地震动参数在工程抗震设计中的使用

李小军 研究员中国地震局地球物理研究所2011.6 重庆

主要内容 工程结构抗震设计对地震动参数的要求

地震安全性评价与规范要求的关系

设计地震动参数的确定

地震安全性评价结果的使用

主要内容 工程结构抗震设计对地震动参数的要求

地震安全性评价与规范要求的关系

设计地震动参数的确定

地震安全性评价结果的使用

设计地震动参数 设防概率水平对应的物理量

设防概率水平要求

地震地质灾害及程度

什么是抗震设防要求？

设计地震动参数 设防概率水平要求

工程抗震设防要求

工程抗震设计地震动参数量 特定工程：要求特定的设防地震动参数

一般建筑、桥梁： 峰值加速度 + 加速度反应谱 超高层建筑、典型储液罐： 长周期反应谱 (a, v, d) 特大跨结构（桥梁等）： 长周期反应谱 + 桥墩相对运动 地下管线： 相对变形（ v ）

建筑抗震设计规范

地震影响系数：通常所指的设计地震动反应谱地震影响系数最大值：峰值加速度 ×2.25实际上规定了放大系数反应谱最大值： 2.25

水工建筑物抗震设计规范

直接采用：设计地震动反应谱放大系数反应谱最大值： 2.00 ， 2.50 ， 2.25

公路桥梁抗震设计细则

直接采用：设计地震动反应谱放大系数反应谱最大值： 2.25

石油化工钢制设备抗震设计规范

与建筑抗震设计规范的一致

油气输送管道线路工程抗震技术规范

4.2.1 地震安全性评价宜在可行性研究阶段进行，其结果应包括下列内容： 1 管道沿线场地地震活动性评价； 2 管道沿线近场区主要断层活动性评价及其对管道的影响； 3 管道沿线地震动峰值加速度和峰值速度； 4 重要工程场地的地震动反应谱和时程曲线； 5 地震地质灾害的类型、程度及其分布。

设计地震动参数

设防概率水平要求

工程抗震设防要求

建筑抗震设计规范

1. 小震 50 年 63%2. 中震 50 年 10%3. 大震 50 年 2-3% 设防目标： 小震不坏、中震可修、大震不倒

工程抗震设防概率水平

公路桥梁抗震设计细则

工程抗震设防概率水平

50 年 10%

水工建筑物抗震设计规范

设防目标：不同超越概率水平下达到不坏或可修的要求

工程抗震设防概率水平

石油化工钢制设备抗震设计规范

50 年 10%

设防目标： 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，设备本体不应损坏，与

设备本体相连的附属构件可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用

相当于“中震”不坏与可修的要求

工程抗震设防概率水平

油气输送管道线路工程抗震技术规范

1. 一般区段管道 50 年 10%

2. 重要区段管道 50 年 5%

3. 大型跨越及埋深小于 30m 的大型穿越管道 50 年 2%

设防目标：不同超越概率水平下达到不坏的要求

工程抗震设防概率水平

特定工程：要求特定的设防概率水平

房屋建筑 50 、 70 、 100 年 10% 电视、广播发射塔 100 年 10% 、 5% 地下管线 50 年 10% 、 5% 、 2% 公路铁路工程、油 ( 气 ) 罐、电力设施 50 年 10% 、 5% 、 2.5% 水运工程 50 年 10% 、 5% 水工建筑 50 年 10% 、 5% 、 1% 、 0.5% 海洋平台 50 年 5% 核电站 年 10-4-----50 年 0.5%

工程抗震设防概率水平

主要内容 工程结构抗震设计对地震动参数的要求

地震安全性评价与规范要求的关系

设计地震动参数的确定

地震安全性评价结果的使用

中华人民共和国防震减灾法

第三十四条 国务院地震工作主管部门负责制定全国地震烈度区划图或者地震动参数区划图。　　国务院地震工作主管部门和省、自治区、直辖市人民政府负责管理地震工作的部门或者机构，负责审定建设工程的地震安全性评价报告，确定抗震设防要求。 第三十五条 新建、扩建、改建建设工程，应当达到抗震设防要求。　　重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，应当按照国务院有关规定进行地震安全性评价，并按照经审定的地震安全性评价报告所确定的抗震设防要求进行抗震设防。建设工程的地震安全性评价单位应当按照国家有关标准进行地震安全性评价，并对地震安全性评价报告的质量负责。　　前款规定以外的建设工程，应当按照地震烈度区划图或者地震动参数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防；对学校、医院等人员密集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工，采取有效措施，增强抗震设防能力。

