抗震设计中地震动参数取值计算
关于地震动参数取值的几个问题分析
关于地震动参数取值的几个问题分析作者：郑胜章来源：《装饰装修天地》2017年第24期摘要：本文结合工程实践，针对岩土工程勘察工作中关于地震动参数取值方面存在的几个常见问题，提出科学合理的分析方法。
关键词：岩土工程；地震动参数；分析方法1 前言地震效应评价是岩土工程勘察工作中必须要进行的一项重要内容，随着地震动参数区划图的进一步细化，加之抗震设计规范的调整，地震效应评价工作中关于场地类别的划分及地震动参数取值的内容出现了许多问题。
本文根据地震效应评价中对于现行地震动参数区划图的运用及容易出现的主要几个问题进行详细阐述，并就其解决方法进行探讨，以供相关技术人员参考。
2 地震烈度区划的发展及现状2.1 地震烈度区划的发展地震烈度区划是根据国家抗震设防需要和当前的科学技术水平，按照长时期内各地可能遭受的地震危险程度对国土进行划分，以图件的形式展示地区间潜在地震危险性的差异。
我国从20世纪30年代开始做地震区划工作。
新中国建立以来，自1956年至今五次（1956年、1977年、1990年、2001年、2015年）编制全国性的地震烈度区划图。
必须要注意的是自2001年第四代区划图开始正式名称由“中国地震烈度区划图”变更为“中国地震动参数区划图”，该版区划图附录D“关于地震基本烈度向地震动参数过渡的说明”规定，本标准直接采用地震动参数（地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期），不再采用地震基本烈度，以后的工作中应逐步修正地震基本烈度的概念。
2.2 地震烈度区划的现状现阶段（2017年），评价场地地震效依据的现行标准主要为《中国地震动参数区划图》GB18306-2015 和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版），最新版本的标准将地震动参数的区划范围细分到乡镇一级。
3 几个常见的问题及解决方法3.1 场地类别划分的问题场地类别的应根据岩土层等效剪切波速和覆盖层厚度按照表1来划分，对于高层建筑群，可根据实测波速来准确划分，但对于一些以多层建筑为主的小区和面积较大的厂矿企业，由于规范未要求实测波速，可根据土层性状进行估算剪切波速，实际工作中有些项目仅以整个场地各土层的平均厚度来笼统的计算等效剪切波速，导致场地类别的误判。
试谈抗震设计的地震动参数
试谈抗震设计的地震动参数我国属于地震的高发地区，地震灾害严重威胁人们的生命财产安全，因此对建筑物进行抗震设计显得尤为重要，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）也明确规定，对抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。
现行规范中对不同设计年限的建筑物通过调整结构重要性系数来调整结构的荷载效应，对于一般常规建筑的设计可以参照此规范进行，但是对于某些大跨度结构、悬索桥等重要性结构，从结构的安全性出发，往往需要详细研究结构在地震作用下的影响。
另一方面，在对现有结构进行加固改造时，现有结构的剩余寿命已经小于当初的设计年限，此结构在剩余年限内只需满足原设计年限内的抗震概率标准即可；如果仍按照原来的设计年限对结构进行加固，加固的费用将会大大增加。
因此确定地震动参数的取值是进行抗震设计的前提条件，直接影响建筑物的安全性和经济性。
1 建筑抗震设计概述《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）将建筑物的设计年限分成5年、25年、50年和100年四个类别，但是随着经济水平的发展，建筑的类型逐渐多样化，人们对住房、桥梁的使用年限以及抗震等级等方面的要求逐渐增多，要求建筑物更新设计基准期，同时提高建筑物的抗震等级。
现行的《建筑抗震设计规范》只规定了设计基准期为50年超越概率下的地震烈度及地震动参数，因此设计使用年限为50年的结构可以直接参考《建筑抗震设计规范》中计基准期为50年的地震动参数取值。
对于一些特别重要的结构、纪念性建筑，设计使用使用年限往往大于50年甚至更長，其地震动参数的取值需要转换为设计基准期为50年相应超越概率下的地震动参数，其转换时用到的公式主要如下：（1）式中，为与设计基准期相对应的地震烈度重现期。
