祁澤鵬 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計研究院有限公司

孟加拉國是南亞經(jīng)濟發(fā)展最快的國家，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場持續(xù)火爆。中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計研究院正在實施孟加拉吉大港地區(qū)的某碼頭項目，根據(jù)合同要求使用中國標準，但需滿足孟加拉國規(guī)范BNBC2020中的相關(guān)要求。由于多種原因造成無法進行地震安全評估以獲取地震動參數(shù)，因此需要利用項目所在國有限的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和當?shù)卦O(shè)計規(guī)范進行工程抗震設(shè)計。各個國家的工程抗震設(shè)計要求不盡相同，為了同時滿足中國規(guī)范和孟加拉規(guī)范的相關(guān)抗震設(shè)計要求，本文將嘗試通過對BNBC2020和中國抗震規(guī)范中的設(shè)計反應(yīng)譜進行分析解讀，提出了應(yīng)用BNBC2020中地震動加速度進行設(shè)計的方法，為孟加拉國碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定的借鑒。

1.孟加拉國規(guī)范中的抗震設(shè)防目標

在孟加拉國使用的最新規(guī)范《BANGLADESH NATIONAL BUILDING CODE 2020》（簡稱“BNBC2020”）中，將地震設(shè)防目標表述為：“最大程度的降低所有結(jié)構(gòu)的安全風險，提高住宅結(jié)構(gòu)的預(yù)期使用性能，改善重要的結(jié)構(gòu)在震后的性能。通過設(shè)計和施工使結(jié)構(gòu)物在一次大地震完好無損在經(jīng)濟上是不可行的?？拐鹪O(shè)計的目的是在不危及結(jié)構(gòu)完整性的前提下，允許在結(jié)構(gòu)指定的位置發(fā)生塑性變形和結(jié)構(gòu)破壞，以此防止在大地震中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌”。

我國規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010（2016版）中對地震設(shè)防的目標表述如下：“當遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用；當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用；當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設(shè)計時，具有更具體或更高的抗震設(shè)防目標?！?/p>

從抗震設(shè)防目標而言，BNBC2020強調(diào)了結(jié)構(gòu)在大地震中的倒塌是不允許的，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)確保震后的工作性能，類似于我國“大震不倒，中震可修”的設(shè)防理念。

2.孟加拉國規(guī)范中的抗震設(shè)計反應(yīng)譜

孟加拉國規(guī)范BNBC2020中將地震動在結(jié)構(gòu)上的影響以理想化的彈性設(shè)計反應(yīng)譜進行體現(xiàn)，設(shè)計反應(yīng)譜的取值與最大考慮地震（MCE）、結(jié)構(gòu)延性系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)和規(guī)準化加速度反應(yīng)譜有關(guān)。設(shè)計反應(yīng)譜可用以下公式表達：

BNBC2020中將孟加拉國按照地震動強度不同分成了4個區(qū)域，每個區(qū)域分別定義了Z值。Z值等于各區(qū)域的最大考慮地震（MCE）在巖土或堅硬土場地（SA類場地）的地震峰值加速度（PGA），MCE在50年設(shè)計基準期內(nèi)的超越概率為2%。設(shè)計基準地震（DBE）取為MCE的2/3。

為了體現(xiàn)結(jié)構(gòu)非線性變形帶來的能量耗散和結(jié)構(gòu)的延性，在設(shè)計反應(yīng)譜中設(shè)置了結(jié)構(gòu)響應(yīng)折減系數(shù)R對反應(yīng)譜進行折減。同時，反應(yīng)譜中設(shè)置了重要性系數(shù)I，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的重要性對設(shè)計反應(yīng)譜值進行調(diào)整，式中Cs是規(guī)準化加速度反應(yīng)譜，其表達式如下：

表1 BNBC2020 場地相關(guān)彈性反應(yīng)譜參數(shù)

BNBC2020中場地類別根據(jù)地面下30m內(nèi)平均剪切波速（無剪切波速值時，可根據(jù)地面下30m內(nèi)實測標貫擊數(shù)平均值進行劃分）進行劃分。

3.抗震設(shè)計反應(yīng)譜各參數(shù)分析

3.1 地震分區(qū)系數(shù)Z

式（1）中對Z值除以1.5是為了保證孟加拉國各區(qū)在最大考慮地震（MCE）不同的情況下使各區(qū)的防結(jié)構(gòu)倒塌水平達到統(tǒng)一標準。在BNBC 2020 中并未說明設(shè)計基準地震（DBE）的超越概率，只是用2/3MCE取值。這類似于在美國標準IBC系列中，曾為了解決美國各地區(qū)地震動峰值加速度和年超越概率之間變化關(guān)系差異極大，造成了采用相同的概率水平的地震作為設(shè)計地震時，倒塌概率水平不同的情況所做的處理。美國西部多震地區(qū)50年超越概率2%地震相當于50年超越概率10%地震加速度峰值的1.5倍，但美國中部地區(qū)達到5倍。美國規(guī)范[以50年超越概率2%作為極限地震（seismic margin）為全美國的地震動劃區(qū)，再以極限地震的2/3作為設(shè)計基準地震，使美國全國的抗震防倒塌水平達到統(tǒng)一。

