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学习笔记 | 抗震可靠度（3）——抗震可靠度

结构先声 · 公众号 · · 2025-04-08 17:00

正文

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上期文章从《抗规》规定与解释、规范规定溯源、问题讨论等角度对小震、大震的由来进行了学习讨论，得到如下结论：

1、89《抗规》给出了多遇地震烈度（小震）和罕遇地震烈度（大震）水准，是对78《抗规》只存在基本烈度（中震）水准的改进与完善；

2、小震、大震烈度水准的确定，是依据当时的地震危险分析方法与数据，采用众值烈度以及将基本烈度提高约1度的方式得到，进而得到小震与大震的超越概率及地震作用参数；

3、小震、中震与大震三个地震烈度水准的基础理论、观测数据及相关参数均存在继续进步空间，也应该吸收近四十年来的相关成果给予改进。

我们曾用四期文章讨论过可靠性（度）理论的由来、发展历史和关键问题，本期文章再进一步学习讨论抗震设计的可靠度问题。

一、基于可靠度的抗震设计

与其他系列标准规范类似，89《抗规》根据84《统一标准》要求，采用极限状态设计方法实现了基于可靠度抗震设计。相关背景研究如下：

董伟民等 ^[1] 1983年对地震作用下的结构可靠度进行了研究，指出当时我国大部分设计规范正按《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84 （试行）要求进行修改，把结构安全度问题置于概率基础上用可靠度表达。文献1将地震危险性分析和结构可靠度分析连贯起来进行抗震结构可靠度分析。高小旺等 ^[2] 1985年基于我国65个城市的地震危险分析数据，确认地震烈度的概率分布用极值III型分布拟合（地震烈度5度以下不必考虑，并存在最大12度烈度上界），地震作用（地震峰值加速度）的概率分布用极值II型分布拟合（尾部为二项式分布），并进一步得到结构基底剪力的条件概率分布及其统计参数。韦承基等 ^[3] 1986年指出采用概率理论为基础的分析方法，就有可能对各种烈度条件下结构破坏进行概率评价，结构在多发的中、小地震作用下完成基本处于弹性状态的功能和相应的承载能力极限状态，在罕遇的强烈地震作用下完成不倒塌的功能和相应的变形能力或综合变形能力的极限状态。

可以看出，地震作用下的结构可靠度问题，不仅要回答基本烈度地震作用下结构的安全问题，还要最终回答罕遇烈度地震作用下结构的倒塌概率问题。78《抗规》所采用的强度安全系数中震设计方法是无法对上述问题进行明确回答的。所以89《抗规》确立了“三水准设防、两阶段设计”，根本原因是可以将可靠度理论应用于抗震设计。第一阶段小震弹性承载力能力设计，给出的是结构进入塑性状态的概率，并不反映结构破坏倒塌概率；第二阶段大震弹塑性变形验算，体现结构破坏倒塌概率。

二 、小震不坏的可靠度

高小旺等 ^[4] 1988年总结了相关研究成果，最终导出了89《抗规》中基于可靠度理论的小震承载能力设计地震作用分项系数、抗力的抗震调整系数以及荷载组合系数。文献4指出，应将地震作用作为可变作用（6度区为偶然作用），通过地震危险性分析确定地震作用概率分布模型与统计参数，据此运用一次二阶矩法（非线性问题的等效线性化概率统计方法）得到地震作用下承载能力的可靠指标。构件内力组合得到设计值时，永久荷载分项系数取 1.2，由于永久荷载与地震作用标准值的比值存在各种可能变化，所以地震作用分项系数将会是变化的。通过分项系数设计表达式与目标可靠指标设计表达式求出的结构抗力标准值总体误差最小，可以将地震作用分项系数固定下来，最终的地震作用分项系数为1.3。需要我们引起重视的是，2021版《抗震通规》和2024版10《抗标》根据2018《可靠性标准》将永久作用与可变作用（含风荷载）分项系数由 1.2、1.4 提高为1.3、1.5；并根据上级主管部门提高结构安全度的指示，将地震作用分项系数由1.3修改为1.4 ^[5] 。上述分项系数提高对应的可靠指标与超越概率水准是值得进一步科学严谨探讨的。