（2）式中，是指重现期为年的地震烈度在年内超越概率。
（3）式中，为50年内发生地震烈度的概率分布值。
（4）式中，为50年内概率分布为的地震烈度；为地震烈度的上限值，；为概率密度的分布众值，比50年超越概率为10%的地震烈度低1.55度；为分布形状系数，可以从表1查出其对应的数值。
建筑结构抗震设计第三章单自由度弹性体系的水平地震作用
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max
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Tg
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结构抗震设计
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设计特征周期
规范规定，根据建筑工程的实际情况，将地震动反应
谱特征周期Tg，取名为“设计特征周期”。
设计特征周期的值应根据建筑物所在地区的地震环境 确定。（所谓地震环境，是指建筑物所在地区及周围 可能发生地震的震源机制、震级大小、震中距远近以 及建筑物所在地区的场地条件等。）
式中 k11——使质点1产生单位位移而质点2保持不动时，
在质点1处所需施加的水平力； k12——使质点2产生单位位移而质点1保持不动时，
在质点1处引起的弹性反力； c11——质点1产生单位速度而质点2保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力； c12——质点2产生单位速度而质点1保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力；
在进行建筑结构地震反应分析时， 除了少数质量比较集中的结构 可以简化为单质点体系外，大 量的多层和高层工业与民用建 筑、多跨不等高单层工业厂房 等，质量比较分散，则应简化 为多质点体系来分析，这样才 能得出比较符合实际的结果。
一般，对多质点体系，若 只考虑其作单向振动时，则体 系的自由度与质点个数相同。
1、两自由度运动方程的建立 2、两自由度弹性体系的运动微分方程组 3、两自由度弹性体系的自由振动 三、多自由度弹性体系的自由振动 1、n自由度体系运动微分方程组 2、n自由度弹性体系的自由振动 四、振型分解法 1、两自由度体系振型分解法 2、n自由度体系振型分解法
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结构抗震设计
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一、多质点和多自由度体系
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地震作用计算
1．0．5 一般情况下，建筑的抗震设
防烈度应采用根据中国地震动参数区 划图确定的地震基本烈度(本规范设计 基本地震加速度值所对应的烈度值)。
设防烈度的确定——抗规附录A
（3）确定抗震设防烈度的目的
确定设计基本地震加速度和设计特征周期
或设计地震动参数
3．2．2 抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系， 应符合表3．2．2的规定。设计基本地震加速度为0.15g和0.30g 地区内的建筑，除本规范另有规定外，应分别按抗震设防烈度7 度和8度的要求进行抗震设计。
1.抗震设防的三水准目标——抗规GB50011-2010
1．0．1 按本规范进行抗震设计的建筑，其基本 的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防 烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不 需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设 防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经 一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗 震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生 危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专 门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有 更具体或更高的抗震设防目标。
