任意超越概率的地震作用确定方法

现行抗震设计规范未给出极低超越概率地震作用取值或计算方法,而特别重要的工程结构已经提出了更高的抗震设防水准。针对该问题,以现行抗震设计规范为依据,回归了地震动峰值加速度与基本烈度的换算公式,用分段极值Ⅲ型曲线拟合了烈度的概率分布函数,进而给出了以烈度为中间变量,确定任意超越概率的地震动峰值加速度的方法。     

考虑巨震的四级地震设防水平一致风险导向定义与决策分析

防止结构倒塌、保障生命安全是确定抗震设防标准的首要目标。抗震设防水准的决策应该从只考虑地震危险性的“一致危险”原则向考虑地震危险性区域差异和工程结构抗倒塌能力不确定性的“一致风险”原则过渡。新颁布的第五代地震动参数区划图已提出第四级设防水准“极罕遇地震”（或“巨震”）,但是现行抗震设计规范仍然采用三水准设防原则,抗震设计从当前的三水准设防原则向四水准设防原则转变已成为当前工程界迫切需要解决的问题,但是目前各国对巨震的定义还比较混乱。该文阐述四级地震设防水平决策的风险导向原理,提出确定风险导向地震设防水平的解析方法。针对我国大陆地区的地震环境和抗震设防情况,给出目标倒塌风险以及相应于巨震、大震和中震的目标条件倒塌概率的建议值。采用这些建议值以及地震危险性参数的简化确定方法,初步计算并得到了相应于四级地震设防水准的风险导向地震动参数PGA值。通过与我国现行抗震设计规范、最新版地震动参数区划图和我国学者对各级设防水准地震定义的PGA值进行对比分析,发现该文得到的巨震PGA值大于最新版地震动参数区划图定义的巨震PGA值,而小震、中震和大震的PGA值则小于我国现行抗震设计规范规定的PGA值。     

中国大陆地区建筑结构一致倒塌风险的设计地震动研究

基于一致倒塌风险的抗震设计可使不同地区的建筑物在一定时期内达到倒塌风险一致。为了对中国大陆地区建筑结构基于一致倒塌风险的设计地震动的确定进行研究，介绍了一致风险地震动的基本概念及通过设计因子法获取一致风险地震动的原理，并对中国大陆地区一般建筑结构基于一致倒塌风险的地震动计算时采用的结构易损性标准差、目标倒塌风险和设计地震动对应的倒塌概率的合理取值进行分析，结果表明，以一致危险性地震动设防的中国大陆不同地区的一般建筑结构不能达到一致倒塌风险。基于给定的输入参数，使用设计因子法得到了中国大陆基于一致倒塌风险的地震动与当前地震动参数区划图中50年超越概率10%地震动的比值(称为设计因子)的分布，并对不同的输入参数对设计因子的影响进行了分析，发现设计因子与地震动参数有很强的相关性，进而给出了适用于中国大陆的地震反应谱设计因子与地震动参数的拟合式。通过对全国不同烈度分区的算例表明，使用该拟合式得到的一致风险反应谱可以使不同地区和不同周期的结构获得一致的倒塌概率。     

一致风险谱作用下RC框架结构响应预测及其设计值确定

基于一致风险谱的抗震设计，能够综合考虑地震危险性和结构易损性，使不同地区的结构在地震作用下实现同一目标倒塌风险。为了确定用于抗震设计的具有一致倒塌风险的风险导向地震动参数设计值和最大层间位移角设计值，以巨震和大震一致风险谱为目标谱选取地震动记录；采用比较点法对8层3跨RC框架结构的响应(最大层间位移角)进行了预测；基于优选的地震动记录对结构进行增量动力分析(IDA),采用小样本均值乘以修正系数的方法确定最大层间位移角设计值，并对最大层间位移角设计值与其预测值之间的关系进行了研究；在此基础上，基于IDA结果确定了风险导向谱加速度设计值。研究表明，基于巨震和大震一致风险谱对RC框架结构进行抗震设计，中位值IDA曲线上对应的最大层间位移角设计值分别为0.010和0.007,既满足50年倒塌概率1%的目标倒塌风险，也满足CECS 392:2021《建筑结构抗倒塌设计标准》中对RC框架结构在地震作用下不发生倒塌的层间位移角限值1/50的要求。     

用概率方法确定抗震设防标准

本文分析了现行抗震设计规范(TJ 11—78)的抗震设防标准,以随机事件发生的概率来确定抗震设防中“罕遇的大地震”与“发生概率密度最大的中、小地震”的定义。通过对地震危险性结果的统计分析,得到了“发生概率密度最大的中、小地震”,烈度与基本烈度的关系以及基本烈度分別为7、8、9度地区“罕遇的大震”烈度的对应值;为贯彻“小震不坏、大震不倒”的抗震设计原则提供了依据。     

