基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖＊

潘 華 張 萌

（中國(guó)北京 100081 中國(guó)地震局地球物理研究所）

引言

地震區(qū)劃圖是為了滿足國(guó)土范圍內(nèi)一般建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)的需要而提出的，后續(xù)隨著地震區(qū)劃圖應(yīng)用范圍的擴(kuò)展以及地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)技術(shù)和抗震設(shè)計(jì)理念與方法的發(fā)展，地震區(qū)劃圖形成了雙圖模式，即地震危險(xiǎn)性圖（seismic hazard map）與抗震設(shè)計(jì)圖（seismic design map）（張萌等，2017）.地震危險(xiǎn)性圖主要反映依據(jù)地震科學(xué)認(rèn)識(shí)和基礎(chǔ)觀測(cè)資料評(píng)估得到的國(guó)土地震危險(xiǎn)性分布，抗震設(shè)計(jì)圖則繼承了傳統(tǒng)地震區(qū)劃圖的主要功能，反映國(guó)土范圍內(nèi)建筑抗震設(shè)計(jì)所需地震動(dòng)參數(shù)的分布（潘華等，2017）.抗震設(shè)計(jì)圖是國(guó)際上通用的中文譯稱，該圖與建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范配合使用，與我國(guó)現(xiàn)行地震區(qū)劃圖含義和用途一致，故下文不再對(duì)兩者加以區(qū)分，但對(duì)于國(guó)外應(yīng)用依然稱為抗震設(shè)計(jì)圖.

當(dāng)前各國(guó)正式頒布的地震區(qū)劃圖幾乎均基于“危險(xiǎn)性一致”原則編制，即以全國(guó)一致的概率水平（或重現(xiàn)期）定義地震區(qū)劃圖的基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)，如50年超越概率2% （重現(xiàn)期2 475年）地震動(dòng).基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)是規(guī)范中用來(lái)確定各級(jí)別抗震驗(yàn)算地震動(dòng)的基準(zhǔn)，它往往對(duì)應(yīng)全國(guó)抗震設(shè)防要達(dá)到的重點(diǎn)目標(biāo).建筑抗震設(shè)防通常有即刻可用（immediate occupancy，縮寫為 IO）、生命安全（life safety，縮寫為 LS）和倒塌防護(hù)（collapse prevention，縮寫為 CP）三個(gè)級(jí)別的抗震設(shè)防目標(biāo)，我國(guó)將其概括為小震不壞、中震可修、大震不倒.大多數(shù)國(guó)家以生命安全（LS）為重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)，而美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已發(fā)展到以倒塌防護(hù)（CP）為重點(diǎn)設(shè)防目標(biāo).生命安全目標(biāo)允許結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計(jì)地震動(dòng)作用時(shí)發(fā)生破壞，出現(xiàn)可控的有限的塑性變形，但不會(huì)造成人員生命的損失；而倒塌防護(hù)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)在遭遇所考慮的最強(qiáng)地震作用時(shí)，允許發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，但是不能發(fā)生結(jié)構(gòu)的倒塌，以避免大量人員因倒塌而損失生命.因此，大多數(shù)國(guó)家的地震區(qū)劃圖以50年超越概率10% （重現(xiàn)期475年）相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)作為基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)，我國(guó)稱之為基本地震動(dòng)（中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2016）或設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)（中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010）.美國(guó)最早也以50年超越概率10%地震動(dòng)為基準(zhǔn)，1997年開始以50年超越概率2% （重現(xiàn)期2 475年）相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)為基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)，建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中稱其為最大考慮地震（maximum considered earthquake，縮寫為MCE）地震動(dòng)（Federal Emergency Management Agency，1998；潘華等，2017），2009 年以來(lái)開始采用基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的最大考慮地震（risk-targeted MCE，縮寫為MCER）地震動(dòng).

美國(guó)在更新 2009 版國(guó)家地震減災(zāi)計(jì)劃（National Earthquake Hazards Reduction Program，縮寫為NEHRP）建筑設(shè)計(jì)法規(guī)時(shí)，地震工程學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，由于地震動(dòng)特征的復(fù)雜性與不確定性，以及建筑構(gòu)建過程中在建設(shè)質(zhì)量、建筑材料及其性質(zhì)的穩(wěn)定性、工程措施實(shí)施狀況等方面存在的難以預(yù)知的不確定性，基于MCE地震動(dòng)設(shè)計(jì)的建筑物并不能保證全美在遭遇MCE地震動(dòng)作用時(shí)能夠達(dá)到一致的倒塌防護(hù)水平.為此，提出了基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的最大考慮地震的概念（Lucoet al，2007），采用目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平為50年地震倒塌概率1%的地震動(dòng)參數(shù)MCER為基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)編制抗震設(shè)計(jì)圖，并納入2009版NEHRP法規(guī)文件和2010版美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)（American Society of Civil Engineering，縮寫為 ASCE）設(shè)計(jì)規(guī)范（Federal Emergency Management Agency，2009；American Society of Civil Engineering，2010）.