限批准作为一个地区抗震设防依据的地震 烈度。一般情况，取50年内超越概率10％ 的地震烈度。 抗震设防标准 ——衡量抗震设 防要求高低的尺度，由抗震设防烈度或设 计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。
（2）设防依据——抗规
1．0．4 抗震设防烈度必须按国家规
定的权限审批、颁发的文件(图件)确 定。
3．3．2 建筑场地为Ⅰ类时，对甲、乙类的建筑应允许仍
3．3．3 建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度
C.建筑物使用功能的设防标准 ——自身 条件问题。
3．1．1 抗震设防的所有建筑应按现行国家
(完整word版)水平地震影响系数最大值计算方法
6度区水平地震影响系数最大值αmax计算方法方法一根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》表5.1.4-1，查得6度地震下，多遇地震和罕遇地震对应的αmax分别为0.04和0.28。
根据《建筑抗震设计规范》3.10.3条可知，6度地震下，设防地震对应的αmax为0.12。
方法二根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》表3.2.2可知，抗震设防烈度为6度时，其对应的设计基本地震加速度值为0.05g，根据《中国地震动参数区划图GB18306-2015》附录F.1条，推导中震作用下αmax=0.05×2.5=0.125。
根据《中国地震动参数区划图GB18306-2015》第6.2.1条“多遇地震动峰值加速度宜按不低于基本地震动峰值加速度1/3倍确定”可知，多遇地震下αmax≥0.125/3=0.042。
根据《中国地震动参数区划图GB18306-2015》第6.2.2条“罕遇地震动峰值加速度宜按基本地震动峰值加速度 1.6~2.3倍确定”，罕遇地震下αmax=（1.6~2.3）×0.125=0.2~0.288。
方法三根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》表3.2.2可知，抗震设防烈度为6度时，其对应的设计基本地震加速度值为0.05g，其中g=9.8 m/s2=980 cm/s2，计算可知设防地震加速度时程最大值=0.05×980=49 cm/s2。
根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》表5.1.2-2，6度多遇地震和罕遇地震时程分析所用地震加速度时程的最大值分别为18 cm/s2和125 cm/s2。
根据《中国地震动参数区划图GB18306-2015》附录F.1条，推导6度中震作用下αmax=0.05×2.5=0.125（方法二）。
根据相应比例关系可推导出6度多遇地震αmax=（18/49）×0.125=0.046，罕遇地震αmax=（125/49）×0.125=0.319。
医院和学校类建筑的地震动参数应如何取值
医院和学校类建筑的地震动参数应如何取值关于学校和医院这样的建筑,大家知道怎么取地震动参数吗？我想很多人都长期在左右纠结中！为啥呢？因为我们的抗震专家不止一次的强调,对于学校和医院类建筑我们应该提高抗震措施,而不应该提高地震峰值加速度.《建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008》3.0.3条条文说明指出：需要说明,本标准规定重点设防类提高抗震措施而不提高地震作用,同一些国家的规范只提高地震作用(10％～30％)而不提高抗震措施,在设防概念上有所不同：提高抗震措施,着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上,是经济而有效的方法；只提高地震作用,则结构的各构件均全面增加材料,投资增加的效果不如前者.