和大家谈谈地震等级、地震烈度、抗震烈度以及抗震等级的事,它们之间什么关系?在实际建房过程中怎么运用这些专业知识建造安全放心的百年住宅?

一 、地震震级

震级是表征地震强弱的量度,是划分震源放出的能量大小的等级。简单说,震级衡量的是地震的大小,或者严谨一点,地震所释放的能量的大小。某次地震所释放的总能量是固定的,所以它的震级也是唯一的。
 
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绝大多数地震是由断层引起的,地震所释放的能量的大小,取决于引发地震的断层的大小、断层两边相对运动的距离、断层处的岩石强度。
断层的面积*断层移动的距离*岩石的剪切模量=地震矩
这个地震矩的数值,直接反映了地震释放能量的大小。
 
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其单位是“里氏”,通常用字母M表示。震级每相差1级,能量相差31.6倍;每相差2级,能量相差就是31.6*31.6约1000倍。简单说,9级地震释放的能量是8级的31.6倍,7级的1000倍,6级的31623倍,5级的1000000倍。
 
二、地震烈度
 
地震烈度衡量的是某次地震发生之后对某个地区的影响。比如说汶川地震,震中汶川的烈度为11度,茂县的烈度为10度,锦竹为9度,什邡市为8度,都江堰为7度。也就是说,越靠近震中地震烈度最大,越远离震中越小。
 
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▲汶川地震地震烈度区域图示
 
同样的地震,震中烈度可能是9度,往外50公里可能降低到8度,再往外150公里可能降低到7度。它取决于地震震级、震源距离、地质条件、地面状况等条件。
 
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三、设防烈度(抗震烈度)
 
抗震烈度是某个地区的属性,是人为规定的,每个地区都不一样。比如说北京的抗震烈度是 8 度,上海的抗震设防烈度是 7 度。
 
这个是怎么确定的呢?一定程度上,设防烈度的制定跟设防目标相关。就拿北京来说,先统计一下历史上一定时期之内影响到北京的历次地震,看一下这些地震引起的北京地区的烈度分别是多少。现在的抗震规范,采用的是 50 年内超越概率为 10% 的地震烈度作为抗震烈度。也就是说,50年之内,发生比这个设防烈度还大的地震烈度的可能性是10%。是50年一遇吗?NO,折算下来,是“475年一遇”。
 
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什么意思呢?475年一遇的地震,今年发生的概率是475分之一,也就是0.211%,今年不发生的概率是99.789%。50年之内都不发生这样的地震,这个概率是 99.789% 的 50次方,也就是90%。而50年之内发生这样的地震的概率,则是 1 减去 90%,等于 10%。
 
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▲中震可修
 
也就是说,我们的目标是 475 年一遇的地震。100年一遇的地震,小意思,都在我们的设防范围之内,也就是俗称的“小震不坏”;500年一遇的地震,刚刚好跟我们的设防目标差不多,次要结构可能会有小范围破坏,但是主体结构不会发生大的破坏,也就是俗称的“中震可修”;1000年一遇的地震,已经超过了我们的设防目标,但是尽量通过合理的构造措施,保证结构足够的延性和塑性变形能力,争取做到房子虽然变形很大,但不会整体垮塌,保证逃生通道和逃生时间,这也就是俗称的“大震不倒”。
 
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▲大震不倒
 
四、抗震等级
 
以钢筋混凝土框架结构为例,抗震等级划分为一级至四级,以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。它指的是建筑结构的属性。比如说同一个地区,这栋楼的抗震等级是一级,那栋楼的抗震等级却是二级。抗震等级也可以在局部调整,比如这栋楼整体抗震等级是三级,但是某一层或者某一个柱子的抗震等级却是更高的二级。
它的确定取决于抗震设防烈度、结构重要性、结构类型、结构高度。而建筑物的结构配筋的确定则取决于抗震等级,对于普通的钢筋混凝土结构,可以参见抗震规范里的这张表格。
 
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注意到,我们说这张表适用于“普通的钢筋混凝土结构”,也就是所谓的“丙类建筑”如普通民宅等。至于更重要的建筑物如医院、学校等属于更高层次的甲类建筑或乙类建筑,查表时需要提高一个烈度。
比如说,以上海为例,同样是小于24米的框架结构,如果是菜市场,那就按7度查表,也就是三级,如果是小学教学楼,那就要按7+1=8度查表,抗震等级为二级。也就是说,同一个地区、同一个结构类型、差不多高度的建筑物,中小学、医院等等通常要比菜市场、普通办公楼、住宅楼高一个抗震等级。
 
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抗震等级有什么用呢?主要体现在结构的各种内力调整和构造措施上。比如说,一级和二级框架结构的角柱,箍筋必须全高加密,而三级和四级的角柱却不需要特殊处理。
 
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五、总结
1、地震震级是地震的属性,一次地震只有一个震级。
2、地震烈度是地震对某个地区的影响,震中高,越往外越低。
3、设防烈度可以简单理解成某个地区475年内所能发生的最强烈的地震烈度。如果实际发生的地震引起的烈度不大于设防烈度,建筑结构应该要做到不发生永久性的、不可修复的的破坏。
4、抗震等级是建筑物的属性,越重要、越容易受地震袭击、越需要保护的建筑物,抗震等级越高,对抗震能力的要求也越高。
 
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最后,如果想建一栋安全可靠的百年住宅,一定要先查一查当地的抗震烈度,根据抗震烈度和建筑结构类型、结构高度确定抗震等级,再根据抗震等级确定钢筋混凝土结构的配筋。举个例子,北京抗震烈度为8,建框架结构小别墅高度小于25m,其抗震等级为二级,然后据此进行结构配筋设计,以框架梁梁端箍筋的加密为例:
 
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▲抗震二级梁端箍筋加密区长度大于1.5倍梁高且大于500mm,hb为梁高
 
另外,还要注意的是结构高度不同、跨度不同,框架梁、板、柱的尺寸与配筋也要相应的变化,最好专业的活计还是让专业的人来做,如此,才能钱花的放心,房子住得安心,百年老宅亦非空言!
 
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