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   地震安全性评价的重要意义
   发布时间:2017年6月1日      查看:0 次
                    地震安全性评价的重要意义
  一、历史的教训
    破坏性地震是一种严重危及人类生命和财产安全的突发性自然灾害。虽然在全球每年发生的约500万次地震中仅有数次或十数次地震能够对人类造成危害,但所造成的人员和财产损失却十分巨大。据不完全统计,20世纪破坏性地震造成了世界上约150万人的死亡,同时地震造成大量建构筑物被毁、交通中断、水火、爆炸等次生灾害,经济损失十分巨大。
    地震造成人员伤亡与经济损失的严重程度往往取决于多方面的因素。地震的震级、发生地点、发生时刻、震源深度、地震类型,地表或断层的破裂规模,抗震设防情况,建构筑物的质量、场地条件,次生灾害的种类与规模,以及地震预报的水平、人类防灾减灾意识的高低,经济发展规模等等对地震灾害损失的大。
    地震造成人员伤亡与经济损失的严重程度往往取决于多方面的因素。地震的震级、发生地点、发生时刻、震源深度、地震类型,地表或断层的破裂规模,抗震设防情况,建构筑物的质量、场地条件,次生灾害的种类与规模,以及地震预报的水平、人类防灾减灾意识的高低,经济发展规模等等对地震灾害损失的大小。通常情况下,震级越大,其造成的损失也将越大。但在人烟稀少地区即使地震震级很大也不一定就会造成大的灾难。例如2001年11月14日发生在我国青海-新疆交界地区的8.1级地震,由于发生在无人区基本未造成人员伤亡。另外还有1960年厄瓜多尔西部海域8.9级地震和1933年日本三陆近海8.9级地震,还有1951年和1997年我国的西藏当雄8级地震及玛尼7.5级地震等,均未给人类造成大的灾难。然而,有些地震虽然震级较小,但若发生在人口稠密、经济发达的地区,受场地条件的、设防水平等因素的影响,也可造成较大的灾难。比如1960年2月29日摩洛哥艾加迪尔城5.8级地震曾造成两万多人伤亡;绝大多数现代化商业区建筑和住宅区房屋全部或严重毁坏,经济损失达惨重。再如1972年12月尼加拉瓜6.2级地震,死亡1.2万人,经济损失10亿美元;1979年我国溧阳6级地震,死亡42人,伤3千余人,损失2亿元人民币;1993年9月印度6.2级地震,死亡3万人;1999年哥伦比亚亚美尼亚市5.7级地震,伤亡6.7千人;孟加拉南部4.2级地震,伤亡200余人;希腊雅典5.9级地震,死亡88人,伤24人。
    发生在人口稠密、经济发达地区的地震损失大小总体上与建构筑物是否采取了合理的抗震设计以及建设质量的优劣密切相关。国内外一些震例说明结构抗震是减轻地震灾害损失的有效途径。最显著的震例为智利康塞普西翁市在1835年、1939年和1960年三次特大地震袭击中所遭受的破坏情况。在1835年的地震中,该城被夷为一片废墟;1939年地震造成房倒屋塌,死伤数万人;在此之后该市对建筑物实行了合理的抗震设防,结果在1960年发生8.3级地震时,新建房屋大都完好,特别是该城的一座现代化炼钢厂,由于建设时采取了许多抗震措施,地震时损失轻微,震后不到一星期即恢复了生产。而我国河北邢台和山西大同阳高等地区分别在1966年、1989年遭遇6.8级、6.1级强烈地震的袭击,造成严重人员伤亡和房屋破坏,在震后恢复重建时两地都采用了合理的抗震设防措施,结果在1981年和1996年两地分别再次发生5.8级破坏性地震时,震区建筑物损失极小。近年来在日本、土耳其、巴基斯坦以及我国大陆、台湾等地发生的一系列大地震也表明合理的抗震设计对减小建筑物损坏程度、减轻地震灾害作用明显。
    二、国内外抗震设计规范沿革
    在一批科技先驱如虎克[虎克定律发现者](1635-1703)、杨[杨氏模量发现者](1773-1829)、Robert Mallet(1810-1881)、John Milne(1850-1913)、James Ewing(1855-1935)、Thomas Gray(1850-1908)的不懈努力下,"地震工程学"经历了从无到有的过程。之后,世界上被政府聘为地震学教授的首批科学家Milne Ewing、Gray以及日本的Seikei Sekeya(1855-1896)、现代地震学奠基人大森教授(1868-1923)等1880年创立了世界上第一个地震专业学会-日本地震学会,它同时也是世界上第一个国家级地震工程学会(国际地震工程联合会则是由各国国家地震工程学会组成的)。在19世纪末20世纪初,世界上发生的一系列著名大地震-1891年日本名古屋地震、1906年旧金山地震、特别是1908年的意大利大地震(摧毁了墨西拿城及其周边地区,夺去了83000人的生命),催生了建筑物结构抗震设计。