但是地震局专家们却不停的呼吁,对于学校和医院类建筑必须要提高地震峰值加速度!理论上我们搞建筑设计的人,执行《建筑抗震设计规范》就行了,不用搭理地震局的专家们,但是地震局的专家们技高一招,将他们的诉求列为国家法律了,也就是《中华人民共和国防震减灾法》,谁敢违抗？这就很扯淡了！对于学校和医院类建筑,我们按照建筑抗震专家的意见应该是提高抗震措施就行了,按照地震局专家的意见是提高地震峰值加速度就可以了,但是这两边的专家都很牛B！我们是踩着这两个鸡蛋在跳舞,踩破哪个都不行！他们一直打架,谁也不妥协,怎么办呢？很多地方只能出台规定要求两边专家都必须伺候好,既提高抗震措施又提高地震峰值加速度！搞的设计师们叫苦连天,小小的多层框架比高层还费劲,钢筋都密的无法振捣混凝土了！下面是土木君整理的建筑抗震专家的演讲内容以及地震局所发布的相关文件：1、建筑抗震专家的演讲内容摘要地震局相关文件、区划图报批稿中均有学校、医院地震作用提高一度(档)的要求：1、房屋建筑的“抗震设防要求”是通过地震区划图、抗震设计、施工质量、房屋建筑使用等诸方面来实现,不是单一的地震动参数就能保障的.由于地震区划图的不确定性(例如,北川和汶川县映秀镇的设防烈度为7度,际烈度高达11度),制定抗震设计规范标准时,以地震区划图所确定的某一地区的设防烈度为基础,提出“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防要求.这里,“中震”即设防烈度,“小震”约比“中震”小1.55度,“大震”约比“中震”高1度.其目的就是当地震区划图不准确、发生高于设防烈度的“大震”时,做到房屋建筑不倒塌.2、抗震措施是抗震设防要求的重要内容,在地震区划图估计的加速度不准确的情况下,具有更为重要的防倒塌作用.我国的建筑抗震设计规范,根据不同房屋建筑的重要性,配套提出不同的抗震等级和相应的抗震措施.美、日等国的抗震设计规范中,对不同的房屋建筑规定一个重要性系数(1.25-1.50)来调整结构的地震效应(弯矩和剪力等),与我国的抗震设计规范相似.我国规范所规定钢筋混凝土结构多道抗震防线、“强柱弱梁”和砌体结构的圈梁、构造柱设置等,是在总结了大量震害经验的基础上提出的抗震措施,经历次地震检验,证明是十分有效的.汶川地震中,即使在震中地区,实际烈度高于设防烈度3-4度的情况下,只要严格按照规范设计和建造的房屋建筑一真震措施到位,仍然可以保证建筑物不倒塌.3.《建筑工程抗震设防分类标准》对二、三级医院、具有外科手术或急诊科的乡镇卫生院,幼儿园和中小学等建筑的抗震设防要求为重点设防类,在抗震设计中要求按提高一度采取抗震措施,其效果高于单一提高地震加速度的效果.对地震动峰值加速度取值笼统“提高一档”的做法使不同烈度区的地震动加速度提高程度不一致,差别太大,因此是不科学的.《抗震规范》根据房屋建筑的重要性提高一度采取抗震措施时,针对不同构件规定地震力增大系数.以钢筋混凝土结构为例,仅地震内力就有如下提高(以静力为基数的增大系数):可见,抗震设计中,提高一度采取抗震措施完全包络了单一提高地震加速度“一档”所能达到的效果.4、对医院建筑,在《建筑工程抗震设防分类标准》修订时,己经征求了国家卫生部的意见,将二、三级医院的门诊、医技、住院用房,具有外科手术室或急诊科的乡镇卫生院的医疗用房等为重点设防类.而地震局相关文件、区划图报批稿中,不论医院规模大小、在抗震救灾中的作用等加以区分,范围扩大了很多,将包括二级以下大量的各类医院建筑(如牙科等专科医院、无外科手术的中医医院、社区医院等,有的还是设在居民住宅建筑内),设防加速度的做法是不妥的.这种不加区别的盲目提高设防加速度的做法是不妥当的.1966年,位于6度区不设防的邢台发生震中烈度10度的地震,倒塌的房屋近120万间;1976年,位于6度区不设防的唐山发生震中烈度11度的大地震,倒塌的房屋320万间;2008年位于7度设防的汝川发生震中烈度10-11度的地震,倒塌的房屋796.7万间;再一次证实我国基本烈度地震有很大不确定性的事实.将不成熟的地震预报技术作为防震减灾的主要手段必然使防震减灾工作缺乏坚实的基础.因此,减轻地震灾害的根本对策是提高各类建设工程的抗震能力.