地震动参数
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。
设计地震动参数
设计地震动参数
地震动参数是指描述地震动力学特征的一组参数，常用的地震动参数包括峰值加速度、短周期峰值加速度、峰值速度、峰值位移等。
1. 峰值加速度（Peak Ground Acceleration, PGA）是地震时地面振动产生的最大加速度值，通常以gal（重力加速度单位）或m/s²表示。
2. 短周期峰值加速度（Short-Period Peak Ground Acceleration, SP-PGA）是指在较短周期范围内的地震加速度峰值，常用于描述高频地震动，单位同样为gal或m/s²。
3. 峰值速度（Peak Ground Velocity, PGV）是地震时地面振动产生的最大速度值，通常以cm/s表示。
4. 峰值位移（Peak Ground Displacement, PGD）是地震时地面振动产生的最大位移值，通常以cm或m表示。
这些地震动参数可通过地震观测数据进行计算和测定，对于地震工程设计和地震灾害评估具有重要意义。
在设计中，地震动参数的选择应根据工程的地震烈度要求以及地震动的时程特征进行合理确定。
美国标准中的地震动参数概念(中英文对照)
Design earthquakes. The design earthquakes for hydraulic structures are the OBE and the MDE.设计地震：水工结构的设计地震有OBE和MDE，即运行基准地震和最大设计地震。
The actual levels of ground motions for these earthquakes depend on the type of hydraulic structure under consideration, and are specified in the seismic design guidance provided for a particular structure in conjunction with ER 1110-2-1806.地震动参数的实际取值跟水工建筑物的类型有关，具体可参照ER 1110-2-1806。
(1) Operating basis earthquake (OBE). The OBE is an earthquake that can reasonably be expected to occur within the service life of the project, that is, with a 50 percent probability of exceedance during the service life. The associated performance requirement is that the project function with little or no damage, and without interruption of function.运行基准地震（OBE）：OBE是指在工程的服务生命周期中可能合理预期发生的地震，即在工程生命周期中超过50%的发生概率，在该地震作用下，工程的相关性能要求几乎没有或没有破坏，工程的相关功能没有中断。
场地地震动参数的确定
6.4 场地地震动参数的确定1 场地地震动参数值（1） 场地地表地震动加速度峰值由各场地计算点的每个超越概率下三个不同相位地震动时程输入时计算得到的地表地震加速度峰值。
考虑到场地地层不均匀性，取各场地计算点不同时程加速度峰值平均值较大点结果作为该工程场地设计地震动加速度峰值，结果见表6.3.1。
鉴于50年超越概率为63%的地表设计加速度峰值较小，建议采用50年超越概率为10%的地表设计加速度峰值的三分之一作为设计用值，即分别为35.52/厘米秒，30.82/厘米秒。
（2） 场地设计地震动加速度反应谱根据地震动反应谱计算结果分别将计算点按5%阻尼比50年超越概率为63%、10%和2%对反应谱进行综合，参考建筑抗震规范取值形式及安全、经济的原则，考虑到本工程高层建筑特点，在近建筑物卓越周期附近反应谱值的衰减有所控制，设计地震加速度反应谱取如下形式：(0.04)()g c T T Tββββ⎧⎪⎪-⎪⎨⎪⎪⎪⎩m 0m m 1(-1)1+(T -0.04)（T ）= 000.040.046g g T s s T T T T T T T s≤≤≤≤p p pT 为反应谱周期；0g T T 、为反应谱拐点周期；β（T ）为周期T 时的反应谱值；m β为反应谱最大值；C 为衰减指数。
依据该反应谱的形式和图6.3.1中反应谱曲线确定各场地设计反应谱各参数。