3.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)折減系數(shù)R和重要性系數(shù)I

BNBC2020中結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法和美國標準IBC2018較為接近。結(jié)構(gòu)響應(yīng)折減系數(shù)R和重要性系數(shù)I是美標中進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的重要參數(shù)，在BNBC2020提供的設(shè)計反應(yīng)譜中，筆者認為可以理解為該公式使用R將最大考慮地震（MCE）進一步進行折減，I對其進行放大，從而得到類似于我國抗震規(guī)范GB50011-2010（2016版）中定義的多遇地震的數(shù)值。這點與我國規(guī)范要求使用多遇地震的地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標準值的要求一致。BNBC2020中I取值在1～1.5之間，主要鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)延性系數(shù)R的取值范圍在3～8之間，石砌結(jié)構(gòu)的R值為1.5～2之間。

綜合上所述，該公式（1）以對MCE除以1.5轉(zhuǎn)化成DBE，再將DBE除以R/I（對于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)而言類似于除以2～8）獲得類似多遇地震的估值，從而能進行結(jié)構(gòu)抗震內(nèi)力計算。

3.3 規(guī)準化加速度反應(yīng)譜Cs

Cs規(guī)準化加速度反應(yīng)譜的表述與歐洲標準Eurocode8（EC8）中關(guān)于水平方向設(shè)計反應(yīng)譜的相關(guān)內(nèi)容是一樣的。不同之處是歐標中有明確的50年超越概率10%地震峰值加速度為設(shè)計基準加速度，而BNBC2020中僅定義了50年超越概率2%的地震加速度峰值MCE。

圖1 孟加拉國規(guī)范BNBC2020中的地震分區(qū)

圖2 孟加拉國規(guī)范BNBC2020中的規(guī)準化加速度反應(yīng)譜

4.中國抗震規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜

中國抗震規(guī)范GB 50011-2010(2016版)中對于設(shè)計反應(yīng)譜表圖3所示，和BNBC2020和歐標EC8在設(shè)計反應(yīng)譜形狀上均由上升段、水平段和下降段組成。

圖3 中國抗震規(guī)范GB50011-2010(2016版)中的抗震設(shè)計反應(yīng)譜

中國規(guī)范與BNBC2020的主要區(qū)別在于：

1）中國抗震規(guī)范沒有明確規(guī)定場地土質(zhì)對規(guī)準化反應(yīng)譜的影響，土質(zhì)只影響特征周期Tg，BNBC2020中規(guī)準化反應(yīng)譜大小和場地放大系數(shù)S有關(guān)，放大系數(shù)S取值范圍在1～1.4之間。在阻尼比同為0.05，場地同為完好基巖的情況下，BNBC2020規(guī)準化反應(yīng)譜水平段數(shù)值為2.5，中國規(guī)范GB50011-2010(2016版)為1。

2）當阻尼比為0.05，場地類別I0第一組，結(jié)構(gòu)自振周期在0.2s～1s時，中國抗震規(guī)范中規(guī)準化反應(yīng)譜曲線下降段衰減指數(shù)為0.9，直線下降段衰減速度小于曲線下降段。BNBC2020在SA類場地（SA與中國抗震規(guī)范I0同類別），阻尼比0.05，結(jié)構(gòu)自振周期在0.2s～0.4s為水平段，0.4s～2s區(qū)間衰減指數(shù)為1，衰減速度大于同類場地下中國規(guī)范數(shù)值，在2s到4s段衰減指數(shù)為2，遠超中國規(guī)范相應(yīng)數(shù)值。在BNBC2020中規(guī)準化反應(yīng)譜周期只截止到4s，中國規(guī)范截止到6s。

從規(guī)準化反應(yīng)譜的對比可以看出，在場地條件同為完好基巖的情況下，BNBC 2020 在水平段（0.2 s～Tg）規(guī)準化反應(yīng)譜數(shù)值遠高于中國規(guī)范GB50011-2010；BNBC2020在直線下降段（Tg～2s）的衰減指數(shù)略大于中國規(guī)范，在曲線下降段（結(jié)構(gòu)自振周期大于2s）時衰減指數(shù)遠大于中國規(guī)范。

5.分析結(jié)論

1）BNBC2020設(shè)計反應(yīng)譜中包含了對于50 年超越概率2%的地震加速度（MCE）的折減，但不能明確折減后的50年超越概率具體數(shù)值。如用中國規(guī)范GB50011-2010（2016版）進行抗震設(shè)計，不能直接引用2/3倍的Z值（DBE）作為設(shè)計基準加速度。

2）在設(shè)計反應(yīng)譜公式中除了規(guī)準化反應(yīng)譜值外其余各參數(shù)值均相同的情況下，對于結(jié)構(gòu)自振周期位于短周期（BNBC2020中0～Tc）的結(jié)構(gòu)，按照BNBC2020設(shè)計反應(yīng)譜計算的反應(yīng)譜值會遠大于按照中國規(guī)范GB50011-2010(2016版)的計算值。結(jié)構(gòu)自振周期在長周期段，特別是大于2s的結(jié)構(gòu)，可能會出現(xiàn)中國規(guī)范計算值高于BNBC2020的情況。

3）對于在孟加拉國境內(nèi)實施的擬采用中國規(guī)范進行設(shè)計的工程，如果希望在進行簡單的地質(zhì)勘察的情況下，使抗震設(shè)計成果同時滿足孟加拉國規(guī)范和中國規(guī)范，應(yīng)先利用孟加拉國境內(nèi)基于危險性概率分析方法PSHA(Probabilistic Seismic Hazard Analysis)的研究成果或直接開展地震安全性評價活動，結(jié)合項目實際場地的類別和在BNBC2020中的地震區(qū)塊劃區(qū)，粗估擬建場地的50年超越概率10%的地震加速度值，以確定該場地在按中國規(guī)范設(shè)計時的設(shè)防烈度。