第4章　水工建筑物抗震簡介

4.1　水工建筑物的抗震設(shè)防水準(zhǔn)

不同重要性的工程，其抗震設(shè)防要求和抗震設(shè)計(jì)方法不同。所謂抗震設(shè)防，就是各類工程結(jié)構(gòu)按照規(guī)定的可靠性要求，針對可能遭遇的地震危害性所采取的工程和非工程的防御措施。合理建立水工建筑物的抗震設(shè)防水準(zhǔn)框架是進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的首要前提。水工建筑物按對其所作場址地震強(qiáng)度的預(yù)測、工程的重要性及其一旦失效造成后果的嚴(yán)重性，劃分成不同的抗震類別，據(jù)以設(shè)定建筑物的設(shè)防水準(zhǔn)和相應(yīng)的功能目標(biāo)。現(xiàn)行水工抗震設(shè)計(jì)規(guī)范劃分為甲、乙、丙、丁4類，見表4.1.1。把場址基本烈度在6度以上、1級壅水建筑物或重要泄水建筑物劃分為甲類。重要泄水建筑物是指其失效可能危及壅水建筑物安全的建筑物，例如1級拱壩的泄洪表孔、中孔或泄洪洞。

各類水工建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，分兩種情況確定。

（1）一般情況下，應(yīng)采用GB　18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》給定的基巖峰值加速度和場地特征周期（附錄B和C）進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)和施工建設(shè)，無需進(jìn)行專門的地震危險(xiǎn)性分析工作。該區(qū)劃圖對應(yīng)的是50年超越概率10%的設(shè)防水準(zhǔn)。

然而，目前現(xiàn)行的SL　203—1997《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和DL　5073—2000《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，仍以1990年頒布的中國地震烈度區(qū)劃圖所劃分的地震烈度作為水工建筑物工程場地抗震設(shè)防依據(jù)的基本指標(biāo)。水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂，已以地震動(dòng)參數(shù)（加速度和特征周期）作為一般建筑物抗震設(shè)防依據(jù)的基本指標(biāo)來取代地震烈度。

（2）基本烈度為6度或6度以上地區(qū)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(qū)壩高超過150m的大（1）型工程，其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)專門的地震危險(xiǎn)性分析提供的基巖峰值加速度反應(yīng)譜及時(shí)程來評定。

國內(nèi)外震害情況表明，水工建筑物一般從地震烈度達(dá)到7度時(shí)開始出現(xiàn)震害。因此，各國都以7度作為抗震計(jì)算和設(shè)防的起點(diǎn)。設(shè)計(jì)烈度為6度時(shí)，抗震計(jì)算不起控制作用，只需要對重要建筑物采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧ＴO(shè)計(jì)烈度為9度以上的工程，國內(nèi)外僅有個(gè)別實(shí)例，基本上未經(jīng)過設(shè)計(jì)強(qiáng)震考驗(yàn)。因此，對于設(shè)計(jì)烈度高于9度的水工建筑物或高度大于250m的壅水建筑物，需要專門研究其抗震安全性，并報(bào)主管部門審查、批準(zhǔn)。

凡專門進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析的工程，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)地震加速度代表值的概率水準(zhǔn)，對壅水（擋水）建筑物應(yīng)取基準(zhǔn)期100年內(nèi)超越概率P100為2%（意思是壅水建筑物所在場地今后100年內(nèi)發(fā)生超過設(shè)計(jì)加速度代表值的可能性不應(yīng)超過2%）；對非壅水建筑物應(yīng)取基準(zhǔn)期50年內(nèi)超越概率P50為5%。2008年汶川特大地震發(fā)生后，國內(nèi)多位水工抗震專家針對大壩的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)提出了新的觀點(diǎn)，見第9章。

下面結(jié)合上述關(guān)于水工建筑物的抗震設(shè)防水準(zhǔn)的規(guī)定，介紹相應(yīng)重現(xiàn)期TR（Return period，在同一地區(qū)某時(shí)段t內(nèi)，某一強(qiáng)度的地震動(dòng)每發(fā)生一次的平均時(shí)間間隔）的計(jì)算。

地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度及危害等均不確定，可看作一隨機(jī)過程。假設(shè)地震的發(fā)生為泊松事件（解釋參見附錄F），而場地上的地震動(dòng)是周圍的地震所造成的影響，因此，場地上的地震動(dòng)強(qiáng)度超過給定值這一事件作為隨機(jī)現(xiàn)象也可以看做一種泊松過程。其年平均發(fā)生率（Average annual occurrence rate，即某一區(qū)域內(nèi)發(fā)生地震動(dòng)強(qiáng)度大于給定下限值的地震總數(shù)與統(tǒng)計(jì)年數(shù)的比值）用表示且假定已經(jīng)求得，按照泊松過程理論，給定場地上在t年內(nèi)地震動(dòng)強(qiáng)度Y≥y發(fā)生一次以上的概率（t年內(nèi)的超越概率）與年平均發(fā)生率 的關(guān)系為

那么，年平均發(fā)生率為

地震重現(xiàn)期數(shù)值上等于地震年平均發(fā)生率λ（Y≥y）的倒數(shù)，即

若水工壅水建筑物以100年基準(zhǔn)期內(nèi)發(fā)生超過設(shè)計(jì)加速度代表值的可能性不超過2%作為抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)，下面計(jì)算對應(yīng)的重現(xiàn)期。

首先計(jì)算年發(fā)生率：

那么，重現(xiàn)期：

這表示100年期限內(nèi)設(shè)計(jì)加速度超越概率不大于2%的地震其重現(xiàn)期約為4950年，可近似取5000年。100年期限內(nèi)的超越概率不大于2%，也就是說年超越概率不大于0.02/100＝0.0002。