中美欧抗震设计规范地震动参数换算关系的研究.p df

( 2) 基本烈度 相 同 的 地区, 其 地 震危 险 性 特 征相
同, 即同一基本烈度区, 地震烈度与地震重 现期的关系
符合下式:
I = a( logX ) 2 + blogX + c
( 1)
式 中 X 为地震的重现期, I 为与X 对应的地震烈度, a,
b, c 为相应的系数。
( 3) 地震烈度与地震地面运动峰值加速 度( 单位为
图 1, 2 分别 为美国 规范 IBC ! 2003 以及 欧洲规范 prEN 1998 的场地类别划分图, 其中的 阴影部 分为转换 后中国规范 ∀类 场地的 范围。由 图可知: 1) 中国 规范 的 ∀类场地大致 相当于美国规 范的 C, D 类 场地, 相当 于欧洲规范的 B, C 类场地; 2) 欧洲规范 的 A 类场地大 致相当于美国规范的 A 类和 B 类场 地, B, C, D 类场地 分别相当于美国规范的 C, D, E 类场地。
g) 的关系可表示为:
A = 0 1 ∋ 2I- 7
( 2)
式中: I 为对应于重现期为 X 的 设防烈度; A 为 对应于
重 现 期 为 X 的 地 震 地 面 运 动 峰 值 加 速 度; 根 据
GB50011 ! 2001 给出 的 50 年 超越 概 率为 63 2% , 10%
以及 2% ~ 3% 的地 震地 面运 动峰 值加 速度 值( 表 3) ,
1 04
人为约定小震和 大震, 则小震 与大 震的重 现期 通常并 不 等 于 50 年 和 1975 年[ 6] 。实 际 上, 根 据 文[ 7] , [ 8] 1992 年对全国7 000 多个 场 点的 地震 动危 险 性分 析结
果的统计分析, 大震与 中震的 地震 烈度差 值普 遍小于 1 度, 而且具有明显的地区性。
为了便于比较, 不考虑各规范在基岩 面的确定、土 层剪切波速的测 定方 法上的 差异, 将中国 规范 的计算
10 3
深度由 20m 延伸至 30m, 根据 保持分类不变 的原则, 计 算 ∀类场地各边界点的等效剪切波速。 计算过程中采 用的 假 定 如 下: 1) 覆 盖 层 以 下 土 层 的 剪 切 波 速 按 500m s计算; 2) 覆盖层厚度 d ov > 20m 时, 深度 介于 20m 和 d ov 之间土层的剪切 波速 采用外 延线 性插值 方法按 1 3v 20 计算; 3) v 20< 140m s 时, 其下限值取为 70m s。
重现期 ( 年)
7度 ( 0 10g )
7度 ( 0 15g)
8度 ( 0 20g )
8度 ( 0 30g )
9度
50
35
55
70
110
140
475
100
150
200
300
400
1642
220
310
!
!
!
1975
!
!
400
510
!
2475
!
!
!
!
620
不同烈度分区式( 1) 的系数值
表4
烈度
a 系数 b
中国 规 范 GB50011 ! 2001 采 用 了 三 水 准 设 防 思 想。所谓三水准 就是 多遇地 震、基本 烈度 地震和 罕遇 地震, 亦即所谓的% 小震&, % 中震& 和% 大 震& , 在 50 年设 计基准期内相应的超越概率分别是 63 2% , 10% 和 2% ~ 3% ( 9 度区 2% , 7 度 区 3% ) , 对应 的 重现 期分 别大 约为 50 年, 475 年, 2475~ 1642 年( 9 度 区 2475 年, 7 度 区 1642 年) [ 5] 。其 中, % 中 震& 对应 的烈 度或 地面 运动 峰值加速度由相应的地震烈度区划图或地震动参数区 划图给出。然 后, 以% 中 震& 烈 度 I 为 基 准, 人 为 约定 % 小震& 为 I- 1 55 度, % 大震& 为 I + 1 度。实际上, 这样 的定义, 只是在 1977 年版的地震区划 图的基 础上对我 国少数城市进行 地震危 险性 分析的 平均结 果, 与 1977 年以后各版地 震区 划图的 平均结 果存 在一定 的差异。 而且, 根据地震危险性分析可知, 不同重 现期的地震烈 度或地震地面运动峰值加速度之间的比例关系是因地 而异的。对于给 定的 场地或 特定 地区, 如 果以超 越概 率或重现期来 界定小 震和 大震, 则 小震 和大震 与中震 的差别通常并 不等于 - 1 55 度和 1 度; 如果以 烈度来
0 引言