中华人民共和国防震减灾法

第三十六条 有关建设工程的强制性标准，应当与抗震设防要求相衔接。

　　第三十七条 国家鼓励城市人民政府组织制定地震小区划图。地震小区划图由国务院地震工作主管部门负责审定。

　　第三十八条 建设单位对建设工程的抗震设计、施工的全过程负责。　　设计单位应当按照抗震设防要求和工程建设强制性标准进行抗震设计，并对抗震设计的质量以及出具的施工图设计文件的准确性负责。

中华人民共和国防震减灾法

重大建设工程，是指对社会有重大价值或者有重大影响的工程 可能发生严重次生灾害的建设工程，是指受地震破坏后可能引发水灾、火灾、爆炸，或者剧毒、强腐蚀性、放射性物质大量泄漏，以及其他严重次生灾害的建设工程 包括水库大坝和贮油、贮气设施，贮存易燃易爆或者剧毒、强腐蚀性、放射性物质的设施，以及其他可能发生严重次生灾害的建设工程

实际上：这里的定义也很模糊

地震安全性评价管理条例 第三条 新建、扩建、改建建设工程，依照《中华人民共和国防震减灾法》和本条例的规定，需要进行地震安全性评价的，必须严格执行国家地震安全性评价的技术规范，确保地震安全性评价的质量。 第十一条 下列建设工程必须进行地震安全性评价： 　 （一）国家重大建设工程；　 （二）受地震破坏后可能引发水灾、火灾、爆炸、剧毒或者强腐蚀性物质大量泄露或者其他严重次生灾害的建设工程，包括水库大坝、堤防和贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒或者强腐蚀性物质的设施以及其他可能发生严重次生灾害的建设工程；

　 （三）受地震破坏后可能引发放射性污染的核电站和核设施建设工程；　 （四）省、自治区、直辖市认为对本行政区域有重大价值或者有重大影响的其他建设工程。

中华人民共和国防震减灾法、地震安全性评价管理条例

实际上给出了以下规定 中国地震动参数区划图是基本的工程抗震设防要求 一些特殊的建设工程必须进行地震安全性评价 批复的地震安全性评价结果必须执行 批复的地震安全性评价结果应替代抗震规范中采用的

中国地震动参数区划图结果，应用于工程抗震设防

建筑抗震设计规范规定

建筑抗震设计规范规定

油气输送管道线路工程抗震规范

4.1.1 一般区段管道抗震设计采用的地震动参数应符合现行国家标准《中国地震动参数区划图》 GB18306 的规定，已进行了地震安全性评价工作的，应按审定的 50 年超越概率10% 的地震动参数结果进行抗震设计。

4.1.2 重要区段管道抗震设计采用的地震动参数，应按地震安全性评价或经专门研究审定后的文件确定。当采用按 50年超越概率 5% 的地震动参数进行抗震设计时，其中大型跨越及埋深小于 30m 的大型穿越管道，应按 50 年超越概率 2% 的地震动参数进行抗震设计。

城市轨道交通结构抗震设计规范范

1.0.2 抗震设防烈度为 6 度及以上地区的城市轨道交通结构必须进行抗震设计。1.0.3 本规范适用于抗震设防烈度为 6 、 7 、 8 和 9 度地区的新建、改建的城市轨道交通结构的抗震设计。抗震设防烈度大于 9 度地区或有特殊抗震要求的城市轨道交通结构及新型结构，其抗震设计应作专门研究。1.0.4 抗震设防采用的地震动参数应按现行国家标准《中国地震动参数区划图》（ GB 18306 ）执行，或按本规范表 3.1.3-1取值；已进行地震动小区划或工程场地地震安全性评价的，按审批结果取值。