中外地震经验无不表明:土木工程方法必然是防震减灾最有效的方法.2、地震局所发布的相关文件《中华人民共和国防震减灾法》第三十五条对学校、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.中国地震局文件中震防发〔2009〕49号学校、医院等人员密集场所建设工程的主要建筑应按上述原则提高地震动峰值加速度取值.其中,学校主要建筑包括幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂,医院主要建筑包括门诊、医技、住院等用房.提高地震动峰值加速度取值应按照以下要求：位于地震动峰值加速度小于0.05g分区的,地震动峰值加速度提高至0.05g；位于地震动峰值加速度0.05g分区的,地震动峰值加速度提高至0.10g；位于地震动峰值加速度0.10g分区的,地震动峰值加速度提高至0.15g；位于地震动峰值加速度0.15g分区的,地震动峰值加速度提高至0.20g；位于地震动峰值加速度0.20g分区的,地震动峰值加速度提高至0.30g；位于地震动峰值加速度0.30g分区的,地震动峰值加速度提高至0.40g；位于地震动峰值加速度大于等于0.40g分区的,地震动峰值加速度不作调整.建设、设计、施工、监理单位应按照《防震减灾法》的要求,各负其责,将抗震设防要求落到实处；各有关部门应当按照职责分工,加强对抗震设防要求落实情况的监督检查,切实保证学校、医院等人员密集公共场所建设工程达到抗震设防要求.。
设计基本地震加速度 地震动峰值加速度
设计基本地震加速度地震动峰值加速度地震是地球上常见的自然灾害之一，它造成了巨大的破坏和人员伤亡。
地震加速度是地震运动的重要指标之一，它描述了地震破坏力的大小。
在地震工程设计中，准确计算地震加速度对建筑物的影响至关重要，因为它直接影响到建筑物的结构安全性和稳定性。
地震加速度指的是地震时地面上点的加速度大小，通常用g （重力加速度）的倍数表示。
例如，地震动峰值加速度为0.2g 表示地面上某点的加速度是重力加速度的0.2倍。
根据地震动峰值加速度的大小可以判断地震对建筑物的破坏程度，从而科学合理地进行建筑物的设计和抗震改造。
设计基本地震加速度的确定是地震工程设计的重要环节之一。
根据不同地区的地震活动性和建筑物的结构特性，设计师需要选择适当的地震动峰值加速度作为设计基准。
在确定设计基本地震加速度时，需要综合考虑多方面的因素。
其中包括地震活动性、地形地貌、构造特征等因素的综合分析，以及建筑物的重要性和使用功能等因素的综合评估。
在选择设计基本地震加速度时，通常采用概率性设计方法。
这种方法通过分析历史地震数据和地震危险性评估结果，结合概率统计方法，确定不同概率水平下的地震动峰值加速度。
常见的概率水平包括50年一遇、100年一遇、500年一遇等。
设计师根据不同建筑物的重要性和使用功能选择适当的概率水平，确定相应的设计基本地震加速度。
为了计算和确定地震加速度，地震工程师通常使用地震动记录仪采集的地震数据。
这些数据包括地震动速度和加速度的时间变化曲线。
通过对这些时间变化曲线进行分析和处理，可以得到地震加速度的时程图。
地震加速度的时程图反映了地震行波过程中的加速度变化规律，是进行建筑物动力分析和抗震设计的重要输入参数。
在地震工程设计中，地震加速度的大小对建筑物结构的破坏程度具有重要影响。
根据地震动峰值加速度的大小和建筑物的结构特性，可以确定建筑物的抗震性能要求，选择适当的抗震措施和设计方案。
通过科学合理地确定设计基本地震加速度，可以提高建筑物的结构安全性和稳定性，减少地震灾害对人民生命财产的威胁。
关于抗震设计规范‘设计地震分组’的讨论
关于抗震设计规范‘设计地震分组’的讨论前几天在东南西北人看到一个关于设计地震分组的帖子，好多人的讨论不得要领，所以我在这里就专门做一下总结。