为保证与78《抗规》安全度相近（如混凝土构件，一般指配筋量基本相当），89《抗规》采用分项系数方式进行可靠度设计还需要增加承载力地震调整系数。根据84《统一标准》要求，构件非地震作用抗力标准值一般采用静荷载下的取值，且设计表达式中为包含材料分项系数的抗力设计值。因此，为替代78《抗规》第14条中体现不同材料结构差别的结构影响系数C（中震下的地震作用折减系数，取值0.25~0.5，如下表所示），以及第23条的80%安全系数或125%容许应力，增加了承载力地震调整系数 γ _RE。

三、大震不倒的可靠度

钟益村等 ^[6] 1984年根据构件试验结果统计及震害经验给出了钢筋混凝土结构在不同情况下的层间容许位移角限值。韦承基等 ^[3] 在文献7给出的许可层间弹塑性变形角为极限状态的基础上提出一个结构抗震可靠度的计算方法，并建议采用该法时可采用总可靠指标值β _T =2.3 比较合适，对应失效概率为1%左右。

四、几点讨论

1、承载力地震调整系数γ _RE 是否应取消？

89《抗规》增加了承载力地震调整系数γ _RE ，并被01《抗规》、10《抗规》等以强制性条文形式沿用至今，《建筑与市政工程抗震通用规范》GB 55002-2021也写入了相关内容，如下表所示：

2021《抗震通规》对此的条文说明仍基本沿用89《抗规》中增加承载力地震调整系数γ _RE 时给出的条文说明内容，并强调“为了保证结构构件抗震承载力验算的准确性，对抗震验算的基本表达式及关键参数取值提出强制性要求，是必要的”。查阅89《抗规》编制参考文献，我们可以知道，引入γ _RE 的根本目的是为实现89《抗规》与74《抗规》的安全度相近，以保持规范的连续性，即实现各种结构类型89《抗规》“小震”设计结果与78《抗规》“中震”设计结果基本相当。 γ _{RE

系数的出现，是从“一水准设防、一阶段设计”向“三水准设防、两阶段设计”过渡的历史阶段产物，值得深入研究和改进。}

虽然γ _RE 容易令人费解，甚至可能造成应用错误，但直接将其取消确实是不合适的，若直接取消γ _RE 可能造成钢筋混凝土构件配筋设计结果增大15%~25%左右，并不科学，也难以令人接受。比较合理的改进思路是重新研究89《抗规》“小震设计”与74《抗规》“中震设计”之间的安全度校准方法，直接从可靠度理论出发，将验算表达式中出现在抗力侧的γ _RE 转换到地震作用侧，在取消令人费解且容易引起问题的γ _RE 同时，修正地震作用分项系数，以保证规范的连续性并实现校准。

2、抗震设计的可靠指标究竟是多少？

通过89《抗规》相关编制背景参考文献可知 ^[7] ，对于一般延性构件小震承载能力目标可靠指标取β=1.5，所对应超越概率6.7%左右。小震承载能力可靠指标β=1.5对应的是构件从“弹性”状态进入“弹塑性”状态的概率，并非构件进入最终“破坏”状态的概率。但是，我们应该注意到，进行抗震设计时，会采取抗震措施与抗震构造措施，此时所得到的实际抗震设计可靠指标将显著大于1.5，“小震设计”究竟能达到多少可靠指标十分重要却仍鲜有研究。

3、可靠指标是否应明确和统一？

将地震作用作为可变作用而非偶然作用更加合理 ^[8] 。文献8指出：若将地震作用作为偶然荷载，计算结构的可靠指标时，假定结构在每次地震作用的失效概率不考虑地震动强度的随机性，这就隐含了每次地震作用的强度相等的假定。而基于地震危险性分析的结果，把地震作用作为可变作用的可靠度分析方法，相对来讲更接近地震作用的实际情况。

既然地震作用可以看作可变作用的一种，而且对于多数结构而言，通过增加抗震措施与抗震构造措施后的“小震设计”即认为满足了三水准抗震设防要求，那么作为极限承载力设计的一部分，小震设计是否也应该统一采用与《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018的表3.2.6同样的可靠指标？不过要引起注意的是，小震设计可靠指标应为考虑抗震措施与抗震构造措施之后的可靠指标，并非是从“弹性”状态进入“弹塑性”状态的β=1.5。