4-4 抗震

我國受環太平洋地震帶及歐亞地震帶的影響，地震活動頻繁，歷史上曾多次發生災害性大地震，對人民生命財產和社會經濟造成了巨大的損失，全國大部分地區為抗震設防區，且近期又處于地震活動的上升期，因此，需要重視水工建筑物的抗震設計。

4-4-1 《水工混凝土結構設計規范》 SL 191—2008

a） 13.1.2 結構的抗震驗算，應符合下列規定：

1 設計烈度為6度時的鋼筋混凝土構件（建造于Ⅳ類場地上較高的高聳結構除外），可不進行截面抗震驗算，但應符合本章的抗震措施及配筋構造要求。

2 設計烈度為6度時建造于Ⅳ類場地上較高的高聳結構，設計烈度為7度和7度以上的鋼筋混凝土結構，應進行截面抗震驗算。

【摘編說明】

（1）鑒于近數十年來，有些基本烈度為6度的地震區發生了較大的地震。因此，6度地震區的水工建筑物也必須考慮抗震構造要求及抗震措施。

（2）對于設計烈度為6度Ⅳ類場地上較高的高聳結構，其地震影響系數有可能高于同一結構在設計烈度為7度Ⅱ類場地條件下的地震影響系數，因此要求對這類條件下的高聳結構仍應進行結構抗震驗算和構件的抗震承載力計算。

【檢查要點和方法】

（1）結構抗震設計時，有關結構整體的抗震規劃、場地的選擇以及地震作用的計算等均應根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）、《水工建筑物抗震設計規范》（SL 203—97）的有關規定進行。

（2）鋼筋混凝土構件抗震設計時，無論是否進行截面抗震驗算，均應根據建筑物的設計烈度提出相應的抗震驗算要求、抗震措施和配筋構造要求。

4-4-2 《水工建筑物抗震設計規范》SL 203—97

為做好水工建筑物的抗震設計，減輕地震破壞及防止次生災害，按《中國地震烈度區劃圖（1990）》的規定，對《水工建筑物抗震設計規范》（SD J10—78）進行修訂，制定本標準。本標準主要適用于設計烈度為6度、7度、8度、9度的1級、2級、3級的水工建筑物的抗震設計。

a） 1.0.4 水工建筑物工程場地地震烈度或基巖峰值加速度，應根據工程規模和區域地震地質條件按下列規定確定：

2 基本烈度為6度及6度以上地區的壩高超過200m或庫容大于100億m³的大型工程，以及基本烈度為7度及7度以上地區壩高超過150m的大（1）型工程，應根據專門的地震危險性分析提供的基巖峰值加速度超越概率成果，按本規范1.0.6的規定取值。

b） 1.0.5 水工建筑物的工程抗震設防類別應根據其重要性和工程場地基本烈度按表1.0.5的規定確定。

c） 1.0.6 各類水工建筑物抗震設計的設計烈度或設計地震加速度代表值應按下列規定確定：

1 一般采用基本烈度作為設計烈度。

2 工程抗震設防類別為甲類的水工建筑物，可根據其遭受強震影響的危害性，在基本烈度基礎上提高1度作為設計烈度。

3 凡按本規范1.0.4作專門的地震危險性分析的工程，其設計地震加速度代表值的概率水準，對壅水建筑物應取基準期100年內超越概率P₁₀₀為0.02，對非壅水建筑物應取基準期50年內超越概率P₅₀為0.05。

4 其他特殊情況需要采用高于基本烈度的設計烈度時，應經主管部門批準。

5 施工期的短暫狀況，可不與地震作用組合；空庫時，如需要考慮地震作用時，可將設計地震加速度代表值減半進行抗震設計。

d） 1.0.9 設計烈度為8、9度時，工程抗震設防類別為甲類的水工建筑物，應進行動力試驗驗證，并提出強震觀測設計，必要時，在施工期宜設場地效應臺陣，以監測可能發生的強震；工程抗震設防類別為乙類的水工建筑物，宜滿足類似要求。