图6.3.1中折线即为标定的设计反应谱曲线，场地地表的设计反应谱参数见表6.4.1，max α为地震影响系数。
2结果分析本次工作地震动参数确定的50年超越概率为10%的结果与由《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》确定该工程设计基本地震加速度（0.05g）相比较高，主要原因为获得了对沧口断裂活动性新研究成果的认识，增加了沧口潜在震源区，突出了近场区的地震危险性贡献。
设计地震分组（第二组，0.40s）有所差别主要原因是建筑物不同地层对基岩谱放大结果所致。
地震动峰值加速度与地震烈度
地震动峰值加速度与地震烈度
地震动峰值加速度和地震烈度是描述地震强度的两个重要参数，它们之间存在一定的关系：
地震动峰值加速度（Peak Ground Acceleration，PGA）：地震动峰值加速度是指地震时地面上某点的加速度达到的最大值。
PGA通常以单位重力加速度g（9.8 m/s^2）为基准来表示，例如，PGA=0.3g表示地震时的最大加速度是地球重力加速度的0.3倍。
1．地震烈度（Seismic Intensity）：地震烈度是描述地震强度大小的参数，通常用来表示地震对地面造成的破坏程度。
地震烈度采用罗马数字表示，常用的地震烈度标度包括MSK（Medvedev-Sponheuer-Karnik）烈度、MMI （Modified Mercalli Intensity）烈度等。
2．地震动峰值加速度与地震烈度之间的关系可以通过经验公式或统计分析得到。
一般来说，地震动峰值加速度越大，对应的地震烈度也会越高，即地震动峰值加速度和地震烈度之间存在正相关关系。
需要注意的是，地震烈度还受到地震震源距离、场地条件等因素的影响，因此地震动峰值加速度和地震烈度之间的关系并不是线性的，而是受到多种因素综合影响的结果。
在地震工程和地震灾害研究中，通常会综合考虑地震动峰值加速度和地震烈度等参数，以评估地震对结构和场地的影响程度。
场地地震动参数的确定
6.4 场地地震动参数的确定1 场地地震动参数值（1） 场地地表地震动加速度峰值由各场地计算点的每个超越概率下三个不同相位地震动时程输入时计算得到的地表地震加速度峰值。
考虑到场地地层不均匀性，取各场地计算点不同时程加速度峰值平均值较大点结果作为该工程场地设计地震动加速度峰值，结果见表6.3.1。
鉴于50年超越概率为63%的地表设计加速度峰值较小，建议采用50年超越概率为10%的地表设计加速度峰值的三分之一作为设计用值，即分别为35.52/厘米秒，30.82/厘米秒。
（2） 场地设计地震动加速度反应谱根据地震动反应谱计算结果分别将计算点按5%阻尼比50年超越概率为63%、10%和2%对反应谱进行综合，参考建筑抗震规范取值形式及安全、经济的原则，考虑到本工程高层建筑特点，在近建筑物卓越周期附近反应谱值的衰减有所控制，设计地震加速度反应谱取如下形式：(0.04)()g c T T Tββββ⎧⎪⎪-⎪⎨⎪⎪⎪⎩m 0m m 1(-1)1+(T -0.04)（T ）=000.040.046g g T s s T T T T T T T s≤≤≤≤T 为反应谱周期；0g T T 、为反应谱拐点周期；β（T ）为周期T 时的反应谱值；m β为反应谱最大值；C 为衰减指数。
依据该反应谱的形式和图6.3.1中反应谱曲线确定各场地设计反应谱各参数。
图6.3.1中折线即为标定的设计反应谱曲线，场地地表的设计反应谱参数见表6.4.1，max α为地震影响系数。
2结果分析本次工作地震动参数确定的50年超越概率为10%的结果与由《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》确定该工程设计基本地震加速度（0.05g）相比较高，主要原因为获得了对沧口断裂活动性新研究成果的认识，增加了沧口潜在震源区，突出了近场区的地震危险性贡献。
设计地震分组（第二组，0.40s）有所差别主要原因是建筑物不同地层对基岩谱放大结果所致。
3场地地震动时程合成结果对归准的5%阻尼比的50年超越概率水平为63%、2%场地设计反应谱依据以上强度包络函数分别合成了不同场地三个不同相位的地表加速度时程共12条，如图6.4.1、6.4.2。
中国地震动参数区划对地震建筑设计的指导与要求
中国地震动参数区划对地震建筑设计的指导与要求地震是一种自然灾害，给人们的生命财产造成了巨大的威胁。
为了保护人们的生命安全和减少地震对建筑物造成的破坏，中国建筑设计规范中引入了地震动参数区划的概念，对地震建筑设计提出了具体的指导和要求。
本文将详细探讨中国地震动参数区划对地震建筑设计的指导和要求，以及其在实际工程设计中的应用。
一、中国地震动参数区划的背景中国地处世界上最为活跃的地震带之一，地震频繁且强度较大。
