抗震等级、抗震设防烈度、地震震级的区别和联系

抗震等级、抗震设防烈度、地震震级的区别和联系每次地震发生,可能很多人都会有类似的问题.有时候,有些媒体也会在这里犯一些错误,被大家诟病为“不专业”.当然,这些东西也挺复杂的,媒体搞混了也正常.

一、地震震级

地震震级是某次地震的属性,某个地震只会有一个震级.比如1995年阪神大地震是矩震级 6.8,2008年汶川大地震是矩震级是7.9.

注意到,可能对于某次地震,不同媒体的报道有所不同,那是因为他们采用了不同的震级标准.由于历史原因,不同的专家学者发明过不同的震级标准,比如里氏震级、面波震级、体波震级等等.比如说,有些国内官方媒体采用的就是面波震级,所以2008年汶川大地震的震级为面波震级8.0.目前大家认为比较合理的、应用较广泛的是矩震级.

震级是什么意思呢？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.

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.断层的面积乘以断层移动的距离再乘以岩石的剪切模量,得到的就是Seismic Moment,也就是所谓的

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.

而矩震级就是对地震矩的衡量,这两者之间的关系是：

其中地震矩M0的单位为牛乘以米.注意到,地震矩和矩震级之间是三分之二log的关系.换言之,震级大一级,地震矩变为原来的10的 1.5次方倍,也就是31.6倍;震级大两级,地震矩变为原来的31.6的平方倍,也就是1000倍.

简单地说,8级地震释放的能量,是7级的31.6倍,6级的1000倍,5级的31623倍,4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,1976年唐山大地震,震中唐山的烈度为11度,天津的烈度为8度,北京为6度,石家庄为5度.通常情况下,越靠近震中最大,越远离震中越小.这也很好理解,越靠近震中受影响越大,越远离震中受影响越小.

你可以想象成一个靶子,震中就是靶心10环,外边一点9环,再靠外8环.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.由于地形地质的不同,所以烈度的分布并不是个完美的同心圆,只是大致上遵循着越靠近震中越大的规律.

烈度的大小与地震震级相关,但并没有明确的数值关系,而是因为其它条件的不同而不同.简单说,烈度是一个主观性比较强的参数,跟震源深浅、地震类型、地质条件等等都有关系,不同的地震会有不同的情况.正如世界上没有两片相同的叶子,世界上也没有两次相同的地震.同样都是6级地震,一个震中烈度可能是7度,另一个可能会达到8度.

三、抗震设防烈度

抗震设防烈度是某个地区的属性.比如说北京的抗震设防烈度是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.比如说1976年唐山地震是6度,某某年某次地震是4度,某某年某次地震是5度……然后再利用统计学知识,根据既定的可靠度目标,比如说,让设防烈度大于这些已经发生过的地震烈度的90%,继而确定出一个设防烈度.换句话说,这种情况下,所有可能发生的地震里,我能保证有90%的实际地震烈度都小于我的这个设防烈度.

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设防烈度.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%.折算下来,也就是俗称的“475年一遇”.

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1减去0.211%,也就是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%.

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”.

四、抗震等级

抗震等级是建筑结构的属性.比如说,这栋楼的抗震等级是一级,那栋楼的抗震等级是二级.抗震等级也可以在局部调整,比如这栋楼的抗震等级是三级,但是某一层或者某一个柱子的抗震等级是二级.

抗震等级当然跟抗震能力相关,但并不是说一级的就一定比二级的好.举个类似的例子,汽车的碰撞试验,有五星的,也有三星的,但是并不是说五星的就一定比三星的更好.一个五星的微型车,跟一个三星的大皮卡相比,孰高孰低还很难说.

抗震等级也是如此,它取决于抗震设防烈度、结构重要性、结构类型、结构高度.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.

比如说,上海的一栋高层住宅楼,采用剪力墙结构,高度为100米.我们就去查表,上海设防烈度为7度,抗震墙结构高度大于80米,所以是二级.再比如说,济南的一栋高层写字楼,框架核心筒.我们继续查表,济南是6度区,所以框架核心筒的框架部分是三级,核心筒部分是二级.

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”.目前的抗震规范,已经把中小学校舍提高到了“乙类建筑”.换言之,医院、中小学校舍等等

非常重要的建筑物,需要在这张表的基础上进一步提高,一般是查表的时候提高一个烈度.

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.

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.

比如一级框架结构的角柱,最小配筋率需要到达 1.1%,而四级的角柱,最小配筋率达到0.7%就可以了.也就是说,在计算允许的前提下,抗震等级低的结构可以用更少的钢筋.

再比如说,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就不需要特殊处理.

五、总结

地震震级是地震的属性,一次地震只有一个震级.