【摘編說明】

（1）地震的震級和地震烈度。地震的震級和烈度是反應地震特性和地震影響的兩個不同的概念。地震震級用來表示一次地震的規模大小。一次地震的震級是根據地震時所釋放的總能量來確定的。設E是地震時所釋放的總能量（單位為爾格），地震震級為M，則E和M的關系一般可表示為：

logE=11.8+1.5M

目前國際上比較通用的震級標準為里氏震級，它以標準地震儀所記錄的最大地動位移A（即振幅，以μm計）的常用對數值來表示一次地震的震級，其表達式是：

M=logA

我國地震的震級按里氏震級標準劃分，最大震級一般不超過9級。

一次地震只有一個震級。一般來說，小于2級的地震人們感覺不到，稱為微震。2～4級的地震稱為有感地震；5級以上的地震就會在震中區附近引起不同程度的破壞，統稱為破壞性地震；7級以上的為強烈地震和大地震；8級以上為特大地震。到目前為止所記錄的世界上最大的地震是1960年5月22日發生在智利的8.9級特大地震，1976年的我國唐山地震為7.6級，2008年的汶川地震為8.0級，2011年的日本福島地震為8.7級。

地震烈度是指地震區地表運動的危害性及建筑物的破壞程度。這是工程師進行抗震設計時最為關心的。目前，地震烈度還沒有合適的定量標準，一般是根據宏觀現象，例如人的感覺、物體反應、建筑物的破壞程度和自然現象等因素來確定地震烈度。不同國家烈度的劃分也不同。例如日本采用0～7度的8度制，少數的歐洲國家采用10度制，而絕大多數國家（包括俄羅斯、美國等）均采用12度制。我國將地震烈度分為12度，6度以上的為有害地震。根據建筑物所處地區的歷史震害調查和近代地震觀測記錄，可以劃分地區的基本烈度。嚴格來講，地震基本烈度一般是指該地區在今后50年內可能遭遇的較大地震，其超越概率在10%左右。我國目前仍以地震烈度作為各類工程抗震設防依據的基本指標，基本烈度是對未來地震的一種中長期預測。

（2）地震危險性分析。地震危險性分析是對特定地區確定未來一定時期內地震動參數超過某一定值的概率。

地震的發生在時間、空間和強度上都是隨機的，地震波的傳播也是一個具有許多不確定性因素的復雜過程。因此，地震危險性分析不僅要考慮發生地震大小的分布規律，而且需考慮時間上發生次數的分布規律，以及在空間上一定范圍內不同距離的震源對特定場地地震效應的影響。地震危險性分析主要內容和基本步驟為：

1）通常在以壩址為中心的300km半徑的工作范圍內，根據地質、地震條件確定潛在震源并選擇合適的震級上限。

2）根據歷史地震資料，計算各潛在震源不同震級地震的發生率，并選擇地震發生次數的概率模型。目前廣泛采用的是假定地震發生在時間和空間上都是獨立的，同一地點同一時間發生兩次地震的概率為零的均勻泊松模型。

3）由強震記錄和歷史地震等震級資料，確定從震源到壩址場地地震動參數的衰減規律。

4）按概率理論估計發生一次或多次地震對給定場地的危險性，包括衰減規律的不確定性的校正。

5）綜合各潛在震源影響得出給定場地總的地震危險性，最終給出不同年超越概率或設計基準期內不同超越概率相對應的地震動參數曲線圖表。

《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001）和《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487—2008）均有相關規定，對重大工程、特殊工程、可能產生嚴重次生災害的工程應進行專門的地震危險性評價工作。

在我國，地震危險性分析方法首先在20世紀80年代初應用于二灘水電工程。近年來，在建和擬建中的重大水利水電工程幾乎都進行了專門的地震危險性評定工作。在這些分析成果中，除小浪底工程采用一般場地土外，其他都直接以基巖峰值加速度作為地震動參數，給出經過衰減規律不確定性校正過的年超越概率曲線，而且，許多工程還同時給出烈度或概率反應譜曲線的年超越概率曲線。

（3） 地震基本烈度和設計烈度。從工程抗震角度對水工建筑物劃分工程抗震設防類別的目的是，根據工程重要性和場地地震基本烈度對各類建筑物確定設計烈度，選擇抗震計算中地震作用效應的計算方法和調整重要性系數。工程抗震設防類別的劃分和GB 50199—94中的結構安全級別相協調。

1）對于一般水利工程，基本烈度按《中國地震烈度區劃圖（1990）》確定，其概率水平為50年基準期的超越概率10%，相應的地震重現期為475年。

2）對于像1級壅水建筑物這類極端重要的工程，由于一旦遭受重大震害而失事，將導致不堪設想的嚴重后果。同時也考慮到當前國內外地震預報工作尚處于發展階段，而我國近幾十年來有多次大震發生在預期的低烈度區的實際情況，因此，工程抗震設防類別為甲類的水工建筑物，在基本烈度的基礎上提高1度作為設計烈度。

