率，還要估計該地震動水平下的損失。因此地震危險性分析更是制定抗震設防標準不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

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