政府通过颁布规范、法规的形式干预抗震工作大体开始于19世纪末20世纪初。但随着地震以及计算科学技术的发展,抗震设计规范经历了一系列更趋于科学合理的变化。目前,如何使建筑物能够有效地抵御强烈地震的袭击,减轻地震灾害已为世界越来越多的国家政府所重视,抗震设计规范大都以法令、法规的形式颁布。下面简单给出了美国、日本和中国抗震设计规范的历史沿革。
美国:
1906年旧金山地震后,规定房屋按146公斤/米2侧力设计。
1927年统一房屋规范第一版。K=0.075~0.10。
1932年比奥特提出地震反应谱的概念。
1933年菲尔德法令、赖利法令、洛山矶房屋条令生效。
1935年统一房屋规范,K=0.08(软地基)或0.16(硬地基)。
1941年菲尔德法令生效。
1943年洛山矶房屋规范生效。
1946年统一房屋规范,按地区调整K值。
1952年侧力委员会提出底部剪力和多层地震惯性力规定。
1957年加州SEAOC(加州结构工程师协会)制订全州适用的抗震设计规范。
1961年统一房屋规范采用SEAOC-1959规定。
1963~1971年,SEAOC多次修订有关规定。
1972年洛山矶颁布抗震设计暂行规定,对53米以下无刚度不规则建筑采用静力分析,对其它建筑采用动力分析法。对重要建筑提高地震力50%。
1973年ATC-3(实用技术委员会)"详细抗震设计规定"提出。
1974年SEAOC进一步修改,考虑地震动分区,结构类型,土壤系数,场地卓越周期等因素,加大地震系数,提出重要建筑、特殊建筑要进行动力分析。
1976年房屋规范采用SEAOC1974年建议。
1977年发表ATC3-6。
1980年洛山矶修订抗震规范,提出对高于53米的建筑均应进行动力反应分析,输入地震动过程应根据土壤、地质、地震报告,对给定的场地进行估计。
1980年至今,美国对抗震规范进行了不断的改进,详细请查阅http://www.eeri.org。特别是ACI 318(美国混凝土学会负责编制美国混凝土设计规范的委员会)近年来开展了大量工作,许多内容被《新房屋及其它结构的抗震法规的建议条款》(1997版)、ICC(国际规范委员会)的"IBC 2000国际房屋建筑规范2000"、《国家地震灾害减轻计划》等规范和法规所采纳。
日本:
1915年提出静力震度法,建议结构设计水平力为结构重量的K(K<1)倍。
1922年内藤按震度法设计加固房屋,并且经历了1923年关东大地震的考验。
1924年颁布"市街地建筑物法",采用震度K=0.1。
1931年规范限制房屋高度小于31米。
1933年日本建筑学会出版钢筋混凝土设计规范。提出刚架在水平地震力作用下的分析方法。
1941-43年"建筑物耐震构造要项"发表,提出极限设计法,提高建筑物上部的震度。
1944年采用极限设计法。
1950年公布建筑基准法,替代1924年以来的规范并适用于全国。抗震规范采用JES3001,规定K=0.2,对16米以上的房屋增大震度,每4米增加0.01。软土地基上K取0.3;房屋突出物K取0.3。
1951年发表"关于震度折减"建议,将全国地震分为三个区采用不同的折减系数;将地基分为四类,将建筑物分为四种类型。
1952年建设省通告1074号采用"关于震度折减"的规定。该规定沿用到1981年。
1953~1967年水道设施抗震规定、国铁土木构造物设计标准、钢道路桥抗震设计标准、大坝设计标准、港湾工事设计标准等相继出台。
1967年"高层建筑技术指针(增补修正案)"发表,第一次明确提出反应谱设计法,提出按场地调整动力放大系数的范围。
1973年发表钢筋混凝土结构的动力抗震设计法。
1977年《新耐震设计法(草案)》发表。
1979年建设省设立"耐震设计基准委员会",研究应采用的新耐震设计法(草案)施行令、该草案的社会影响以及实现的可能性。
1980年公布《改订建筑设计法施行令》
1981年6月新耐震设计法正式生效。《日本建筑结构抗震设计条例》实施。
1983年日本建筑学会发表《高强螺栓结合设计与施工指南》