目前世界各 国的工 程设 计技术 标准 在设 计理念、 设计原则甚至 设计 要求等 诸多方 面均 存在许 多差别。 因此, 对于走向 国际市 场的 国内企 业以 及进入 国内市 场的国际机构来说, 首要的问题就是如 何理解、掌握并 应用一个全 新的 技术理 念、技术 标准。通 过对中 美欧 抗震设计规范 的场地 类别、地震危 险性 特征等 内容的 比较分析, 给出 了中美 欧抗 震设计 规范 地震动 参数的 换算关系, 为正 确理解 并应 用美欧 规范 起到抛 砖引玉 的作用。
1 场地类别 世界各国的抗震设计规范都不同程度地考虑了场
地对设计地震 动的影 响, 其 中比较 广泛 的做法 是将场 地按照地震反 应的特 征分 类, 针对 不同 类别的 场地给 出相应的设计地震动标准, 即设计反应 谱。 建筑抗震 设计规范 ( GB50011 ! 2001) [ 1] , 美国的现行规范 IBC! 2003[ 2] , ASCE7 ! 02[ 3] , 以及欧 洲的 抗震 设计 规范 prEN 1998 ! 1: 2003 Eurocode 8[ 4] 等, 都规定了场地分类方法, 并给出了相 应的设 计反 应谱 ( 规 范 IBC ! 2003 和 prEN 1998 ! 1 的分类见表 1, 2) 。在同一规范中, 不同场地的 加速度反应谱 的平台 段的 高度 ( max , S DS, A g 等) 和宽 度( T g , T s 等) 相 差较 大, 说 明场 地类 别对 确定地 震作 用大小有重 要影 响。另外, 各 规范彼 此之 间也有 较大 的差别。
第 36 卷 第 8 期
建筑结构
2006 年 8 月
中美欧抗震设计规范地震动参数换算关系的研究
罗开海 王亚勇
( 中国建筑科学研究院工程抗震研究所 北京 100013)
[ 提要] 通过对中美欧抗震设计规范中场地类别以及设计地震危险性特征等内容的分析比较, 确定了中美欧 抗震设计规范中场地类别的对应关系, 给出了三本规范间地震动参数的换算关系以及中国地震分区在美欧规 范中的地震动参数值。 [ 关键词] 抗震设计规范 场地类别 地震危险性 地震动参数
可很容易地求出式( 1) 中系数 a , b, c, 如表 4 所示。
将表 4 中的各 系数值 代入式 ( 1) , 由式 ( 1) , ( 2) 可
计算出各烈度区不同重现期的抗震设防烈 度及相应的
地震地面运动峰值加速度。图 3 为各烈度 区地震危险
中国规范规定的地震地面运动峰值加速度值( g 1 000) 表 3
但是, 为了保持 规范的 延续 性, 在规 范 GB50011 !
2001 中仍然保持了这 样的人 为约 定, 为了 便于 工程应
用, 规范给出了 对应于 各设防 烈度 的地面 运动 峰值加
速度。在 规范 GB50011 ! 2001 中, 对 于 同一 基 本 烈度
区, 地震地面运动 峰值加 速度 ( 或设 防烈度 ) 与 重现期
图 1 美国规范 IBC! 2003 场地分类
图 2 欧洲规范 prEN 1998 场地分类
2 中美欧规范的地震危险性特征 由于中美欧规范采用的设防地震的概率水平不一
样, 因此, 要对中 美欧 规范的 地震 动参数 进行 换算, 还 必须了解清楚不同重现期或概率水平地震之间的换算 关系, 即地震危险性特征。 2 1 规范 GB50011 ! 2001 的地震危险性特征
的关系是一定的, 即地 震危险 性特 征ห้องสมุดไป่ตู้地 震危 险性曲
线是一定的。依据现行 建筑抗震设计规范 关于大震
和小震的约定以 及如 下基本 假定, 可以大 致确 定各烈
度区的地震危险性曲线。基本假定:
( 1) 按现行 建筑抗 震设计 规范 约定 的大震 重现
期为 2475~ 1642 年, 小震重现期 50 年。
土层剪切波速 v s, 30 ( m s)
标准贯入锤击数 N SPT ( 次 30cm)
不排水剪切强度 cu ( kPa)
> 800
!
!
360~ 800
> 50
> 250
180~ 360
15~ 50
70~ 250
< 180
< 15
< 70
为 B 类, 欧洲为 A 类) 为基础给 出各自 的地震 动参数, 而且各国在对标 准场 地的界 定上 存在较 大差异, 因此 要对各规范的地 震动 参数进 行换 算, 就必 须首 先了解 清楚各规范场地 类别 之间的 关系, 特别是 标准 场地在 对方的场地分类中所处的位置。从中美欧 规范的场地 分类标准中, 不难发现三种分类标准在参 数个数、计算 深度以及基岩面确定等方面存在较大差别。
!
!
762 #v s > 365 8 365 8#v s #182 9
182 9< v s
N > 50 15∃ N ∃ 50
N < 15
su #95 8 47 9 ∃ s u ∃ 95 8
su < 47 9
规范 prEN 1998 ! 1: 2003 建筑场地类别 表 2