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设计地震荷载是怎样确定的？
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直接作用在结构上随时间而变化的荷载有很多种：
有建筑内部转动机械所产生的周期荷载——这是有特殊使用要求的一部分建筑物或结构物；
冲击荷载，爆炸荷载——如飞机撞击一个核电站，虽然这种时间的几率很小，但因为其后果的严重性，在设计中是要必须考虑的；
海洋平台等结构的波浪力，等等。
但总体看来地震作用是其最主要的最复杂的荷载。
地震由于位于某断层一定体积的岩石突然释放能量而产生，震源有一定深度且离场地很远。即使地震发生机制和地震波传播到场地的路径资料很清楚——实际上是不可能做到这一点的，要详细地模拟它仍然是不可能的。因为这个区域的尺寸跟结构相比实在太大，而其包含的不确定因素太多，这使得分析整个地震震源问题没有什么意义。
但是，在一定条件下是可以考虑且必须考虑的。受当今地震工程科学水平所限，只允许考虑场地条件对地震输入运动的影响。那么，我们通常是怎么做的呢？
第一步，确定位于自由场表面控制点的地震动。这个自由场表面，可以是建造建筑物之前未经开挖的场地，也可以是附近一定范围之内的场地，总之能够做到有效表征且具说服力的场地。这个地震动，一般取随时间变化的加速度。这一点不但是现行抗震设计规范，还是科研阶段或者是针对具体建筑使用的是程分析法，取加速度都比较方便。为了做到这一点，就要评价这一区域的震害情况，由结构工程师或有关部门确定可以接受的概率。前一个，取得震害情况，是不是得到每一次地震之后的地震烈度分布图？经过研究我们知道，I是随着距离R和震级M有一个衰减关系，得到这么一个关系I=y2（M，R）；另外，我们前面说过，经过无数次现场震害和地震记录的研究，我们发现地震烈度I和地震动A有一个关系，设为 I=y1（A）；前面两个都是经验公式，地震工程也好，土木工程也好，本来就是很依赖经验和工程实践的学科，所以这两个关系是可靠实用的。通过上面的关系，我们就有这样一个关系A=y（M，R）。
好了，现在我们根据历史地震、地质构造、断层活动性评价和地震记录分析等等在全国范围曾经发生地震的地方得到了上面这三个关系式，得到了一个全国历史地震烈度分布图（这个图你可以想象一下，就好比是全年全国范围降雨分布图，降雨多的地方那黑点就是密密麻麻地，呵呵）。现在你是相关结构工程师或有关部门决策者，你怎么做？你得根据各地的经济水平结合这地图有一个大体的对策标准，这个标准的体现就是设防烈度。
这个设防烈度还决定于前面那个可以接受的概率。这个概率反映在结构整个使用年限内超出设计地震的程度，概率的大小取决于结构的种类。比如核电站，医院或消防队，学校这些建筑。前者是一旦被地震破坏后果很严重，这个概率值取得很小；后两者一个是灾难发生之后的承接场所，一个是人口分布密度大的场所，相应的概率值取得稍大一点，但要小于一般建筑。这样，相应在初步的设防烈度上提高，提高的标准具体而定。
对于核电站这样重要的结构，还要专门确定表征地震动的三个参数：地震峰值加速度，地震持续时间和频率成分。这些由专门的地震工作者根据以往的历史地震、震源机制、传播路径、当地地质条件和场地的土质条件、潜在震源和构造等等，做一个评估。这就是现在很多人在做的安评了，主要用的就是前面那三个关系式按照这个思路做。这个只不过是是把整个过程正对特殊的建筑重新走了一遍，且因为建筑物的重要性因而考虑得更细致而已。大家想要了解这方面的资料，可以找做安平的筒子们要一下。
再给大家推荐一本书，胡聿贤院士的《地震工程学》，这本书把我国地震设防和规范的设定思路讲解得非常清楚。有志于结构设计和抗震研究走的更远的同仁们，应该要看懂这本书。我的这一系列帖子大部分是这本书的看书笔记和我自己科研心得的私货，^_^。
需要说明的是，这个过程有太多的不确定因素，而且现阶段的很多研究也都不是很成熟，故此欢迎大家热烈讨论，勤奋拍砖。