城市轨道交通结构抗震设计规范范 3.1.3 各抗震设防类别结构的抗震设防标准，应符合下列要求： 标准设防类（丙类）：地震作用和抗震措施按本地区抗震设防烈度确定。 重点设防类（乙类）：地震作用按本地区抗震设防烈度确定，或采用经地震主管部门批准的地震动参数小区划、工程场地地震安全性评价的结果确定，但不低于本地区抗震设防烈度确定的地震作用。抗震设防烈度为 6 度、 7 度和 8 度时应按抗震设防烈度提高一度的要求采取抗震措施，抗震设防烈度为 9度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施。 特殊设防类（甲类）：地震作用应按地震主管部门批准的工程场地地震安全性评价的地震动参数结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定。抗震设防烈度为 6 度、 7 度和 8 度时应按抗震设防烈度提高一度的要求采取抗震措施，抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施。

对于各类工程 实际上给出了以下规定

中国地震动参数区划图是基本的工程抗震设防要求 一些特殊的建设工程必须进行地震安全性评价 批复的地震安全性评价结果必须执行 批复的地震安全性评价结果应替代抗震规范中采用的

中国地震动参数区划图结果，应用于工程抗震设防

主要内容 工程结构抗震设计对地震动参数的要求

地震安全性评价与规范要求的关系

设计地震动参数的确定

地震安全性评价结果的使用

中国地震动参数区划图 抗震设计规范确定设计地震动参数的依据

根据全国地震区划图，每个城市往往只能给出1个或 2个设计地震动参数值

中国地震动参数区划图

地震动小区划

基础：基岩地震动，场地工程地震条件

关键：场地工程地震条件影响分析 （场地地震反应分析） 场地地震动参数，研究区地震影响场

结果：场点地震动参数，地震动参数分区

基于计算地震动参数、场地分类的空间分布等 确定分区图

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ Ⅳ

地震动小区划

0.01 0.1 1 10

100

1000

T (sec)

Sa

(T)(

Gal

)

地震区划与地震小区划之间的关系

地震区划 地震环境的影响 地震活动性 区域地质环境的影响 地震（动）衰减 给出结果：大范围内的地震动变化，大尺度分区图地震小区划 重视局部场地条件的影响 区分不同的地震破坏作用 更详细考虑（近场）地震地质环境 表述更详细、小尺度 综合性结果