基于文献调研的我国建筑结构地震倒塌风险概率评估

基于文献调研,搜集和整理了我国近年来关于建筑结构地震倒塌易损性方面的研究成果,建立了我国建筑结构地震倒塌易损性数据库。基于经典的Cornell地震风险概率计算公式,分别以谱加速度和峰值加速度为地震动强度参数,计算了我国建筑结构的地震倒塌风险概率。通过与美国抗震设计规范FEMA P750和欧洲学者建议的关于建筑结构地震倒塌风险的相关要求进行对比,对我国建筑结构的地震倒塌风险水平进行了评估。分析结果表明: 由于我国现行抗震设计规范GB 50011—2010中并未对结构地震倒塌风险做一致性要求,因此,我国建筑结构的地震倒塌风险概率结果分布较广;随着建筑结构抗震设防等级的提高,其地震倒塌风险概率也随之增加;相比于美国规范和欧洲学者研究成果,我国现行抗震设计规范尚不能对结构的地震倒塌风险进行有效控制。     

基于抗震规范和地震动区划图的风险导向地震动决策参数分析

基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》中给出的地震动强度,对普通建筑结构的风险导向地震动决策参数进行分析,探讨目标倒塌风险、易损性对数标准差,以及大震、中震、巨震条件倒塌概率的取值。基于抗震规范和地震动区划图中的地震动强度进行风险导向地震动决策,验证了决策参数分析结果的合理性,给出了我国单体结构和群体结构的风险导向地震动决策参数建议值,并对风险导向地震动决策参数进行了相关分析。结果表明：对于单体结构,易损性对数标准差取0.3时,目标倒塌风险及大震、中震、巨震的条件倒塌概率分别为1.0%、10.0%、0.04%、54.7%,易损性对数标准差取0.4时,该值分别为1.0%、11.0%、0.2%、44.6%;对于群体结构,目标倒塌风险取1.0%时,易损性对数标准差及大震、中震、巨震的条件倒塌概率分别为0.6、10.4%、1.1%、30.2%,目标倒塌风险取0.4%时,该值分别为0.6、3.6%、0.2%、13.2%。通过分析可以发现：易损性对数标准差不大于0.6时,随着易损性对数标准差的增大,中震的条件倒塌概率逐渐增大,巨震的条件倒塌概率逐渐减小,大震的条件倒塌概率变化不大;易损性对数标准差相同时,随着目标倒塌风险的增大,大震、中震、巨震的条件倒塌概率逐渐增大。     

考虑后续使用年限的地震动参数研究

现行抗震鉴定标准引入了后续使用年限的概念,但并未明确给出对应不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值。在全国平均定义的地震危险性特征下,完整给出与抗震设计规范具有相同概率保证的不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值;通过工程实例,对地震动参数采用本文取值与现行抗震鉴定标准的鉴定结果进行对比,验证本文方法的合理性。     

现有建筑抗震鉴定地震动参数取值研究

现行抗震鉴定标准的抗震设防目标是要使现有建筑在后续使用年限内与新建工程的设防目标具有相同的概率保证,即要实现与不同的后续使用年限对应的三水准设防目标,但地震作用的计算却不能很好地实现不同后续使用年限的抗震设防目标具有相同概率保证。本文在地震危险性分析的基础上,利用地震动参数的危险性曲线公式对不同后续使用年限的现有建筑地震动参数进行分析,给出与现行抗震设计规范具有相同概率保证的不同后续使用年限不同设防水准的地震动参数取值,并给出实用的简化计算方法。     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

甲类建筑抗震设防的超越概率问题

超越概率的取值是影响设计地震动参数的主要因数之一,现行的抗震设计方面的规范对甲类建筑抗震设防的超越概率取值没有给出具体的定量指标,易引起实际工作中的混乱。通过理论分析和举例说明,指出应尽快解决此问题。     

不同后续使用年限地震加速度(PGA)取值研究

现行的建筑抗震设计规范中,以"三个水准"来表达抗震设防目标,即"小震不坏,中震可修,大震不倒",对于现有建筑物的抗震鉴定和加固,要使加固后的建筑物在后续的使用年限中具有与原设计相同的概率水准,抗震鉴定和加固时就需要给出相应使用年限的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA),作为地震作用的计算依据。本文依据极值Ⅲ型概率分布函数,给出不同使用年限下"三个水准"设防目标相对应的地震烈度,进而换算出相应的地震动加速度(PGA),最终给出后续使用30年和40年的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA)与50年的地震动加速度(PGA)的比值,方便设计人员使用。     