1987年日本建筑学会发表《钢骨钢筋混凝土结构计算标准》
1990《钢管构造设计施工指针》发表。
1998 日本建筑学会发表AIJ98《钢构造限界状态设计指针》《钢结构塑性设计规范》
中国:
1955年翻译出版前苏联《地震区建筑规范ΠСΠ-101-51》
1956编制第一张地震区划图,未正式使用。
1957年提出新的烈度表。
1959年提出第一个抗震设计规范草案,但后来被搁置。
1964年提出第二个抗震设计规范草案"地震区建筑设计规范(草案)"。因无全国地震区划图,仅用若干重要城市的基本烈度作参考。对场地影响,采用调整反应谱的方法处理。场地分类采用多物理指标分类法。考虑地震系数。地震力计算采用静力法和反应谱法。
1972年提出工业与民用建筑抗震设计规范,广泛征求意见。
1974年第一部正式批准的抗震设计规范《工业与民用建筑抗震设计规范TJ11-74(试行)》发表。该规范规定按场地土调整反应谱,场地土类别分为三类。地震荷载计算采用等效静力法和振型分解法,提出砂土液化判别标准。
1977《工业与民用建筑抗震鉴定标准TJ22-77》被批准试行。
1978工业与民用建筑抗震设计规范修订版《工业与民用建筑抗震设计规范TJ11-78》发表。《水工建筑物抗震设计规范SDJ10-78》批准试行。煤炭工业抗震设计规定试行。
1982~1988建筑科学研究院对TJ11-78进行修订。
1982 室外煤气热力工程设施抗震鉴定标准 GBJ44-82发表。
1987 铁路工程抗震设计规范 GBJ111-87实施。
1988 工业构筑物抗震鉴定标准 GBJ117-88出版。
1989对《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ 11-78进行了修订,改名为《建筑抗震设计规范》GBJ 11-89,定为国家标准。
    1990 《建筑抗震设计规范》GBJ 11-89,定为国家标准施行。本规范共分十一章和七个附录。修订的主要内容有:增加了对6度地震区房屋的抗震设计要求,提出了体现抗震设计原则的强度验算和变形验算的二阶段设计要求,采用了以概率理论基础的结构抗震验算表达式,修改了场地分类标准、设计反应谱和设计地震作用的取值,改进了饱和土液化判别和抗液化措施。补充了结构的抗震概念设计规定、抗震分析方法及提高各类建筑的整体性、构件的变形能力和吸能能力的各项抗震措施,还增加了砌块房屋、钢结构单层厂房和土、木、石房屋抗震设计的有关章节。规范规定其必须与按1984中国家批准发布的《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84制订、修订的《建筑结构荷载规落》GBJ9-87及国家各种建筑结构设计标准、规范配套使用,不得与未按GBJ68-84制订、修订的国家各种建筑结构设计标准、规范混用。
公路工程抗震设计规范JTJ004-89实施。中国地震烈度区划图(1990)发表。
1993 构筑物抗震设计规范GB50191-93实施。
1995建筑抗震鉴定标准, GB50023-95实施。
1996电力设施抗震设计规范GB50260-96实施。
1997 水工建筑物抗震设计规范DL5073-1997、核电厂抗震设计规范GB50267-97
实施。
2001中国地震动参数区划图颁布实施。
2001 建筑抗震设计规范GB50011-2001实施。
2003《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032-2003国家标准实施。
    三、我国进一步加强防震减灾的措施
    上节可见,随着科学技术发展水平的进步,抗震设计规范也在不断的发展和完善。世界各国政府十分重视对地震灾害的防御,力求能够将最新科学研究成果及时有效地应用于抗震设计,最大限度地抵御强烈地震的袭击,减轻地震灾害。特别是我国,最近十多年来,修订颁布了连续修订了建筑抗震设计规范以及一些行业抗震设计规范。并且,为了能够确保这些规范的严格执行,于1998年颁布了《中华人民共和国防震减灾法》。
