國內外抗震設計規(guī)范探討與比較

文/朱正卿　河北省唐山市第一中學　河北唐山　063000

國內外抗震設計規(guī)范探討與比較

文/朱正卿河北省唐山市第一中學河北唐山063000

本文通過介紹我國抗震設計規(guī)范中對于設防目標，地震作用以及結構抗震驗算的介紹及其與日本及印尼結構抗震設計規(guī)范中各條目的對比，比較了三者在設計規(guī)范中的異同點，提出了我國結構抗震設計中的優(yōu)勢及劣勢并提出了可能的改進方向及方案。

抗震；設計；比較

1、概述

抗震設計一直以來均為現代建筑設計中較為重要的一個方向。特別是我國在經歷過數次破壞性極強的震災后，多次更新抗震設計規(guī)范并對抗震設計不斷提出更高的要求，大地震在對我國造成巨大經濟損失及人員傷亡的同時，也為我國抗震設計積累了豐富的經驗。相比于我國抗震設計，其他各國的抗震設計及抗震設計規(guī)范均有其獨到及可借鑒的領域。以下從各國抗震規(guī)范出發(fā)，比較各國抗震設計的異同點并對中國抗震設計規(guī)范提出可能的改進方向及方案。

2、我國抗震設計

2.1設防目標

中國政府在GB5001-2010國家規(guī)范中向各設計單位明確提出了具有三個水準的抗震設防目標，即小震不壞，中震可修，大震不倒。其中小震定義為在五十年內超越概率為63.2%的多遇地震，中震在五十年內超越概率為10%的設防地震，大震的定義為在五十年內超越概率為2%的罕見地震。規(guī)范既要求建筑設計的經濟合理，也要求建筑在多遇地震或設防地震中達到正常使用或可修復的基本要求。【1】

2.2地震作用

2.2.1特征周期

地震周期是地震設計反應譜中的重要參數，在設計及計算中以字母TG表示。我國規(guī)范中特征周期與設計地震的分組以及場地的分類有關。我國規(guī)范中特征周期的取值如表一所示。

表一：中國抗震設計規(guī)范中特征周期取值

2.2.2地震影響系數

地震影響系數作為地震作用計算的直接依據，為地震設計中最為重要的參數之一。我國抗震規(guī)范中地震影響系數曲線如圖一所示。

圖一：我國抗震規(guī)范中地震影響系數曲線

我國的地震影響系數曲線由直線上升段，水平段，曲線下降段以及直線下降段組成。其中各階段對應計算公式如圖所示，各階段間節(jié)點對應周期分別為0.1（s），TG （s），5TG（s），6s。

2.3結構抗震驗算

根據GB5001-2010國家規(guī)范，我國抗震結構承載力驗算應按下式進行。

S≤R/γRE

S = γGSGE + γEhSEhk + γEvSEvk + ψwγwSwk

S：結構構件內力設計值

R：為結構構件承載力設計值

γRE：抗震調整系數

γG，γEh，γEv，γw：重力荷載、水平地震作用、豎向地震作用和風荷載分項系數

SGE，SEh，SEvk ，Swk：重力荷載、水平地震作用、豎向地震作用和風荷載標準值

由規(guī)范可知，我國采用安全分項系數的方法對抗震承載力進行驗算。

3、國內外抗震設計比較

3.1中日抗震設計比較

3.1.1設防目標

不同于中國三標準的設防目標“小震不壞，中震可修，大震不倒”，日本的設防目標僅分兩個標準，即“中震不壞，大震不倒”【2】。但是日本在抗震設計中對“中震”及“大震”的定義與中國的“中震”及“大震”不盡相同。其中我國小震、中震、大震是指地震相對強弱的三個水準，均以概率統(tǒng)計為基礎，而日本的中震、大震指地震相對強弱的兩個水準，以地震重現期給定。以下為中國與日本的抗震設防目標對比。我國小震定義為某地區(qū)50 年內超越概率為63%的地震，也稱為多遇地震；中震定義為某地區(qū)50 年內超越概率為10%的地震，為設防地震作用；大震定義為某地區(qū)50 年內超越概率為2% ～ 3%的地震，也稱為罕遇地震。而日本對于中震的定義為建筑物使用期間及可能發(fā)生數回的地震；大震的定義為建筑物使用期間發(fā)生概率極小的強地震。顯然日本對中震的定義較中國小震烈度為大。

