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美标IBC和UBC地震参数与国标抗震设防烈度对应关系探讨

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

赵辉 王辉 占三军

摘? 要:该文通过对IBC地震参数Ss、S1、PGA,UBC地震分区系数,GB设防烈度及各规范相应场地类别进行分析探讨,将IBC和UBC地震计算参数和分区系数与GB规定的有效峰值加速度及抗震设防烈度进行对比分析,找到其对应关系,以便在海外工程前期项目中能根据标书采用的美标参数快速确定相应的GB抗震设防烈度,为项目工程量及概算造价提供依据。

关键词:峰值加速度? 地震分区? 抗震设防烈度

中图分类号:TU352 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0043-03

Abstract: In this paper, the IBC seismic parameters Ss, S1, PGA, UBC seismic partition coefficient, Seismic precautionary intensity and the corresponding site categories of each standard are discussed.The seismic calculation parameters of IBC and the seismic partition coefficient of UBC are compared with effective peak acceleration and seismic precautionary intensity of GB. Then found the corresponding relationship, so that the corresponding seismic precautionary intensity can be quickly determined according to the American standard parameters adopted by the tender in the overseas project, which provides the basis for the project quantity calculating of building materials and the estimated cost.

Key Words: Peak acceleration; Seismic partition; Seismic precautionary intensity

目前,国内常规火电项目建设市场规模越来越小,众多电力建设企业为了生存和发展,纷纷将目光投向了海外市场。对电力勘测设计企业而言,在海外项目设计中遇到的最主要技术问题就是标准问题。海外市场主要以欧美日发达国家标准为主导,要想真正在海外市场站稳脚跟,熟悉海外标准、扫清技术障碍是必须要过的一关。抗震设计是结构设计中的重要一环,现有设计院以往设计成果和经验多数为国标设计经验,在项目前期深入设计前,设计人员往往将海外地震计算简化对比国标的抗震设防烈度进行分析和工程量预估。但不同的标准体系其相应参数无法精确对比,使设计人员需要凭借经验进行套用。

1? 国标抗震设计加速度及抗震设防烈度

按照GB规范《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗规》)规定,所有房屋建筑均应达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标,同时多遇地震、设防地震和罕遇地震分别为50年超越概率63%、10%和2%~3%的地震,或重现期分别为50年、475年和1600~2400年的地震[1]。《抗规》及《中国地震动参数区划图》中相应的成果参照场地为国标的Ⅱ类场地,5%阻尼反应谱确定。

根据《抗规》规定,建筑所在地区遭受的地震影响,应采用相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速度,此处设防烈度作用水准为50年超越概率10%。同时,规范中给出了抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系,具体见表1。另根据规范的条文说明,设计基本地震加速度与抗震设防烈度的对应关系即来源于建设部1992年7月3日颁发的建标[1992]419号《关于统一抗震设计规范地面运动加速度设计取值的通知》文件[1]。其取值与《中国地震动参数区划图》GB 18306-2015所规定的“地震动峰值加速度”相当。同时,《抗规》中指出,设计基本地震加速度值即與地震动峰值加速度相当,设防烈度可根据峰值加速度值确定,表1为地震动峰值加速度与地震烈度对照表。

根据《抗规》条文说明可知,加速度的有效峰值可按地震加速度最大值采用,即地震影响系数最大值除以放大系数2.25得到。根据此条,设计中标准加速度反应谱的短周期平台段反应加速度值与地面峰值加速度的比值可取为2.25[3]。同时根据《中国地震动参数区划图》GB 18306-2015,地震动峰值加速度分区值所采用的峰值加速度可按阻尼比5%的规准化地震动加速度反应谱最大值的1/2.5倍确定。

2? IBC抗震设计参数分析

根据美国标准IBC定义,IBC中地震设计重现期基于MCE确定,MCE的设计重现期是2500年,也就是50年超越概率2%,并以MCE作为全国地震动参数区划图(Ss、S1)绘制的基本地震作用水准[4]。但根据IBC进行抗震设计时加速度值仅取MCE的2/3作为基准设防地震作用强度SDS=2/3Ss、SD1=2/3S1进行计算[5]。IBC中地震区划图均参照的美标B类场地,5%阻尼反应谱。

