建筑抗震设防标准优化方法的基础研究

贾博涵

摘 要：众所周知地震灾害一旦发生，带来的影响将是较为严重的，并且其伤害范围也会逐渐拓展，无论是经济还是生命安全都将受到直接威胁。因此，而建筑作为人们工作及生活的必要场所，其抗震性能的不断提升也就显得至关重要。从当前形势来看，我国各个地区都在建筑工程中融入了应急指挥措施，这就能在一定程度上对地震灾害进行抵挡，但是循环性的资金支持却是我国经济实力难以达到的硬性指标。因此，这就需要在寻求经济投入最少的路径上，平衡地震损失及抗震措施之间的依存关系。

关键词：建筑抗震设防；标准优化；基础研究

我国地质环境本身就较为复杂，这就使得地震发生频率普遍较高，相对的建筑抗震设防难度也就随之增加。以此为前提，我国地震活动一旦发生，就会伴随较大振幅，带来的人员伤亡也是较为严重的。通常情况下可以通过相关措施，减轻地震灾害带来的不利影响，其中最为关键的就是优化建筑抗震设防标准结构，使其整体抗震性能不断提升，因此，这就需要将建筑结构建设与抗震设防标准进行有机结合，在提升用户满意度的同时，创建更加安定和谐的社会环境。

一、建筑抗震设防标准优化模型的建立

设防标准的制定可以说是一项极为重要的指标性建设内容，其中不仅包含各项设防参数，设防环境更是不可缺少的组成部分。但是在标准制定过程中却需要注意，设防标准虽然存在一定的界限范畴，但是并不是标准越高，达到的抗震效果就越好，这是因为建筑工程在设定抗震设防指标时，并不是一项独立的标准项目，其涵盖的内容是多方面的，这就必然需要增加投资比重，通常情况下的设防有效年限在50年之内，但是地震发生却并不能受到人为控制，具有较强的随机性，也可以说地震在不同地区的发生概率并不高，在对设防标准进行投资时，其能效发挥都是在地震发生时，其应用价值也是在这一过程中得到细化体现的。

因此不难发现，如果设防标准的投资力度过大，资金损耗问题就会相对发生，但是设防标准过低，将难以对地震灾害进行有效抵挡，不仅经济损失得不到有效控制，用户生命安全更不会得到基本保障。因此，建筑抗震设防标准设定需要与建筑结构进行充分融合，只有确保二者协调统一，才能从整体上提升建筑抗震设防水平，最大化的避免经济损失及人员伤亡，在这一过程中应用资金也能够得到精准控制，使其既能为建筑安全提供基础保障，又能以最合理的资金投入获得最佳收益，因此，建筑结构中的抗震设防标准的决策实际上涵盖了较多设防参数、目标方向也需要作出综合衡量等等，也可以说设防标准优化方法的核心就是以动态为基准的决策问题。

1. 最优模型的基本变量

设防参数是指在考虑工程抗震设防时，采用哪种物理量来进行抗震设防。目前国内外常用的参数是烈度和地震动参数。近年来，越来越多的国家抗震规范采用地震动参数做为设防参数，并将烈度区划改为地震动参数区划，采用烈度区划的只有少数几个国家，可以说，用地震动参数取代烈度是大势所趋。原因如下：烈度是一个比较粗糙的量，它不单纯代表设防环境的强度，还包含着对过去建筑物的易损性的量度；烈度的确定包含了许多人为主观因素的影响，同一地区，不同的人所确定的烈度也会差别很大；烈度一般是不以连续量的形式表示的，与地震动的关系跳跃性很大。此外，将烈度转换成抗震设计的地震动参数是比较复杂的，統计离散程度也很大。

2. 最优模型的目标函数

最优模型是要在所有可能的方案中找出最满意的方案，在抗震设防标准的最优决策模型中，目标函数应当最大限度地反映设防原则和设防目标的要求，即：期望的总损失最小；工程造价最小；抗震设防后的长远效益最大。但是，要想减少地震灾害损失，就需要对结构和工程进行抗震设防来提高其抗震能力，如增加构造措施、加大构件截面等，这势必就提高了工程结构的原有造价，增加了抗震设防的投入，因此，仅使潜在损失最小或仅使工程造价增量最小作为决策模型的目标函数是不合理的。本文研究的最优模型的合理的目标函数是指按照某一设防加速度建造的工程结构的抗震投入与该结构在不同地震作用下的期望损失之和为最小，才能在地震作用下的损失和抗震投入之间取得最佳平衡，从而确定合理的抗震设防标准。

3. 最优模型的约束条件

根据上节确定的最优模型是在经济上确立的损失与投入之间的最佳的平衡，但在实际的工程中，必须要考虑到下面的因素即地震后的人员死亡人数不能超过社会的可接受水平。 地震所特有的瞬时突发性和发震的复杂性使地震时不可避免地会造成严重的经济损失和重大的人员伤亡。在抗震设防标准的研究中，人员死亡率是评价设防标准无法回避却又难以解决的问题。最优的设防标准不应当是追求最小的死亡率，而是应当控制人员死亡率在社会可接受的水平之内。

二、地震危险性分析

所谓地震危险性是指一定地区在未来一段时间内可能发生破坏性地震的危险程度，即是指某一场地在一定时期内可能遭受的地震作用的大小和频次，一般是用地震烈度或地震动参数来表示。地震危险性是对地震这种自然事件本身的描述，它刻画了与地震有关的危险自然现象的潜在可能。它是造成地震灾害的原因，提供了可能造成损失的外力。目前进行地震危险性分析常将地震地质和地震的基本资料进行综合研究，估计可能发生地震的强度、频度和烈度等。与地震危险性有关的因素，有该地区的地质块体的稳定性，与地震活动有关的活动断裂带分布及活动情况，以及外区大地震对本区的最大影响烈度。

现在国际用于评定地震危险性的时间范围多采用 50 年或 100年。地震危险性的研究与评定是进行地震烈度区划的主要依据，其实质是对一个地区作长期的地震预报。地震危险性分析即为对未来某个地区中将要遭受地震烈度的大小或不同地震动水平的地震的概率进行预测估计的工作。地震危险性分析是进行建筑物地震灾害风险估计的基础之一，因为同样重要性类别的建筑物采取相同的抗震措施，当位于不同地震危险性地区时，其抗震能力的差别会很大，其面临的风险也会有很大差别。一般地，工程抗震包括地震危险性分析、结构抗震和制定设防标准三部分工作。

地震危险性分析是编制地震区划图的基础，而地震区划图是表示未来一定市区内不同地点的地震危险性程度（地震发生的时间、地点、强度、参数等）的图件，也是抗震设防的主要依据。此外，在研究一个地区未来可能遭受的地震损失时，也需要使用本地区的地震危险性资料来确定假想地震，进而估计地震的损失，因此地震危险性分析也是研究地震损失的基础。在以“工程抗震投入与地震作用下的期望损失之和最小”为目标函数来制定工程抗震设防标准时，需要地震危险性分析的结果——不同地震动水平（如地震动的峰值加速度）的发生概率，还要估计该地震动水平下的损失。因此地震危险性分析更是制定抗震设防标准不可缺少的一个环节。

参考文献：

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[3] 郏晨. 探析如何优化建筑抗震结构设计[J]. 建筑工程技术与设计， 2016（4）.