这个网友提的问题是这样：有个问题总是困扰我很久了，简单地说有下：1.设计地震分组第一组，第二组，第三组究竟反映的是什么，从第一组到第三组反反映的是一种什么趋势？谁更有利？也就是说同一场地更易发生地震的地方是分为第一组呢还是第三组？2.从第一组到第三组，特征周期是渐渐增大的，根据地震影响系数曲线，则有从第一组到第三组，其地震影响系数也是渐渐增大的，那是不是可以这样理解：地震分组第三组比第一组受地震影响更严重呢，但从规范上的分组来看，好像又与这是相反的！这今人很是不理解！3.从第一组到第三组是不是反映了从近震到远震的顺序呢？如果是这样，那应该是第一组受地震影响更严重啊！这又与规范上的地震影响系数计算公式是相反的！热切盼望大家发表意见！然后，这个网友得出结论：还有个问题想请教一下，“地震影响系数越大则受损越厉害，地震影响系数越小受损越小”这种说法成立否？如果成立，地震影响系数是随特征周期增大而增大的，第一组的特征周期比第三组的小，也就是说近震的特征周期比远震的小，那么根据规范中地震影响系数的计算公式则可推出：在建构筑自震周期相同前提下，近震所受地震影响比远震小些！也就是震中的比远处的建构筑物所受地震影响更小些！这显然与事实及常理不合，这也正是困扰我很久的地方。
我给出的回答是这样的：首先，“地震影响系数越大则受损越厉害，地震影响系数越小受损越小”这种说法成立否？应该是“地震影响系数越大则受地震作用越厉害，地震影响系数越小受地震作用越小”。
在我国抗震设计规范中，有底部剪力法和反应谱法，说到底都是静力抗震阶段，因为反应谱法是地震影响系数是一个‘伪反应谱，它根据大量真正的地震反应谱的形状所确定具有相似性状的一个相似体。
我们看规范两种方法其实都是这样一个形式：地震影响系数(max)=a(max)/g所以说，这个’如果成立，地震影响系数是随特征周期增大而增大的，第一组的特征周期比第三组的小，也就是说近震的特征周期比远震的小，那么根据规范中地震影响系数的计算公式则可推出：在建构筑自震周期相同前提下，近震所受地震影响比远震小些！‘是你的理解错误，是不对的，你没有理解全面。
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抗震设计中地震动参数取值计算
抗震设计是指在工程结构设计过程中，为了防止地震对结构造成危害，所采取的一系列防震措施和技术手段。
而在抗震设计中，地震动参数是极为重要的一环，其正确的取值计算对于工程结构的抗震性能和防护效果有着决定性的影响。
地震动参数取值计算包括地震动位移、速度、加速度等参数，其中地震动加速度是最为基础和重要的参数之一。
它是建筑物结构所能承受的最大水平地震力的直接反映，也是设计抗震能力的依据。
因此，正确地确定地震动加速度对于抗震设计至关重要。
地震动加速度的取值计算需要依据地震波的特点和震源与接收点之间的距离等因素进行综合考虑。
在实际的工程设计中，关于地震动加速度的计算一般分为两类：一是根据地震烈度等级和场地条件来确定设计地震动加速度，这种方法称为基本规定方法，通常被用于住宅等简单建筑物的设计中；另一种是根据地震波动参数（如地震频率、周期等）来计算地震动加速度，这种方法称为地震波动方法，通常适用于较为复杂的工业和民用建筑的设计中。
对于基本规定方法，国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定了地震烈度等级与设计地震动加速度的对应
关系。
根据《规范》要求，设计地震动加速度的确定还需要考虑场地类别和场地基础反应系数等因素。
其中，场地类别主要取决于场地的地形特征和地质背景，共分为I、II、III三类；场
地基础反应系数则是反映地震波在场地上行传播时与地基相互作用的一个参数，其大小与场地的地下结构和地质条件等因素密切相关。
对于地震波动方法，则需要进行更加详细和精确的计算。
一般情况下，地震波动参数的计算可通过分析已有的地震波记录数据进行实现。
在计算地震波动参数时，需要考虑多个因素，包括地震波的幅值、周期、频率等，同时还需根据场地基础的材料特性和形状来进行相应的修正。
除上述两种常规的地震动参数取值计算方法之外，还有一些较为新颖和实用的方法，如地震动强度指数法和基频比法等。
其中，地震动强度指数法是一种基于工程结构的地震反应削弱特征研究的方法，可用于对新型结构和特殊结构的抗震设计；而基频比法则是利用结构自振周期和因受力情况而产生的变化计算所需的地震加速度谱的方法，对于考虑临界性能的结构设计尤为适用。
综上所述，地震动参数取值计算是抗震设计中至关重要的环节之一。
正确地计算、评估和选定地震动参数对于保障工程结构的抗震安全和提高建筑物的可靠性具有极其重要的意义。
在过去的地震中，我们也可看出抗震设计不足会造成多人伤亡，所以合理取值计算很有必要。