對(duì)于基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖（risk-targeted seismic design maps），目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)（risktargeted）是抗震設(shè)計(jì)要考慮的最大失效風(fēng)險(xiǎn)（Lucoet al，2007），依據(jù)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)確定的地震動(dòng)參數(shù)稱為目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)（risk-targeted ground motion）、目標(biāo)性能地震動(dòng)（target performance ground motion）、風(fēng)險(xiǎn)一致地震動(dòng)（uniform risk ground motion）、失效（倒塌）概率一致地震動(dòng)（uniform failure （collapse） probability ground motion）、基于性能的地震動(dòng)（performance-based ground motion）等，其實(shí)質(zhì)都是一樣的.

目前，基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖在美國(guó)已被廣泛應(yīng)用，法國(guó)、羅馬尼亞、加拿大、西班牙、伊朗和印度尼西亞等國(guó)家以及整個(gè)歐洲也進(jìn)行了針對(duì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂的研究.例如：Douglas等（2013）針對(duì)歐洲Eurocode 8規(guī)范，討論了法國(guó)大陸地區(qū)的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震區(qū)劃；Allen 等（2015）對(duì)加拿大國(guó)家建筑規(guī)范（National Building Code of Canada，縮寫為 NBCC）中的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了討論；Silva等（2016）基于泛歐一致地震危險(xiǎn)性項(xiàng)目的統(tǒng)一地震危險(xiǎn)性圖，給出了歐洲地區(qū)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)分布；Vacareanu等（2018）采用與美國(guó)抗震設(shè)計(jì)圖一致的方法在地震活動(dòng)強(qiáng)烈的羅馬尼亞編制了一致目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)圖；Iervolino等（2017）采用同樣的技術(shù)方法對(duì)整個(gè)意大利地區(qū)的地震風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估；Taherian和Kalantari （2021）使用中東地震模型（EMME14）中的地震危險(xiǎn)性結(jié)果，編制了伊朗地區(qū)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖；東南亞地區(qū)的印度尼西亞在2012年版的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范SNI-726-2012中就采用了基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的最大考慮地震（MCER）抗震設(shè)計(jì)圖，2017年基于最新數(shù)據(jù)和認(rèn)識(shí)對(duì)圖件進(jìn)行了更新，2019年又在2017年圖的基礎(chǔ)上，經(jīng)易損性分布修訂等工作，推出目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)為50年倒塌概率1%的新抗震設(shè)計(jì)圖（Sengaraet al，2020）；Kharazian等（2021）基于西班牙半島新的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，研究了考慮倒塌和屈服兩種不同破壞狀態(tài)的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)抗震設(shè)計(jì)圖編制，并探討在考慮一致風(fēng)險(xiǎn)假設(shè)的情況下地震動(dòng)確定方法是否會(huì)對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)地震動(dòng)PGA值產(chǎn)生顯著影響；張萌和潘華（2022）探討了將核電工程中廣泛采用的確定基于性能的地震動(dòng)參數(shù)的“設(shè)計(jì)因子法”用于確定目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)，并編制了中國(guó)大陸地區(qū)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖，同時(shí)對(duì)倒塌概率、失效風(fēng)險(xiǎn)概率、易損性標(biāo)準(zhǔn)差等幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的合理取值問題進(jìn)行了討論.上述工作體現(xiàn)了未來(lái)地震區(qū)劃圖發(fā)展的可能趨勢(shì).

本文擬對(duì)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖中地震動(dòng)參數(shù)確定的原理與方法、區(qū)劃圖研究與編制的現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行綜述，以資我國(guó)地震區(qū)劃圖相關(guān)工作參考借鑒.

1 目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)確定方法

1.1 結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn) PF

地震工程學(xué)家很早就意識(shí)到未來(lái)地震在場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的地震動(dòng)的隨機(jī)性，以及建筑材料強(qiáng)度的變化、工藝質(zhì)量、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)模型的不精確性等因素，會(huì)導(dǎo)致按所考慮的最大地震動(dòng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在遭遇不超過該最大地震動(dòng)的地震動(dòng)作用時(shí)也存在倒塌的可能（FEMA，2010）.

美國(guó)應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)最早在其發(fā)布的ATC3-06報(bào)告中提出了地震風(fēng)險(xiǎn)的概念，以及計(jì)算結(jié)構(gòu)地震風(fēng)險(xiǎn)的“風(fēng)險(xiǎn)積分”方法（Applied Technology Council （縮寫為 ATC），1978）.該方法的核心是引入在給定地震動(dòng)下結(jié)構(gòu)失效的概率評(píng)價(jià).采用概率方法對(duì)由地震動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的概率進(jìn)行估計(jì)，這些概率估計(jì)值稱為易損性函數(shù).易損性函數(shù)假定滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布，可以用兩個(gè)參數(shù)完全定義，即在某地震動(dòng)下的倒塌概率和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差.風(fēng)險(xiǎn)積分方法通過地震危險(xiǎn)性曲線與結(jié)構(gòu)易損性函數(shù)卷積來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的失效風(fēng)險(xiǎn)曲線，反映結(jié)構(gòu)地震風(fēng)險(xiǎn).失效風(fēng)險(xiǎn)PF定義為給定時(shí)段內(nèi)結(jié)構(gòu)超越某一特定性能極限狀態(tài)發(fā)生失效的概率，也可稱為“不可接受性能年均發(fā)生率”或“目標(biāo)性能指標(biāo)”（target performance goal）（ASCE，2005）.

