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建築抗震等級、抗震設防烈度、地震震級三者之間有什麽區別和聯係?

作者:豬小寶 瀏覽: 發表時間:2022-06-06 08:21:59 來源:知乎

很多小夥伴都在網上聽到XX地震多級,XX城市設防在幾多度區間等等,那麽建築抗震等級、抗震設防烈度、地震震級三者之間有什麽區別和聯係?讓樱桃网站來一起看看吧。




一、地震震級


地震震級是某次地震的屬性,某個地震隻會有一個震級。比如1995年阪神大地震是矩震級6.8,2008年汶川地震是矩震級是7.9。



汶川大地震


注意到,可能對於某次地震,不同媒體的報道有所不同,那是因為他們采用了不同的震級標準。由於曆史原因,不同的專家學者發明過不同的震級標準,比如裏氏震級、麵波震級、體波震級等等。比如說,有些國內官方媒體采用的就是麵波震級,所以2008年汶川大地震的震級為麵波震級8.0。目前大家認為比較合理的、應用較廣泛的是矩震級。


震級是什麽意思呢?簡單說,震級衡量的是地震的大小,或者嚴謹一點,地震所釋放的能量的大小。某次地震所釋放的總能量是固定的,所以它的震級也是唯一的。


絕大多數地震是由斷層引起的,地震所釋放的能量的大小,取決於引發地震的斷層的大小、斷層兩邊相對運動的距離、斷層處的岩石強度。斷層的麵積乘以斷層移動的距離再乘以岩石的剪切模量,得到的就是Seismic Moment,也就是所謂的地震矩。這個地震矩的數值,直接反映了地震釋放能量的大小。

而矩震級就是對地震矩的衡量,這兩者之間的關係是 [公式],其中地震矩 M0的單位為牛乘以米。注意到,地震矩和矩震級之間是三分之二 log 的關係。換言之,震級大一級,地震矩變為原來的10的1.5次方倍,也就是31.6倍;震級大兩級,地震矩變為原來的31.6的平方倍,也就是 1000 倍。


簡單說,8級地震釋放的能量,是7級的31.6倍,6級的1000倍,5級的31623倍,4級的1000000倍。



二、地震烈度


地震烈度衡量的是某次地震發生之後對某個地區的影響。比如說,1976年唐山大地震,震中唐山的烈度為11度,天津的烈度為8度,北京為6度,石家莊為5度。通常情況下,越靠近震中最大,越遠離震中越小。這也很好理解,越靠近震中受影響越大,越遠離震中受影響越小


你可以想象成一個靶子,震中就是靶心10環,外邊一點9環,再靠外8環。同樣的地震,震中烈度可能是9度,往外50公裏可能降低到8度,再往外150公裏可能降低到7度。由於地形地質的不同,所以烈度的分布並不是個完美的同心圓,隻是大致上遵循著越靠近震中越大的規律。




烈度的大小與地震震級相關,但並沒有明確的數值關係,而是因為其它條件的不同而不同。簡單說,烈度是一個主觀性比較強的參數,跟震源深淺、地震類型、地質條件等等都有關係,不同的地震會有不同的情況。正如世界上沒有兩片相同的葉子,世界上也沒有兩次相同的地震。同樣都是6級地震,一個震中烈度可能是7度,另一個可能會達到8度。





三、抗震設防烈度


抗震設防烈度是某個地區的屬性。比如說北京的抗震設防烈度是 8 度,上海的抗震設防烈度是 7 度。


這個是怎麽確定的呢?一定程度上,設防烈度的製定跟設防目標相關。就拿北京來說,先統計一下曆史上一定時期之內影響到北京的曆次地震,看一下這些地震引起的北京地區的烈度分別是多少。比如說1976年唐山大地震是6度,某某年某次地震是4度,某某年某次地震是5度……然後再利用統計學知識,根據既定的可靠度目標,比如說,讓設防烈度大於這些已經發生過的地震烈度的90%,繼而確定出一個設防烈度。換句話說,這種情況下,所有可能發生的地震裏,我能保證有90%的實際地震烈度都小於我的這個設防烈度。


現在的抗震規範,采用的是 50 年內超越概率為 10% 的地震烈度作為抗震設防烈度。也就是說,50年之內,發生比這個設防烈度還大的地震烈度的可能性是10%。折算下來,也就是俗稱的「475年一遇」。

