学习笔记 | 抗震可靠度（1）——地震烈度

谢毓寿在文献2中还指出：“为了明确说明地震强度，运用适当的物理度量是必须的，但因无仪器记录根据，地震烈度表暂未列入加速度、位移等物理度量；而且旧表中的加速度值早经证明是不正确的，美国、苏联等均已废止了地表最大加速度值，代以最大相对位移值”。王光远指出 ^[3] ：“新的中国地震烈度表”发布之时，世界范围内已发表的烈度表已有50余个，各国采用的地震烈度标准在渐趋一致；关于地震烈度的物理度量，当时比较新的地震力计算方法都要求确定“地震反应谱曲线”（位移谱、速度谱或加速度谱）。

1、地震烈度

地震烈度表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度。

一般认为，地震烈度是在缺乏测量仪器的情况下，凭地震时人们的直观感受和震后建筑物及地表等的破坏现象，来衡量地震破坏程度的一种宏观尺度。某一地区的地震烈度除与震级、震源深度、震中距、地质条件相关外，还与该地区的建筑物抗震性能相关。可见，地震烈度并非单一的定量指标，而是具有一定主观性和综合性的定性指标。

刘恢先等 ^[5] 系统总结了我国1957年《中国地震烈度区划图》后国内外相关科研成果，针对1977年烈度区划图编制，系统讨论了烈度问题，给出了如下建议：“烈度可以从两种不同角度来定义：一种是反映地震后果的，一种是反映地震作用的，前一种适宜于救灾工作，后一种适宜于预防工作，为了救灾，烈度应按地震破坏的轻重分级；为了预防，烈度应按地震破坏力的大小分级，这是很明显的道理，这两种烈度迥然不同，因此，首先应该明确的是我们需要哪种烈度。”

2、基本烈度

1977年，颁布了由国家地震局组织编制的《中国地震烈度区划图》，为充分利用我国历史地震资料，仍采用“烈度”作为划分地震危险性的分级标度。“烈度”划分以谢毓寿1957编制的“新的中国地震烈度表”为标准。为了与历史习惯和抗震规范一致，区划图上表示的烈度称为“基本烈度”，但其概念与传统内容有所不同。基本烈度是指某地区今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭受的最大烈度 ^[5] 。

基本烈度不是某一次地震影响所致的烈度，而是用统计学方法计算得来的综合烈度，即在今后若干年，这一地区可能遭遇到的最大危险烈度。冠以“基本”二字是为了与一般使用的烈度意义有别 ^[6] 。

3、设计烈度

74《抗规》规定：抗震设计所采用的烈度称为设计烈度。设计烈度应根据建筑物的重要性，在基本烈度的基础上确定：对于特别重要建筑，设计烈度相比基本烈度提高一度；对于重要建筑，设计烈度采用基本烈度；对于一般建筑，设计烈度可比基本烈度低一度 ^[7] 。相比74《抗规》，78《抗规》修改并提高了设计烈度确定原则：一般建筑物设计烈度采用基本烈度；特别重要建筑可提高一度；次要建筑可降低一度 ^[8] 。

4、设防烈度

89《抗规》规定：抗震设防烈度应按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定，一般情况下可采用基本烈度；对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防 ^[9] 。“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准设防中的“中震”对应设防烈度。

可见，由于74、78《抗规》采用单一设防水准，所以只有一个“设计烈度”；而89《抗规》之后，采用了三水准设防，所以在设防烈度的“中震”设计烈度之外，还有低于或高于设防烈度的“小震”和“大震”设计烈度。

震级是表征地震大小的物理量，通常采用体现地震释放能量的里氏震级，震级每相差一级，地震能量相差30倍左右。里氏震级于1935年由美国加州理工学院的Richter和Gutenberg创立，最初通过距离震中一定距离扭力式地震仪测量得到的最大水平位移进行标度，一般里氏震级大于3级为有感地震，大于4~5级为中强震，大于6级为强震。除里氏震级外，还有面波震级、体波震级和矩震级等震级确定方式，矩震级可有效避免其他几种震级确定方式的“饱和”问题（即强震时虽然能量增加，但震级不再提高）。

明确地震烈度与震级关系具有重要意义，一方面可以通过地震烈度估计历史地震震级，并据此给出未来地震烈度预测与区划；另一方面可通过当前发生地震震级快速评估震区可能地震烈度，为抗震救灾提供科学依据。

1986年，谢毓寿 ^[10] 系统总结了中国历史地震研究成果，指出：我国地震台站建设较晚，观测数据不能满足测定震级需要，国外可资利用台站不多；对历史地震烈度估计极少有现场实勘证据，烈度判据奇缺，史料多为道听途说，从字面理解描述易出差错。许卫晓等人 ^[11] 总结了震中烈度、震级与震源深度之间相关关系研究成果，并搜集整理了我国大陆地区1966~2014年期间的175次震级在5.0级以上的地震事件，回归得到了震中烈度与震级和震源深度的统计经验关系。