局部场地条件十分复杂，其对地震动影响也很显著

对于特定的工程需要开展具体的分析工作

工程场地地震安全性评价

地震小区划与工程场地地震安全性评价工作之间的关系

工程场地地震安全性评价工作：更具体深入的区域、近区域地震、地

质调查更注意局部场地条件的影响 小范围内的结果表述针对性更强 ---- 特定的工程 特定的地震（动）参数

工程抗震设防的一些特殊要求

不同的设计地震动参数（ PGA 、 PGV 、 PGD ）

不同阻尼比的设计地震动反应谱 水平向、竖向地震动参数 不同基础（结构）深度处的地震动参数 空间多点、多方向地震动参数 强震动记录和人工地震时程

安评工作需要了解什么？

工程场地上建设工程的情况

工程的性质与重要性 工程结构形式与特点 工程的分布情况 对于较长周期工程结构，如超高层建筑、大跨桥梁

应明确：结构的基本自振周期的可能取值

安评工作需要了解什么？

对评价结果的要求

设计方面的要求 特殊要求：周期、阻尼比、竖向 需要提供的地震动参数、超越概率水平 峰值加速度及加速度反应谱，速度、位移、时程 需要关注的地震地质灾害类型

工程场地地震安全性评价工作

地震安全性评价对各专业基础的要求

1. 地震活动性评价工作2. 地震构造评价工作

3. 工程场地地震影响评价工作

安评工作等级划分

工程的性质与重要性

结果的应用目标

划分的原则

安评工作等级划分

Ⅰ 级工作 核电厂等重大建设工程项目中的主要工程，安全性要求极高的工程

① 地震危险性的概率分析 ② 地震危险性的确定性分析 ③ 能动断层鉴定 ④ 场地地震动参数的确定 ⑤ 地震地质灾害评价

适用范围及内容

安评工作等级划分

Ⅱ 级工作 除Ⅰ级以外的重大建设工程项目中的主要工程，安全性要求较高的工程

① 地震危险性的概率分析 ② 地震危险性的确定性分析 ③ 能动断层鉴定 ④ 场地地震动参数的确定 ⑤ 地震地质灾害评价

适用范围及内容

安评工作等级划分

Ⅲ 级工作 城镇、大型厂矿企业、经济开发区、重要生命线等，量大面广的工程

① 地震危险性的概率分析 ② 地震危险性的确定性分析 ③ 能动断层鉴定 ④ 场地地震动参数的确定 ⑤ 地震地质灾害评价 * 地震小区划 或区域性区划 或区划图

适用范围及内容

安评工作等级划分

Ⅳ 级工作 区划图 b) 、 d) 规定的一般性工程 ① 地震危险性的概率分析 ② 地震危险性的确定性分析 ③ 能动断层鉴定 ④ 一般场地地震动参数的确定 ⑤ 地震地质灾害评价 * 区划地震动峰值加速度复核

适用范围及内容

主要内容 工程结构抗震设计对地震动参数的要求

地震安全性评价与规范要求的关系

设计地震动参数的确定

地震安全性评价结果的使用

工程抗震设计规范的规范反应谱 中国地震动参数区划图的 PGA ＋ Tg 区域、城市、规划区地震小区划的地震动

参数（ PGA 、 PGV 、反应谱） 工程场地地震安全性评价的地震动参数

（ PGA 、 PGV 、反应谱、。。。。）

不同的设计地震动参数的使用问题

规范设计地震动反应谱

设计地震动反应谱 地震影响系数

地震安评确定的地震动反应谱包括区域性区划、小区划、工程场地安评

场地地震反应 地震动参数（ amax、 Smax， T ） 设计地震动参数

0.01 0.1 1 10

100

1000

T (sec)

Sa

(T

)(G

al)

标准形式谱确定注意的问题

峰值、平台、拐点、下降段、长周期部分的协调

区划图反应谱与规范谱的差别

T(sec)

Sa

T0 Tg

Sams

0

am

T2

ams

Tgs

场地安评反应谱与规范反应谱的矛盾

0.01 0.1 1 10

100

1000

T (sec)

Sa

(T

)(G

al)

场地安评反应谱与规范反应谱的矛盾

0.1 1 10

0.1

1

10

100

Sa(

T)(

gal)

T(s)

0.01 0.1 1 101

10

100

Sa(

T)(

gal)

T(s)

0.01 0.1 1 10

1

10

100

Sa(

T)(

gal)

T(s)

0.01 0.1 1 10

1

10

100

Sa(

T)(

gal)

T(s)

0.01 0.1 1 10

1

10

100

Sa(

T)(

gal)

T(s)

场地安评反应谱与规范反应谱的矛盾

汶川地震

中华人民共和国防震减灾法、地震安全性评价管理条例

实际上给出了以下规定 中国地震动参数区划图是基本的工程抗震设防要求 一些特殊的建设工程必须进行地震安全性评价 批复的地震安全性评价结果必须执行 批复的地震安全性评价结果应替代抗震规范中采用的

中国地震动参数区划图结果，应用于工程抗震设防

工程抗震设计规范的规范反应谱 中国地震动参数区划图的 PGA ＋ Tg

区域、城市、规划区地震小区划的地震动参数（ PGA 、 PGV 、反应谱）

工程场地地震安全性评价的地震动参数（ PGA 、PGV 、反应谱、。。。。）

依据法规： 不同来源的设计地震动参数有不同的使用条件

工程抗震设防的设计地震动时程要求

人工地震时程和强震动记录

0.01 0.1 1 1 010

100

1000SA(gal)

T(s)

100Y 3%

T(s)

(gal) 50Y 63%

0 5 10 15 20 25 30 35

-200

0

200

0 5 10 15 20 25 30 35

-200

0

200

0 5 10 15 20 25 30 35

-200

0

200

100Y 3%

工程抗震设防的一些特殊要求

人工地震时程和强震动记录

谢 谢 ！