建筑抗震等级、抗震设防烈度、地震震级三者之间有什么区别和联系?

建筑抗震等级、抗震设防烈度、地震震级三者之间有什么区别和联系?

地震的震级

首先要了解*基本的信息,即地震的级别。就像08汶川是8级地震。

震级:是地震大小的度量,是地震释放能量级别的对数表示。它可通过地震仪记录的地震波的幅度计算得出。

地震的震级只有一个,而且越高,说明地震释放的能量越大。在世界上,包括我国在内,绝大多数国家都采用“里氏震级”标准。

将地震想像为地下埋设了炸药,不同当量的炸药威力不同,这种炸药的威力就相当于地震的震级。

地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震影响破坏的程度。即地震时地表宏观物体破坏的程度,用“度”来表示。

可能你还是没有搞清楚。那再把炸药拿过来,把炸药引爆,炸药上部的房屋可能直接就倒了,震中区烈度*高,破坏*大;100公里以外的房子可能就是摇了摇,距震中越远,烈度越低,破坏程度也越小。

比如说,1976年唐山大地震,震中唐山的烈度为11度,天津的烈度为8度,北京为6度,石家庄为5度。通常情况下,越靠近震中*大,越远离震中越小。

你还可以想象成一个靶子,震中就是靶心10环,外边一点9环,再靠外8环。同样的地震,震中烈度可能是9度,往外50公里可能降低到8度,再往外150公里可能降低到7度。由于地形地质的不同,所以烈度的分布并不是个完*的同心圆,只是大致上遵循着越靠近震中越大的规律。

所以同一次震级的地震,可能造成不同烈度的破坏

比如说汶川地震,震中汶川的烈度为11度,茂县的烈度为10度,锦竹为9度,什邡市为8度,都江堰为7度。也就是说,越靠近震中地震烈度*大,越远离震中越小。判断烈度的大小,是根据人的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的程度,以及地面出现的破坏现象等。

实际工作中为了评定烈度的高低,制订统一的评定标准。中国均按12个烈度等级划分烈度表。

1度;无感-仅仪器能记录到;

2度;微有感-个特别敏感的人在完全静止中有感;

3度;少有感-室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动;

4度;多有感-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;惊醒-室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹

6度;惊慌-人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡;

7度;房屋损坏-房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水;

8度;建筑物破坏-房屋多有损坏,少数破坏路基塌方,地下管道破裂;

9度;建筑物普遍破坏-房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲;

10度;建筑物普遍摧毁-房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸;

11度;山川易景-房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化;

12度;毁灭-一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭;

地震烈度地震震级有严格的区别,不可互相混淆。震级代表地震本身的大小强弱,它由震源发出的地震波能量来决定,对于同一次地震只应有一个数值。烈度在同一次地震中是因地而异的,它受着当地各种自然和人为条件的影响。如果震源越浅,则烈度一般就越高。

烈度的大小与地震震级相关,但并没有明确的数值关系,而是因为其它条件的不同而不同。简单说,烈度是一个主观性比较强的参数,跟震源深浅、地震类型、地质条件等等都有关系,不同的地震会有不同的情况。正如世界上没有两片相同的叶子,世界上也没有两次相同的地震。同样都是6级地震,一个震中烈度可能是7度,另一个可能会达到8度。


抗震设防烈度

抗震设防烈度是某个地区的属性。比如说北京的抗震设防烈度是 8 度,上海的抗震设防烈度是 7 度。

这个是怎么确定的呢?一定程度上,设防烈度的制定跟设防目标相关。就拿北京来说,先统计一下历史上一定时期之内影响到北京的历次地震,看一下这些地震引起的北京地区的烈度分别是多少。比如说1976年唐山地震是6度,某某年某次地震是4度,某某年某次地震是5度……然后再利用统计学知识,根据既定的可靠度目标,比如说,让设防烈度大于这些已经发生过的地震烈度的90%,继而确定出一个设防烈度。换句话说,这种情况下,所有可能发生的地震里,我能保证有90%的实际地震烈度都小于我的这个设防烈度。

