文档介绍：抗震设防标准与结构抗震安全性
高小旺王菁肖伟孟钢王巍周晓夫
(中国建筑科学研究院)
提要
工程结构采用的抗震设防标准对于其安全水平是至关重要的。本文采用投入-效益的工程决策分析方法,对不同重要性建筑的抗震设防标准进行了探讨,对《建筑抗震设防分类标准》GB50223-95中的乙类建筑是否较丙类建筑提高和降低地震作用进行抗震截面验算等作了工程投入和地震损失分析,提出了不同重要性的建筑抗震设防的最佳标准。
关键词工程决策重要建筑设防标准
1、前言
工程结构抗震的安全性与抗震设防标准、结构的抗震设计和施工等诸多因素有关。在这其中,抗震设防标准的确定是非常关键的。从一定意义上讲,抗震设防标准决定着工程结构抗震安全水平。抗震设防标准既包括一个城市的设防烈度或地震动参数,又包括不同重要性工程因其使用功能的重要性而应采用不同的设防标准。
围绕较正确地确定抗震设防标准,国内外学者进行了一系列的研究,适应地震作用随机性的特点,采用概率方法确定抗震设防标准是较为合适的。
采用投入-效益的工程决策分析方法,对城市抗震设防标准的若干问题进行了分析。
建筑重要性分类:
甲类建筑——特殊要求的建筑,如遇地震破坏会导致严重后果的建筑等;
乙类建筑——国家重点抗震城市的生命线工程的建筑,主要指使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑;
丙类建筑——地震破坏后有一般影响及其它不属于甲、乙、丁类的建筑;
丁类建筑——次要的建筑,如遇地震破坏不易造成人员伤亡和较大损失的建筑。
对乙类建筑中的第1类和第2类是否仅提高一度采取抗震构造措施,以及对于丁类建筑降低一度采取抗震构造措施,是否为最优的抗震设防标准,尚需进一步探讨。
2、工程抗震设防标准决策分析方法概要
确定合理的抗震设防标准,必须建立在对一个城市或地区的地震危险性和对不同烈度地震作用下造成损失(包括直接损失和间接损失以及人员伤亡等)的科学分析基础上。
采用抗震设防—效益分析方法来确定工程抗震设防标准,需要建立目标函数,使之取极值求得最佳决策。目标函数可为期望的总损失,则极值为最小;也可为效益,则极值为最大。抗震设防标准的最佳取值,可为按某一设防烈度建造房屋和工程的投入与50年内该城市或地区在各种不同烈度地震作用下的期望损失之和W(I):
W(I)→min (2)
式中 R(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度的工程投入;
P(i)——该城市或地区I烈度的出现概率;
S1(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时,不同地震烈度作用下的直接损失(主要包括工程结构和结构内部财产的损失);
S2(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时,不同地震烈度作用下的间接损失(包括停水、停电、火灾和停产的损失);
S3(I)——该城市或地区以I烈度作为设防烈度时,不同地震烈度作用下的人员伤亡损失。
其分析方法可概括为图1所示的框图。
某城市的地震危险性分析结果
工程结构宜损性模型
以某一地震烈度作为抗震设防烈度的工程造价
不同强度地震作用下该市地面破坏效应和对工程结构的影响
不同地震烈度作用下,按某一地震烈度作为设防标准时工程结构的不同破坏状态的概率
某一地震烈度作为设防标准时,工程结构破坏的直接损失、间接损失和人员伤亡
根据该城市50年不同地震烈度的出现概率和某一地震烈度作为设防标准时,各烈度地震作用的损失,综合得到期望损失
对各地震烈度作为设防烈度的工程造价与期望损失之和进行比较,取极小值对应的地震烈度作为城市的设防标准
图1 工程抗震设防标准决策分析框图
3、地震损失分析
地震作用下造成的损失,可分为直接经济损失、间接经济损失和远期损失以及人员伤亡等。这些损失和人员伤亡都与工程结构的破坏状态有关。因此,讨论地震损失中一个重要的工作就是对工程结构在不同地震作用下的易损性分析,通常我们称为震害预测。
     地震作用下工程结构的震害预测方法
基于可靠度理论的震害预测方法,对采取不同配筋率、轴压比和体积配箍率的钢筋混凝土构件的屈服、极限变形进行了分析,在构件配箍率和轴压比相同的条件下,体积配箍率的增加对极限位移影响比较大,对屈服位移影响不大,其规律是随着体积配箍率的增加,构件的极限变形能力增强。我们在乙类建筑的震害预测中引入了这方面的分析结果。