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[分享]缅怀同胞，细说结构工程师必备的抗震知识！
512汶川地震十二周年，缅怀同胞，细说构造工程师必备的抗震学问
转自公众号：北京峰源构造设计
2020年5月12日是中国第12个全国防灾减灾日，主题是“提升基层应急才能，筑牢防灾减灾救灾的人民防线”。我们缅怀生命的逝去，也铭刻危殆时辰的生死救援、灾难面前的大爱无疆、灾后重建的守望相助!
12年前的今天
8.0级强震动动汶川
那一刻
天旋地转，山峦垮塌
无数生命戛但是止
整个中华大地浸满悲恸
那一年，
才第一次明白，
我们永远不晓得明天和不测，
终究哪个会先来……
69227人死亡
374643人受伤
17923人失踪
这不只是一串冰冷数字
更是一条条鲜活的生命
是我们患难与共的同胞
失而复得、劫后余生
让我们在霎时懂得
什么是生命的意义…
在这次地震中，全国同胞万众一心，共同抗灾，就和今年全国共同抵御新冠肺炎疫情一样，中国人民展示出团结与力气。
而作为构造工程师，抗震概念设计是我们要重点关注和研讨的，今天我们就来清点一下大家容易混杂的几个概念，如震级与烈度的关系，设防烈度、众值烈度、大震烈度之间的关系，三水准二阶段设计在构造设计中详细如何表现等等。
一、震级与烈度
我们在做项目之前首先要查的就是项目所在地的设防烈度，而在地震的时分，我们又经常提到地震等级，两者之间到底有什么关系?
很多人把震级和烈度划等号，其实这两者之间有很大的区别：
烈度是指地震时在一定地点惹起的空中震动及其影响的强弱水平，指地震毁坏的水平;
震级表示地震释放能量的大小。一次地震形成的各地的烈度不同，普通状况，离震中近的中央烈度高，毁坏严重;远的中央烈度低，毁坏细微。
震级好比一盏灯泡的瓦数，烈度好比某一点受光亮映照的水平，它不只与灯泡的功率有关，而且与间隔的远近有关。
假如把地震比作炸弹爆炸，烈度就好比是炸弹爆炸后空中的毁坏水平。显然，炸弹的炸药越多，爆炸产生的能量越大，毁坏力就越大;离爆炸点越远，遭到的毁坏就越小。同样的道理，震级越大，烈度越高;距震源远或震源深度越大，烈度就越低。
比方汶川大地震震级是8.0级，震级只要一个，但烈度就因地而异了，北川县城曲山镇是11度，汶川县映秀镇是11度，汶川县威州镇是10度，青川县大局部地域是9度，成都是7度，西安是6度，太原是5度，北京是2度;唐山大地震时震级是7.8级，唐山市区的烈度是11度，天津市区是8度，北京市区是6度。
因而我们能够总结出——一次地震只要一个震级，震级需求测定;烈度能够有多个，这个地震烈度也是需求测定的。
(1)不同烈度的影响
在我国地震主要分为12个等级，不同烈度的地震，其影响和毁坏大致如下：
1度;无感，仅仪器能记载到;
2度;个别敏感的人在完整静止中有感;
3度;室内少数人在静止中有感，悬挂物细微摆动;
4度;室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响;
5度;室外大多数人有感，牲畜不宁，门窗作响，墙壁外表呈现裂纹
6度;人站立不稳，牲畜外逃，器皿翻落，粗陋棚舍损坏，陡坎滑坡;
7度;房屋细微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表呈现裂痕及喷沙冒水;
8度;房屋多有损坏，少数毁坏路基塌方，公开管道决裂;
9度;房屋大多数毁坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲;
10度;房屋倾倒，道路破坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸;
11度;房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化;
12度;一切建筑物普遍破坏，地形猛烈变化动植物遭消灭。
(2)不同震级影响
地震震级分为九级，普通小于2.5级的地震人无觉得，2.5级以上人有觉得，5级以上的地震会形成毁坏。
普通将小于1级的地震称为超微震。
M≥1级，小于3级的称为弱震或微震，假如震源不是很浅，这种地震人们普通不易察觉。
M≥3级，小于4.5级的称为有感地震，这种地震人们可以觉得到，但普通不会形成毁坏。
M≥4.5级，小于6级的称为中强震，属于可形成毁坏的地震，但毁坏轻重还与震源深度、震中距等多种要素有关。
M≥6级，小于7级的称为强震。
M≥7级，小于8级的称为大地震。
级以及8级以上的称为宏大地震。
二、根本烈度、众值烈度、大震烈度
我们构造设计过程中还接触了如下几个概念：众值烈度、根本烈度、设防烈度、大震烈度等等。
首先要了解下边的这个烈度概率密度函数：
▲烈度概率密度函数
图中没有打阴影的区域代表的是超越概率63.2%的地震烈度，峰值所对应的烈度我们称之为众值烈度，此烈度发作的概率最大，频率最多，因而我们在设计的时分依照众值烈度准绳上是最经济且有效的;依据地震烈度概率剖析，众值烈度比根本烈度低一度半;
很多国度以50年超越概率10%的烈度作为根本烈度，我国也自创其他国度的经历，根本烈度大致上为设计基准期50年超越概率10%的烈度，见上图所示;
图中罕遇(大震)烈度为50年超越概率2%～3%的地震烈度;依据地震烈度概率剖析，当根本烈度6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强;
总结一下，依据上图，总共有三个烈度如下：
(1)根本烈度：50年超越概率约10%的地震烈度;
(2)众值烈度：50年内超越概率约为63.2%的地震烈度;