https://blog.sciencenet.cn/blog-456941-357632.html
上一篇：关于抗震设计规范‘设计地震分组’的讨论
下一篇：一点点说明
有建筑内部转动机械所产生的周期荷载——这是有特殊使用要求的一部分建筑物或结构物；
冲击荷载，爆炸荷载——如飞机撞击一个核电站，虽然这种时间的几率很小，但因为其后果的严重性，在设计中是要必须考虑的；
海洋平台等结构的波浪力，等等。
但总体看来地震作用是其最主要的最复杂的荷载。
地震由于位于某断层一定体积的岩石突然释放能量而产生，震源有一定深度且离场地很远。即使地震发生机制和地震波传播到场地的路径资料很清楚——实际上是不可能做到这一点的，要详细地模拟它仍然是不可能的。因为这个区域的尺寸跟结构相比实在太大，而其包含的不确定因素太多，这使得分析整个地震震源问题没有什么意义。
但是，在一定条件下是可以考虑且必须考虑的。受当今地震工程科学水平所限，只允许考虑场地条件对地震输入运动的影响。那么，我们通常是怎么做的呢？
第一步，确定位于自由场表面控制点的地震动。这个自由场表面，可以是建造建筑物之前未经开挖的场地，也可以是附近一定范围之内的场地，总之能够做到有效表征且具说服力的场地。这个地震动，一般取随时间变化的加速度。这一点不但是现行抗震设计规范，还是科研阶段或者是针对具体建筑使用的是程分析法，取加速度都比较方便。为了做到这一点，就要评价这一区域的震害情况，由结构工程师或有关部门确定可以接受的概率。前一个，取得震害情况，是不是得到每一次地震之后的地震烈度分布图？经过研究我们知道，I是随着距离R和震级M有一个衰减关系，得到这么一个关系I=y2（M，R）；另外，我们前面说过，经过无数次现场震害和地震记录的研究，我们发现地震烈度I和地震动A有一个关系，设为 I=y1（A）；前面两个都是经验公式，地震工程也好，土木工程也好，本来就是很依赖经验和工程实践的学科，所以这两个关系是可靠实用的。通过上面的关系，我们就有这样一个关系A=y（M，R）。
好了，现在我们根据历史地震、地质构造、断层活动性评价和地震记录分析等等在全国范围曾经发生地震的地方得到了上面这三个关系式，得到了一个全国历史地震烈度分布图（这个图你可以想象一下，就好比是全年全国范围降雨分布图，降雨多的地方那黑点就是密密麻麻地，呵呵）。现在你是相关结构工程师或有关部门决策者，你怎么做？你得根据各地的经济水平结合这地图有一个大体的对策标准，这个标准的体现就是设防烈度。
这个设防烈度还决定于前面那个可以接受的概率。这个概率反映在结构整个使用年限内超出设计地震的程度，概率的大小取决于结构的种类。比如核电站，医院或消防队，学校这些建筑。前者是一旦被地震破坏后果很严重，这个概率值取得很小；后两者一个是灾难发生之后的承接场所，一个是人口分布密度大的场所，相应的概率值取得稍大一点，但要小于一般建筑。这样，相应在初步的设防烈度上提高，提高的标准具体而定。
对于核电站这样重要的结构，还要专门确定表征地震动的三个参数：地震峰值加速度，地震持续时间和频率成分。这些由专门的地震工作者根据以往的历史地震、震源机制、传播路径、当地地质条件和场地的土质条件、潜在震源和构造等等，做一个评估。这就是现在很多人在做的安评了，主要用的就是前面那三个关系式按照这个思路做。这个只不过是是把整个过程正对特殊的建筑重新走了一遍，且因为建筑物的重要性因而考虑得更细致而已。大家想要了解这方面的资料，可以找做安平的筒子们要一下。
再给大家推荐一本书，胡聿贤院士的《地震工程学》，这本书把我国地震设防和规范的设定思路讲解得非常清楚。有志于结构设计和抗震研究走的更远的同仁们，应该要看懂这本书。我的这一系列帖子大部分是这本书的看书笔记和我自己科研心得的私货，^_^。
需要说明的是，这个过程有太多的不确定因素，而且现阶段的很多研究也都不是很成熟，故此欢迎大家热烈讨论，勤奋拍砖。
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