研究表明,2500年一遇地震效应的2/3所对应的50年超越概率为5%~10%,其中美国西部强震地区接近5%,中东部弱震地区约为10%,这是满足美国地震特征情况的。根据我国国家地震局的研究成果,设计中标准加速度反应谱的短周期平台段反应加速度值与地面峰值加速度的比值应取为2.5,此时阻尼比取0.05[3]。若采用此数值,可近似地将短周期加速度Ss除以2.5,并取其2/3与中国标准峰值加速度进行对比。

3? UBC地震分区分析

根据美国标准UBC定义,其采用的是50年超越概率10%,及地震设计重现期是475年[5]。UBC中地震分区系数Z和估算有效峰值加速度值(无量纲量)保持一致。根据UBC规定,不同地震分区的分区系数Z值关系见表2。

因此,UBC不同地震分区可根据分区系数与GB中地震动峰值加速度做近似参考,并对应相应的抗震设防烈度。IBC中地震区划图均参照的美标B类场地,5%阻尼反应谱。

4? IBC短周期加速度、UBC地震分区与国标抗震设防烈度对比分析

中国抗震设防的目标是3个水准即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。美国抗震设计的目标是建筑结构应该包含完整的水平与竖向力抵抗体系,来提供足够的强度、刚度与能量耗散能力,以抵抗设计地面运动且满足变形与强度要求。

《中国地震动参数区划图》中相应的成果参照场地为国标的Ⅱ类场地,5%阻尼反应谱;而IBC和UBC中地震区划图均参照的美标B类场地,5%阻尼反应谱。美标中B类场地(岩石)属《抗规》中Ⅰ类场地,根据《抗规》,认为场地类别不改变反应谱加速度平台的值,及认为Ⅰ、Ⅱ类场地的有效峰值加速度系数相等[7]。

当采用美标IBC加速度和UBC地震分区,对比中国《抗规》进行前期项目工程量初步估算时,可对IBC和UBC中相关参数进行估算对比《抗规》的有效峰值加速度,并估测抗震设防烈度。当按照IBC相关参数进行对比时,可采用两种方法:一是当给出地面峰值加速度PGA时可取PGA加速度的2/3,当按照短周期加速度Ss计算时,可利用Ss除以2.5,取其2/3,并最终与《抗规》的有效峰值加速度对比;二是可根据地面峰值加速度PGA或短周期加速度Ss的1/2.5倍,分别与《抗规》中罕遇地震最大加速度对比,并查表可知对应设防地震有效峰值加速度。笔者认为采用后者较前者更加准确,因地震参数的研究是利用实际收集的大量数据进行分析,美标IBC中抗震设计加速度取MCE的2/3也为经验统计分析结果,因此,可直接利用两规范中大震的最大加速度进行对比。若利用UBC地震分区进行对比时,可直接采用分区系数与《抗规》的峰值加速度进行对比。最终得出表3各规范地震参数指标对应表。

5? 结语

该文对IBC、UBC抗震设计参数、地震分区及《抗规》的抗震设防加速度与抗震设防烈度进行了对比分析,提出了各规范地震参数指标的对应关系。但文中总结的对比方法仅用于前期项目做初步、概念性的判断抗震设防,并估算工程量作为概算依据,不可直接应用于工程设计。考虑到各规范在荷载计算、抗震计算、构造措施等各方面的差异,具体设计当中应以采用的设计标准为准。

参考文献

[1] GB50011-2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[2] GB 18306-2015,中国地震动参数区划图[S].

[3] 郭雙清.地震危险性评估基本思路及高地震风险区中美框架结构抗震性能分析[D].重庆大学,2009.

[4] International Building Code[S].Falls Church,VA: International Code Council,2000.

[5] 邵辉.美国设计规范IBC2000和UBC97对抗震设计的差异浅析[J].医药工程设计,2009,30(4):53-56.

[6] Uniform Building Code 1997[S].Washington,D.C.: International Conference of building Officials,1997.

[7] 李剑.中美抗震规范的地震作用计算与钢筋混凝土结构抗震措施的比较研究[D].中国建筑科学研究院结构所,2005.

[8] 李启宏,李明,胡俊杰.美标规范抗震设计基本输入参数先容[J].城市建筑,2016(30):96-97.

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