3）在專門的地震危險性分析中，設計地震的概率水準是根據對已有的重要水利水電工程地震危險性分析結果進行校準后確定的；其確定超越概率的期限和GB 50199—94中規定的各類建筑物的設計基準期相一致。

4）建筑物地震設防標準的高低直接影響其安全標準的確定，地震設防標準過高，會提高其安全標準，加大工程量，影響建筑物的造價，應經主管部門批準。

5）相對于運用期而言，施工期時間較短暫，遇到地震的幾率要小得多，因此，施工期可不與地震作用組合；空庫時，可將設計地震加速度代表值減半進行抗震設計。

（4） 強震觀測設計。大型水工建筑物如遭受震害，修復困難，應作為設防重點。水工建筑物大多數結構復雜，體積龐大，涉及結構和地基的動力相互作用、結構和庫水的動力流固耦合影響等。目前，在抗震計算中還難以完全了解結構的地震破壞機理和確切反映復雜的實際條件。因此，國內外對高烈度區的重要水工建筑物都要求對抗震計算進行動力模型試驗驗證，并提出壩體的強震觀測設計。這對于確保工程抗震安全、提高抗震設計水平是必需的。對某些水工建筑物，試驗驗證和強震觀測不僅應針對結構本身，如對拱壩等結構，還應重視壩肩和壩基巖體等對結構抗震安全性至關重要的部位。

【檢查要點和方法】

在執行SL 203—97相關強制性條文時，應注意以下問題：

SL 203—97是按《中國地震烈度區劃圖（1990）》規定編制的，而《中國地震動參數區劃圖》GB 18306—2001，直接采用地震動參數《地震動峰值加速度和地震反應譜特征周期》，不再采用地震基本烈度。現行有關標準中涉及地震基本烈度概念的，應進行逐步修正。在 SL 203—97尚未修訂之前，可參照下述方法確定地震動參數和地震基本烈度：

（1）抗震設計驗算直接采用GB 18306—2001提供的地震動參數。

（2）當涉及地基處理、構造措施或其他防震減災措施時，地震基本烈度數值可由GB 18306—2001查取地震動峰值加速度并按表4-6確定，也可根據需要作更細致的劃分。

【案例分析】

紫坪鋪水利樞紐總庫容11.12億m³，為Ⅰ等大 （1）型工程。2008年5月12日汶川發生里氏8級大地震，震中距離紫坪鋪水利樞紐工程約17.7km，地震導致樞紐工程各類建筑物和設備發生不同程度的震損震害。汶川地震后，國家地震部門于2008年6月頒布了GB 18306—2001國家標準第1號修改單《四川、甘肅、陜西部分地區地震動峰值加速度區劃圖》。工程區地震動峰值加速度為0.20g，相當于地震基本烈度8度。2009年3月，中國地震局地震預測研究所又對工程區地震危險性進行評價，復核結論：50年超越概率10%基巖水平動峰值加速度為0.185g，地震基本烈度為8度；基準期100年超越概率2%地震動峰值加速度為0.392g，作為工程震損除險加固的基本依據。

4-4-3 《水工建筑物強震動安全監測技術規范》 SL 486—2011

a） 1.0.3 下列情況應設置強震動安全監測臺陣：

1 設計烈度為7度及以上的1級大壩、8度及以上的2級大壩，應設置結構反應臺陣。

【摘編說明】

我國缺少水工建筑物地震強震動記錄，預先在水工建筑物上設置強震結構反應臺陣，一旦發生強震，可以自動獲取加速度記錄，進行及時分析和快速震害等級評估，采取應急措施，達到減災、防災的目的。規定應設置強震安全監測臺陣的條件，考慮了以下因素：

（1）我國水利工程數量多，不可能對所有水工建筑物都設置強震安全監測臺陣。因此，只選擇在地震影響較大區域的重要建筑物進行設置，故規定設計烈度為7度及以上的1級大壩、8度及以上的2級大壩應設置結構反應臺陣。

（2）單個水利工程設置的結構反應臺陣應與國家強震安全監測臺相聯系，以作為國家強震安全監測網的組成部分。

【檢查要點和方法】

設計烈度為7度及以上的1級大壩、8度及以上的2級大壩是否設置了結構反應臺陣。