3.1.2抗震設計方法

對于中國及日本在抗震設計方法方面的比較，我國對于抗震的一般設計基于“小震不倒”，而規(guī)范中對于第二個標準的“中震”定義較為模糊僅定義構造配筋來滿足“可修”的標準。在罕遇地震下我國規(guī)范僅控制撓度變形條件。日本規(guī)范對鉸接部位構件設計直接在第二標準“中震”下進行，而對非鉸接部位構件設計在“大震”下進行。

中日兩國抗震設計方法對比如下。

我國對抗震的設計方法由兩階段組成。第一階段，在多遇地震作用效應和其他荷載效應的基本組合驗算構件截面抗震承載力，以及在多遇地震作用下驗算結構的彈性變形。第二階段，在罕遇地震作用下進行結構彈塑性變形驗算，校核有無薄弱層。

日本對抗震的設計方法由兩次設計組織。一次設計，校核應力，要求結構在第一水準地震作用下的應力值小于容許應力。二次設計，校核變形，即結構在第二水準地震作用下的變形，要求保證框架屈服部位的塑性變形能力，防止剪切及連接失效引起的脆性破壞，確保框架整體強度與變形能力。

由此可見，在抗震設計方法方面日本對于地震作用的規(guī)定取值與中國相比偏大。【3】

3.2中國與印尼抗震設計比較

印尼抗震設計采用《Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Structur Bangunan Gedung》SNI 03 -1726 - 2002國家規(guī)范，主要包括設防標準，地震作用計算以及抗震驗算等。【4】

3.2.1設防標準

與我國抗震設計規(guī)范不同的是，印尼設防標準僅分為一個標準，即在發(fā)生50年超越概率為10%的地震時結構能夠保持整體結構穩(wěn)定而不至破壞，能夠保證國民的人身及基本財產安全。這與我國“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三標準設防差距較大，因此我國的設防標準更為安全合理。

3.2.2地震作用計算

對于特征周期的取值Tg，印尼的規(guī)范中主要將其對應不同的場地（硬土場地、中硬土場地、軟土場地）將特征周期取值為0.5s，0.7s及1.0s。相對于中國規(guī)范中加入對設計地震的分組，印尼規(guī)范中對于場地周期的取值規(guī)定較為簡潔但精確度較低。

相比于中國規(guī)范規(guī)定的地震影響系數曲線，印尼規(guī)范的規(guī)定缺少了最后的直線下降段，因此其覆蓋范圍相比中國規(guī)范為少。

3.2.3承載力驗算

根據印尼國家規(guī)范SNI 03 - 1726 -2002 規(guī)定，構件抗震承載力由下式進行：

Qu：結構構件內力設計值

Ru：結構構件承載力設計值

Rn：結構構件承載力名義值

φ：承載力折減系數

γD，γL，γE：恒載、活載和地震作用的分項系數

Dn ，Ln，En：恒載、活載和地震作用的名義值【5】

與我國規(guī)范相比，兩者均采用了分項系數的概念計算承載力，但我國增加了一個調整系數，相比于印尼的規(guī)范更為安全。

結論：

各國的建筑抗震規(guī)范都是隨著科學技術的進步和歷次地震震害經驗的總結而發(fā)展起來的。不同國家在具有不同政治、經濟以及地理條件的情況下各自發(fā)展出了適合本國抗震設計的規(guī)范，但其設計的目的及理念均為一致的，即利用最少的經濟條件發(fā)揮最大的抗震效益。希望我國能夠在總結好自身震災經驗的同時，也能借鑒他國的抗震設計規(guī)范或抗震設計理念，不斷完善我國的抗震結構設計。

［1］蔣志楠.我國建筑抗震規(guī)范中部分條款的演變及與歐美規(guī)范的對比探討［D］.中國地震局工程力學研究所，2010.

［2］土木學會，《混凝土標準示范書》，德島大學附屬圖書館.

［3］花林林，石建光.中國與日本在混凝土框架結構抗震設計中的比較分析［J］.福建建筑，2006，04：25-27.

［4］盧育竹，葉盛才，徐志剛.中國與印尼抗震設計規(guī)范的比較研究［J］.化工設計，2015，01：10-13+32+1

［5］陳志杰，余鐵穩(wěn)，金勤勝.我國與印尼建筑抗震設計地震基本參數的對比［J］.電力勘測設計，2011，06：14-17.

朱正卿（2000.03.02），男，河北人，民族：漢 職稱：無，學歷：高中在讀。研究方向：無。