(3)大震烈度：50年超越概率2%～3%的地震烈度;
依据《抗规》1.0.5，普通状况下，建筑的抗震设防烈度应采用依据中国地震动参数区划图肯定的地震根本烈度(本标准设计根本地震加速度值所对应的烈度值)。
———一句话，根本烈度就是设防烈度。
三、三水准设防目的
当遭受低于本地域抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体构造不受损坏或不需修理可继续运用;
当遭受相当于本地域抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发作损坏，但经普通性修理仍可继续运用;
当遭受高于本地域抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发作危及生命的严重毁坏。
以上就是我们经常所说的，小震不坏，中震可修，大震不倒。
三水准目的的解析：
第一水准(小震不坏)：当遭受低于本地域抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体构造不受损坏或不需修理可继续运用;——此处的低于本地域抗震设防烈度，就是指的50年内超越概率约为63.2%的地震烈度，即“众值”的烈度，比根本烈度约低一度半，标准取为第一水准烈度，称为“多遇地震”，即小震;
第二水准(中震可修)：当遭受相当于本地域抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发作损坏，但经普通性修理仍可继续运用;——此处的相当于本地域抗震设防烈度，就是指50年超越概率约10%的地震烈度，即1990中国地震区划图规则的“地震根本烈度”或中国地震动参数区划图规则的峰值加速度所对应的烈度，标准取为第二水准烈度，称为“设防地震”，即中震;
第三水准(大震不倒)：当遭受高于本地域抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发作危及生命的严重毁坏。——此处的高于本地域抗震设防烈度，就是指50年超越概率2%～3%的地震烈度，标准取为第三水准烈度，称为“罕遇地震”，就是所说的大震，当根本烈度6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强。
因而，我们能够依据地震的震级和烈度来判别我们所设计的房屋在地震时到底能否满足请求，也能够得知我们设计的房屋到底能抵御多大的地震作用。
四、二阶段设计如何保证三水准设防请求
在停止建筑抗震设计时，应满足三水准抗震设防目的的请求，依据《建筑抗震设计标准》，我们采取的是二阶段设计办法：
(1)第一阶段
承载力验算，取第一水准的地震动参数(50年内超越概率约为63.2%的地震烈度，即众值烈度，比根本烈度约低一度半)计算构造的弹性地震作用规范值和相应的地震作用效应，既满足了在第一水准下具有必要的承载力牢靠度，又满足第二水准的损坏可修的目的。
8度区普通民用建筑，我们平常在做设计的时分，到底是如何做的呢，地震动参数如何取值呢?
依据前面的解说，我们肯定是取第一水准的地震动参数(50年内超越概率约为63.2%的地震烈度，即众值烈度，比根本烈度约低一度半)计算构造的弹性地震作用规范值和相应的地震作用效应，也就是取比8度低1.5度即6.5度计算此8度区建筑来满足小震不坏和中震可修，即满足了前两个水准。但是详细在计算的时分是如何表现的呢?
众所周知，程度地震作用计算，最重要的就是程度地震影响系数的取值，见下表：
而与程度地震影响系数关系最大的是程度地震影响系数最大值αmax，因而，《高规》关于不同烈度给出了三个程度地震影响系数最大值αmax，8度区0.2g对应的程度地震影响系数最大值αmax分别为多遇地震(小震)0.16，设防地震(中震)0.45，罕遇地震(大震)0.90，而我们在计算8度区普通民用建筑的时分，地震动参数是取第一水准的地震动参数，也就是αmax取值为0.16。
此表格的程度地震影响系数最大值αmax的取值就是对应我们上文提到的三水准设防目的，也就是对应众值烈度、根本烈度、大震烈度，我们在平常普通项目的计算中，程度地震影响系数最大值αmax都是直接依照多遇地震取值，也就是一阶段的设计的详细表现。
下图是众所周知的pkpm软件参数设置的内容，我们在做设计的时分，留意此时我们填写是8度区，程度地震影响系数最大值是0.16，此处的0.16对应的就是表格中的多遇地震，就是小震，也就是众值烈度，其实是6.5度下的地震影响系数最大值αmax，而8度的地震影响系数最大值αmax为0.45，因而，我们在做普通项目设计的时分，就是用的多遇地震，其实没有到达设防烈度下的地震动参数，经过多遇地震(小震)计算，满足小震不坏、中震可修。
那么第三水准的大震不倒我们是如何满足的呢?
《抗规》1.0.1条文阐明：对大多数的构造，可只停止第一阶段设计，而经过概念设计和抗震结构措施来满足第三水准的设计请求，也就是《抗规》第六章的内容。
很多人不注重《抗规》抗震措施的内容，以为都是抗震措施，不是计算得来的，其实不然，保证第三水准的大震不倒，还是要靠概念设计和抗震结构措施。
(2)第二阶段
弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的构造、有明显单薄层的不规则构造以及有特地请求的建筑，除停止第一阶段设计外，还要停止构造单薄部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震结构措施，完成第三水准的设防请求。
第二阶段的设计只要关于一些超限项目或者有其他请求的建筑构造才会停止。
—End—