对于地震烈度与震级之间的关系研究可以总结如下：

1、地震烈度相对震级更有现实意义。我们关心地震释放的能量大小（由震级表征），但我们更关心地震可能造成的建筑破坏程度（由地震烈度表征）。

2、地震烈度相对震级更难客观量化。震级的定义相对简单清晰，并且容易不断进行科学修正，但地震烈度的定义存在复杂性，影响因素众多，甚至具有很强的主观性。

3、地震烈度区划确定具有长期困难性。进行某一地区震级的准确预测短期内不具有可能性，目前的地震烈度区划只能依据历史记录与人为判断，而地震烈度历史数据又具有强烈的模糊性。

4、地震烈度与抗震设防现状具有交叉关联性。设防烈度高的地区，建筑抗震性能会因此提高，发生相同震级地震后破坏程度会显著降低，所以地震烈度会随某一地区建筑抗震设防更新而不断动态变化。

进行地震预测及地震烈度区划的重要目的是明确建筑设计时的地震作用。从前面的讨论可以看出，令人信服地进行地震烈度区划是非常困难的，在此基础上明确地震作用也并非易事。

1985年，龚思礼 ^[12] 对各国地震区划、地震烈度与地震加速度之间的关系进行了总结，根据各国地震区划，部分国家地震分区与地震烈度相关，有的国家烈度增加一度，加速度增加一倍，如中国、苏联、南斯拉夫、萨尔瓦多、葡萄牙、委内瑞拉等；有的国家地震分区也与烈度有对应关系，但地震加速度并不成倍增加， 如印度、法国、西德、西班牙等；有的国家按半度烈度采用，加速度的增加比值不一，如罗马尼亚、奥地利等；有的国家地震分区不与地震烈度挂钩，如希腊1978规范草案分轻度、较强、强震、极震等区，日本1980年抗震设计法分A、B、C三区，美国ATC-3分1-7区，每区给出不同的加速度值。

对于地震烈度与地震作用的关系，可以总结如下：

1、各国地震区划方式、地震烈度与地震加速度之间的对应关系差异很大，即使是确定地震作用与地震烈度关系的基本原则，各国也存在显著差异；

2、地震作用的确定是否必须与地震烈度相关值得继续探讨。地震烈度的概念是模糊且复杂的，能否以震级等更加明确的物理指标作为确定地震作用的基础，值得研究；

3、地面加速度仍是表达地震作用的最直接指标。虽然也可以从地面位移、速度或能量等角度考虑地震作用，但源于牛顿第二定律的力学方法仍是我们认识建筑震害的主要科学方式，当然也同样存在从其他方向研究突破的可能性。

本期文章对地震烈度这一抗震设计最基本的概念进行了学习讨论，可以看出：

1、地震烈度的由来有着深刻的历史背景与现实考量，地震烈度的定义有较强的复杂性、模糊性与主观性；

2、地震烈度与震级存在关联却又难以明确对应关系，地震烈度区划必须予以明确，但也必将遭受长期质疑与不断更新；

3、地震作用的确定能否建立在比地震烈度更加稳固的基石之上？地震作用的表达能否有更加科学的方式？这些问题都十分有趣并且具有科学意义。

参考文献：

[1] 李善邦.中国地震区域划分圖及其說明Ⅰ.总的說明[J].地球物理学报,1957,(02):127-158.

[2] 谢毓寿.新的中国地震烈度表[J].地球物理学报,1957,(01):35-47.

[3] 王光远.论“新的中国地震烈度表”中的若干问题[J].地球物理学报,1959,(01):7-14.

[4] 刘恢先 卢荣俭 陈达生 宋雅桐.修订我国地震烈度表的一个建议方案[A].中国科学院工程力学研究所地震工程研究报告集[C]，第四集.北京：科学出版社，1981:1-13

[5] 邓起东,张裕明,环文林等.中国地震烈度区划图编制的原则和方法[J].地震学报,1980,(01): 90-110.

[6] 鄢家全.基本烈度的由来和发展[J].国际地震动态,1991,(11):13-15.

[7] TJ 11-74 工业与民用建筑抗震设计规范（试行）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1974.

[8] TJ 11-78 工业与民用建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1979.

[9] GBJ 11-89 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1989.

[10] 谢毓寿.中国的历史地震研究[J].中国地震,1986,(02):10-17.

[11] 许卫晓,杨伟松,孙景江,等.震中烈度与震级和震源深度经验关系的统计回归分析[J].自然灾害学报,2016,25(02):139-145.

[12] 龚思礼.抗震设计规范的现状和发展[J].世界地震工程,1985,(01):12-18.