为了保证建筑物在发生地震时能够抵御地震力的作用，中国建筑设计规范引入了地震动参数区划的概念。
地震动参数区划是根据地震波传播特性和建筑物所处地震烈度区进行划分，将地震作用的参数分为几类，以便为地震建筑设计提供准确的依据。
二、地震动参数区划的指导与要求地震建筑设计是指在地震力作用下，通过充分考虑建筑结构的地震抗震性能，使建筑能够在地震中保持安全完好的设计方法。
地震动参数区划对地震建筑设计提出了以下几方面的指导与要求：1. 设计地震分组根据建筑物所在地区的地震烈度、地震波传播特性等因素，将全国分为不同的地震分区，并将建筑物分为若干个地震设计分组。
这样能够更好地对不同地区和不同类型的建筑物进行地震设计，提高建筑物的地震抗震性能。
2. 地震基本烈度根据建筑物所处地区的地震烈度，确定设计时所采用的地震基本烈度参数。
地震基本烈度是指当地震设计峰值地面加速度等于地震基本烈度时，建筑物在地震作用下的变形和破坏情况。
通过确定地震基本烈度参数，可以合理地确定建筑物的抗震设防水平，保证建筑物在地震中的安全性。
3. 地震设计加速度地震设计加速度是指建筑物在设计地震作用下所承受的加速度。
地震动参数区划根据地震烈度和建筑物的重要性等因素，对不同地区和不同类型的建筑物，提出了相应的地震设计加速度要求。
地震设计加速度是地震建筑设计中的重要参数，对于不同类型的建筑物，其地震设计加速度有不同的要求。
4. 地震设计响应谱地震设计响应谱是指在地震作用下，建筑物结构的受力情况随时间变化的曲线图。
中国地震动参数区划图(GB 18306-2001)
附录 A
（标准的附录）
中国地震动峰值加速度区划图（见图A1）
附录 B
（标准的附录）
中国地震动反应谱特征周期区划图（见图B1）
附录 C
地震定反应谱特征周期调整表（见表C1）
附录 D
（提示的附录）
关于地震基本烈度向地震动参数过渡的说明
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。
现行有关技术标准中涉及地震基本烈度概念的，应逐步修正。
在技术标准等尚未修订（包括局部修订）之前，可以参照下述方法确定：
A）抗震设计验算直接采用本标准提供的地震动参数；
B）当涉及地基处理、构造措施或其他防震减灾措施时，地震基本烈度数值可由本标准查取地震动峰值加速度并按表D1确定，也可根据需要做更细致的划分。
表D1 地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表。
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峰值
地震动幅值是地震振动强度的表示，通常以峰值表示的最多，如峰值加速度、峰值速度。
峰值是指地震动的最大值。
地震动峰值的大小反应了地震过程中某一时刻地震动的最大强度，它直接反映了地震力及其产生的振动能量和引起结构地震变形的大小，是地震对结构影响大小的尺度。
在以烈度为基础作为抗震设防标准时，往往以相应的烈度换算成相应的峰值加速度，例如，中国地震烈度（1980）规定，烈度与峰值加速度和速度的对应关系：建设部（1992）419号文规定了烈度为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ时，设计时取对应的峰值加速度平均值分别为：0.1，0.2，0.4，0.8g。
反应谱
地震动频谱特性就是强震地面运动对具有不同自振周期的结构的响应，反应谱是工程抗震用来表示地动频谱的一种特有的方式，这是由于它是通过单自由度体系的反应来定义的，容易为工程界所接受。
反应谱S（T，ξ）的定义是：具有同一阻尼比ξ的一系列单自由度体系（其自振周期为Ti，i=1，2，…N）的最大反应绝对值S（Ti，ξ）与周期Ti的关系，即S （Ti，ξ），有时也写为S（T）。
或者说干具有相同阻尼特性的，但结构周期不同的单自由度体系，在某一地震作用下的最大反应。
反应谱的形状随a（t）而变，近震小震坚硬场地上的地震动a（t）的反应谱峰值在高频部分，远震大震软厚场地上的a（t）的反应谱峰值在低频部分。
震害经验表明：小震近震近坚硬场地上的地震动容易使刚性结构产生震害，而大震软厚场地上的地震动容易使高柔结构产生震害。
这一规律从地震动的频谱特性去理解就很容易解释，前一种地震动的高频比较丰富，而后一种则以底频含量较强，由于共振效应，前者易使高频结构受到破坏，后者易使底频结构受损。
强震持时
强地震动的持续时间在震害及对结构的影响，主要发生在结构反应进入非线性化之后，持时的增加使出现较大永久变形的概率提高，持时愈长，则反应愈大，产生震害的积累效应。
对一般工业民用建筑的抗震设计，利用地震动幅值（强度）就行了，但对重大工程、特殊工程，仅有幅值不行，需要考虑持续时间。