现在的抗震规范,采用的是 50 年内超越概率为 10% 的地震烈度作为抗震设防烈度。也就是说,50年之内,发生比这个设防烈度还大的地震烈度的可能性是10%。折算下来,也就是俗称的「475年一遇」。

什么意思呢?475年一遇的地震,今年发生的概率是475分之*,也就是0.211%,今年不发生的概率是1减去0.211%,也就是99.789%。50年之内都不发生这样的地震,这个概率是 99.789% 的 50次方,也就是90%。而50年之内发生这样的地震的概率,则是 1 减去 90%,等于 10%。

也就是说,我们的目标是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震,小意思,都在我们的设防范围之内,也就是俗称的「小震不坏」;500年一遇的地震,刚刚好跟我们的设防目标差不多,次要结构可能会有小范围破坏,但是主体结构不会发生大的破坏,也就是俗称的「中震可修」;1000年一遇的地震,已经超过了我们的设防目标,但是尽量通过合理的构造措施,保证结构足够的延性和塑性变形能力,争取做到房子虽然变形很大,但不会整体垮塌,保证逃生通道和逃生时间,这也就是俗称的「大震不倒」。

抗震等级

抗震等级是建筑结构的属性。比如说,这栋楼的抗震等级是一级,那栋楼的抗震等级是二级。抗震等级也可以在局部调整,比如这栋楼的抗震等级是三级,但是某一层或者某一个柱子的抗震等级是二级。

抗震等级当然跟抗震能力相关,但并不是说一级的就一定比二级的好。举个类似的例子,汽车的碰撞试验,有五星的,也有三星的,但是并不是说五星的就一定比三星的更好。一个五星的微型车,跟一个三星的大皮卡相比,孰高孰低还很难说。

抗震等级也是如此,它取决于抗震设防烈度、结构重要性、结构类型、结构高度。对于普通的钢筋混凝土结构,可以参见抗震规范里的这张表格。



比如说,上海的一栋高层住宅楼,采用剪力墙结构,高度为100米。我们就去查表,上海设防烈度为7度,抗震墙结构高度大于80米,所以是二级。再比如说,济南的一栋高层写字楼,框架核心筒。我们继续查表,济南是6度区,所以框架核心筒的框架部分是三级,核心筒部分是二级。

注意到,我们说这张表适用于「普通的钢筋混凝土结构」,也就是所谓的「丙类建筑」。目前的抗震规范,已经把中小学校舍提高到了「乙类建筑」。换言之,医院、中小学校舍等等非常重要的建筑物,需要在这张表的基础上进一步提高,一般是查表的时候提高一个烈度。

比如说,以上海为例,同样是小于24米的框架结构,如果是菜市场,那就按7度查表,也就是三级,如果是小学教学楼,那就要按7+1=8度查表,抗震等级为二级。也就是说,同一个地区、同一个结构类型、差不多高度的建筑物,中小学、医院等等通常要比菜市场、普通办公楼、住宅楼高一个抗震等级。

抗震等级有什么用呢?主要体现在结构的各种内力调整和构造措施上。

比如一级框架结构的角柱,*小配筋率需要到达1.1%,而四级的角柱,*小配筋率达到0.7%就可以了。也就是说,在计算允许的前提下,抗震等级低的结构可以用更少的钢筋。

再比如说,一级和二级框架结构的角柱,箍筋必须全高加密,而三级和四级的角柱就不需要特殊处理。

总结

  • 地震震级是地震的属性,一次地震只有一个震级。

  • 地震烈度是地震对某个地区的影响,震中高,越往外越低。震中烈度和震级有关。

  • 设防烈度可以简单理解成某个地区475年内所能发生的*强烈的地震烈度。如果实际发生的地震引起的烈度不大于设防烈度,建筑结构应该要做到不发生永*性的、不可修复的的破坏。

  • 抗震等级是建筑物的属性,越重要、越容易受地震袭击、越需要保护的建筑物,抗震等级越高,对抗震能力的要求也越高。



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