什麽意思呢?475年一遇的地震,今年發生的概率是475分之一,也就是0.211%,今年不發生的概率是1減去0.211%,也就是99.789%。50年之內都不發生這樣的地震,這個概率是 99.789% 的 50次方,也就是90%。而50年之內發生這樣的地震的概率,則是 1 減去 90%,等於 10%。


也就是說,樱桃网的目標是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震,小意思,都在樱桃丝瓜草莓绿巨人芭乐香蕉的設防範圍之內,也就是俗稱的「小震不壞」;500年一遇的地震,剛剛好跟樱桃丝瓜草莓香蕉向日葵蕾丝的設防目標差不多,次要結構可能會有小範圍破壞,但是主體結構不會發生大的破壞,也就是俗稱的「中震可修」;1000年一遇的地震,已經超過了樱桃网的設防目標,但是盡量通過合理的構造措施,保證結構足夠的延性和塑性變形能力,爭取做到房子雖然變形很大,但不會整體垮塌,保證逃生通道和逃生時間,這也就是俗稱的「大震不倒」。


關於抗震設防烈度相關政府也做了明確的規定,8度區內或重點設防區8大類類別減震需要做減震或隔震技術去抗震,這也是為建築的安全的需求注:以柔克剛的減隔震技術讓建築的抗震安全性得到成倍的提升。



四、抗震等級


抗震等級是建築結構的屬性。比如說,這棟樓的抗震等級是一級,那棟樓的抗震等級是二級。抗震等級也可以在局部調整,比如這棟樓的抗震等級是三級,但是某一層或者某一個柱子的抗震等級是二級。


抗震等級當然跟抗震能力相關,但並不是說一級的就一定比二級的好。舉個類似的例子,汽車的碰撞試驗,有五星的,也有三星的,但是並不是說五星的就一定比三星的更好。一個五星的微型車,跟一個三星的大皮卡相比,孰高孰低還很難說。


抗震等級也是如此,它取決於抗震設防烈度、結構重要性、結構類型、結構高度。對於普通的鋼筋混泥土結構,可以參見抗震規範裏的這張表格。



比如說,上海的一棟高層住宅樓,采用剪力牆結構,高度為100米。樱桃丝瓜草莓绿巨人芭乐香蕉就去查表,上海設防烈度為7度,抗震牆結構高度大於80米,所以是二級。再比如說,濟南的一棟高層寫字樓,框架核心筒。樱桃丝瓜草莓香蕉向日葵蕾丝繼續查表,濟南是6度區,所以框架核心筒的框架部分是三級,核心筒部分是二級。


注意到,樱桃丝瓜草莓香蕉向日葵蕾丝說這張表適用於「普通的鋼筋混凝土結構」,也就是所謂的「丙類建築」。目前的抗震規範,已經把中小學校舍提高到了「乙類建築」。換言之,醫院、中小學校舍等等非常重要的建築物,需要在這張表的基礎上進一步提高,一般是查表的時候提高一個烈度。


比如說,以上海為例,同樣是小於24米的框架結構,如果是菜市場,那就按7度查表,也就是三級,如果是小學教學樓,那就要按7+1=8度查表,抗震等級為二級。也就是說,同一個地區、同一個結構類型、差不多高度的建築物,中小學、醫院等等通常要比菜市場、普通辦公樓、住宅樓高一個抗震等級。


抗震等級有什麽用呢?主要體現在結構的各種內力調整和構造措施上。



比如一級框架結構的角柱,最小配筋率需要到達1.1%,而四級的角柱,最小配筋率達到0.7%就可以了。也就是說,在計算允許的前提下,抗震等級低的結構可以用更少的鋼筋。



五、總結


  • 地震震級是地震的屬性,一次地震隻有一個震級。
  • 地震烈度是地震對某個地區的影響,震中高,越往外越低。震中烈度和震級有關。
  • 設防烈度可以簡單理解成某個地區475年內所能發生的最強烈的地震烈度。如果實際發生的地震引起的烈度不大於設防烈度,建築結構應該要做到不發生永久性的、不可修複的破壞。
  • 抗震等級是建築物的屬性,越重要、越容易受地震襲擊、越需要保護的建築物,抗震等級越高,對抗震能力的要求也越高。


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