    该法于1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过,1998年3月施行,共包括七章四十八条。该法规定新建、扩建、改建建设工程,必须达到抗震设防要求。除重大建设工程外,所有建设工程,必须按照国家颁布的地震烈度区划图或者地震动参数区划图规定的抗震设防要求,进行抗震设防。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程,必须进行地震安全性评价;并根据地震安全性评价的结果,确定抗震设防要求,进行抗震设防。另外,2001年11月15日,以中华人民共和国国务院第323号令的形式公布、并要求2002年1月1日起开始施行的《地震安全性评价管理条例》条例对地震安全性评价单位的资质、需要进行专门的地震安全性评价的工程范围及要求、地震安全性评价报告的审定进行了进一步的规定。按照《中华人民共和国防震减灾法》的规定,一般工业与民用建筑,可以直接采用《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2001)的地震动参数进行抗震设防;而一些工程建设场地则需要进行专门的地震安全性评价工作。需要进行地震安全性评价工作的工程和地区主要有:
(一)《防震减灾法》第十七条和《地震安全性评价管理条例》第十一条规定的重大建设工程、可能发生严重次生灾害的建设工程、核电站和核设施建设工程;以及省、自治区、自辖市认为对本行政区域有重大价值或者有重大影响的其他建设工程。
(二)位于地震动参数区划分界线附近的新建、扩建、改建建设工程;
(三)某些地震研究程度和资料详细程度较差的边远地区;
(四)位于复杂工程地质条件的大城市、大型厂矿企业、长距离生命线工程以及新建开发区等。
    四、地震安全性评价的重要意义
    按照有关规范和规定,对具体建设场址区开展地震安全性评价工作,将可以得到比《中国地震动参数区划图(2001)》更精确合理、经济可靠的抗震设防依据。经过审定的地震安全性评价结果,可作为各类新建、扩建、改建建设工程的抗震设防要求、大型厂矿企业、大城市和经济建设开发区的可行性研究、规划设计以及制定防震减灾对策的科学依据。
中国地震动参数区划图GB18306-2001使用规定明确指出,附录A、B的比例尺为1:400万,不能放大使用。较小的比例尺决定了该标准的工作精度。我们知道,一个地区不同场地的土壤类型、场地条件以及地震构造环境复杂多变,即便是统一种场地土类型,其物理参数也会随着地理位置的变化有较大的差别,同一条活动构造不同段落其活动性也有明显差异,GB18306-2001不可能提供具体详细的设计地震动参数。况且,由于地震地质、地震活动性研究存在地域上的很大的不均衡,使得该标准只能提供一个地区平均意义下的结果。这种结果对于建设规划以及大量的一般工业与民用建筑的抗震设防具有指导性意义,但对于工程将不适用:1)抗震设防标准的不同。一些重要工程要求较高的设防标准,而GB18306-2001提供的50年超越概率10%的设防水准不适用;2)设防标准和具体场地条件不符。而这种不符可能使得设防过高或过低,留下隐患或者造成投资浪费;3)位于地震动参数分界线附近,依据GB18306-2001标准不能够准确设防参数。这主要该标准地震动参数等值线划分较粗造成的,而等值线的划分是和工作精度相对应的,不能随意内插。4)跨越不同地震动参数区域的工程、位于复杂工程地质条件区域的大城市、大型厂矿企业、长距离生命线工程以及新建开发区等。对这些工程,只有通过场地地震安全性评价,才能获得更精确合理、经济可靠的抗震设防依据。而只有按照这样的依据进行抗震设防,才能够做到科学、合理,既不盲目提高设防水准而增加投资,也不会因为设防不合理而为工程留下隐患。
    联合国秘书长安南在国际减灾十年活动论坛开幕式上讲话指出,"防御不仅比灾后救助更人道,而且代价更低"。依法进行建设工程抗震设防和地震安全性评价,为建设工程提供科学、安全和合理的抗震设防依据,对最大限度地减轻地震灾害损失,保护人民生命财产的安全,保障改革、发展、稳定的大局具有重要意义。
    回顾二十世纪的地震历史,浮现在人们眼前的是一幅幅地震破坏的惨烈景象和人类面对灾难表现出的顽强不屈的抗争画面。地震使一些城市变成了废墟,但人类依靠聪明才智和不断发展的先进科学技术,把倒下的城市又重新建成了繁华的现代化都市。越来越多的实例表明,人类通过科学合理的抗震设防等措施,能够在一定或较大程度上避免地震的毁灭性打击,达到有效减灾目的。我们坚信,地震虽然是不可避免的,但它所造成的灾害是可以大大减轻的,甚至是可以避免的。

    

 

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