HPFRC耗能墙-RC框架结构地震易损性分析

采用Perform-3D结构分析软件，选取44条地震动记录，对高性能纤维增强混凝土（HPFRC）耗能墙-钢筋混凝土（RC）框架结构进行基于增量动力分析方法（IDA）的地震易损性分析.结果表明：HPFRC材料良好的受拉应变硬化性能，可以改善结构或构件的耐损伤能力和耗能能力，进而提高整体结构的抗震性能；结构发生倒塌时，由44条地震波计算出的对应于结构基本周期的反应谱加速度平均值大于8度设防烈度对应的罕遇地震作用下结构基本周期所对应的谱加速度值，说明HPFRC耗能墙-RC框架结构具有良好的抗倒塌能力；在8度设防烈度对应的罕遇地震作用下，HPFRC耗能墙-RC框架结构发生倒塌的超越概率为0.03%，满足大震作用下结构的抗震设防要求.     

设计用随机地震动模型与参数的改进

在地震平稳过滤有色噪声模型基础上，基于“二态Ｍａｒｋｏｖ”跨越假定完善了模型参数的确定方法，建立了地震动随机模型与抗震设计规范ＧＢＪ１１－８９联系，具体确定了模型参数（平稳持时Ｔｄ，谱强度因子Ｓ０和非平稳强度函数ｆ（ｔ）与三水准烈度（小震、中震和大震）、场地类别、近远震的定量关系，为工程结构的概率抗震设计提供了初步可用的输入地震动模型与荷载标准。     

建筑地震作用计算方法演变与发展

从地震作用取值的历史演变,揭示小震和中震设计的内在联系,还原小震设计的本质。初期,地震工作学者提出了地震系数法,地震作用为单一水平侧向力。此后,随着地震加速度反应谱的建立,各国开始采用反应谱理论计算地震作用,反应谱最大加速度值以前期单一地震作用为基础确定,可称为小震计算阶段。设防烈度地震(中震)提出后,抗震设计进入中震反应谱计算阶段,由于以此计算的地震作用大幅提高,各国为保证规范的延续性,对中震计算的地震作用进行了折减,高延性结构折减后与小震值相当。我国基于概率可靠度回归小震的地震作用取值,同时增加了抗震措施以大幅提高结构延性,此设计方法经受住了地震考验。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

关于地震区划图的编制原则与抗倒塌设防的探讨

地震区划图是工程设防的重要依据,是防震减灾过程中的一项基础工作.目前全球大震发震频次相对较高,超设防烈度问题已凸显.从地震区划图的制定基础出发,讨论了影响地震区划的基础因素,分析了超设防烈度发生的主要原因;基于概率地震危险性分析方法编制的地震区划图,探讨了概率地震危险性分析方法的假设模型,指出地震危险性分析应在揭示地震发生机制的基础上合理确定地震预测模型;地震危险性分析方法应采用概率地震危险性分析与确定地震动相结合;地震区划图应以地震危险性分析结果与建筑物抗倒塌易损性分析结果为依据,并充分考虑大震和特大地震的发生概率,编制一致倒塌水准的地震区划图,提供合理的抗倒塌设防标准.     

采用不同目标谱的RC框架结构一致地震倒塌风险评价

当前的抗震设防参数和抗震设计方法基于传统的“一致危险”范式，需要向更为合理的“一致风险”范式转换。为了实现“一致风险”的防控目标，需要对结构的绝对倒塌风险和相对倒塌风险进行双控，并基于目标谱选取实际地震动记录对结构的两种倒塌风险进行一致风险验算。该文以钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为研究对象，采用三种目标谱(规范设计谱、一致危险谱和一致风险谱)选取地震动记录，采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法获取结构倒塌易损性曲线和函数，分别选取基于抗震设防参数的地震危险性函数和基于场地安评的概率地震危险性函数，对结构的地震倒塌风险进行验算。分析结果表明：基于规范设计谱对结构进行地震倒塌风险评价偏于保守，而场地相关谱可考虑地震构造环境不同造成的不同区域地震危险性的差异，可更好实现一致风险的抗震设计目标。     

建筑抗震设计规范

《建筑抗震设计规范（GB50011—2001）》于2001年颁布,2002年1月1日实施,其抗震设防的目标是：小震不坏、中震可修、大震不倒。一般情况下,抗震设防烈度可采用地震动参数区划图的地震基本烈度,对已编制抗震设防区划的城市,可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。建筑的抗震设计,除应符合抗震设计规范外,尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。