對(duì)于核電等重大工程，根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分類的不同，規(guī)定了不同的失效風(fēng)險(xiǎn)PF目標(biāo)，其中最為重要的安全物項(xiàng)（Seismic design category-5）對(duì)應(yīng)最低失效風(fēng)險(xiǎn)為每年10-5（ASCE，2005）.美國(guó)抗震設(shè)計(jì)圖采用50年倒塌概率1%為失效風(fēng)險(xiǎn)概率.

失效風(fēng)險(xiǎn)PF可采用下面兩個(gè)積分公式之一計(jì)算得到（ATC，1978；McGuire，2004），即

式中：H（a）為經(jīng)由概率地震危險(xiǎn)性分析得到的地震危險(xiǎn)性曲線；PF|a為結(jié)構(gòu)易損性函數(shù)，是給定地震動(dòng)下結(jié)構(gòu)失效概率的對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，其一階導(dǎo)數(shù)為給定地震動(dòng)下結(jié)構(gòu)失效概率密度，它們都代表經(jīng)設(shè)計(jì)后結(jié)構(gòu)的失效防護(hù)抗震性能.式（1）與式（2）是等效的（McGuire，2004），但式（1）更加方便，因是直接與地震危險(xiǎn)性分析鏈接，并利用了地震危險(xiǎn)性曲線，因此，在基于地震風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)應(yīng)用中得到普遍的使用.

1.2 目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)

能夠在設(shè)計(jì)中滿足結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)PF目標(biāo)的地震動(dòng)，稱為“目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)”（risk-targeted ground motion，縮寫為RTGM），通?；谇笆龅娘L(fēng)險(xiǎn)積分方法來(lái)確定.在核電工程的相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)法規(guī)中常被稱為“基于性能的方法”（performance-based approach）（USNRC，2007），這是因?yàn)槟繕?biāo)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)特定結(jié)構(gòu)失效性能的極限狀態(tài)，如核設(shè)施的顯著非彈性形變出現(xiàn)狀態(tài)、一般建筑結(jié)構(gòu)的倒塌極限狀態(tài)等.

易損性函數(shù)的確定是風(fēng)險(xiǎn)積分的重要環(huán)節(jié)，它涉及兩個(gè)重要參數(shù)，即給定地震動(dòng)的倒塌概率和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差β.后者通?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析等方法估計(jì)，如美國(guó)抗震設(shè)計(jì)圖編制中β取為0.8 （Lucoet al，2007）.給定地震動(dòng)的倒塌概率反映抗震設(shè)計(jì)中可接受的風(fēng)險(xiǎn)程度.在美國(guó)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)的法規(guī)中，均采用了“可接受的風(fēng)險(xiǎn)”（acceptable risk）的概念，并采用以下具體限定：在建筑法規(guī)所考慮的最強(qiáng)地震動(dòng)作用下，任何結(jié)構(gòu)發(fā)生部分或完全倒塌的概率很小，約為10%；對(duì)于居住大量人員的結(jié)構(gòu)，可接受的倒塌概率更小，6%左右；對(duì)于履行應(yīng)急、安全等重要功能的結(jié)構(gòu)，需要更低的倒塌概率，接近3% （Federal Emergency Management Agency，2010）.

當(dāng)式（1）中，失效風(fēng)險(xiǎn)PF，概率地震危險(xiǎn)性曲線H（a），可接受失效發(fā)生概率c（設(shè)計(jì)準(zhǔn)則），易損性函數(shù)的對(duì)數(shù)正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差β確定（經(jīng)驗(yàn)設(shè)定），則通過迭代的積分運(yùn)算可以得到失效概率為c的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)Ac.美國(guó)抗震設(shè)計(jì)圖采用的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)MCER對(duì)應(yīng)c為10%，PF為50年倒塌率1%.

基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)首先被應(yīng)用于美國(guó)能源設(shè)施等重大建設(shè)工程的抗震設(shè)計(jì)中（Kennedy，Short，1994），隨后被吸納入核電工程的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) ASCE43-05 （ASCE，2005）、美國(guó)核管會(huì) NRC 監(jiān)管指南 RG1.208 （USNRC，2007）.這些標(biāo)準(zhǔn)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)確定，未采用“風(fēng)險(xiǎn)積分”方法，而是提出了“設(shè)計(jì)因子法”.該方法假定地震危險(xiǎn)性曲線可以簡(jiǎn)化為冪函數(shù)，結(jié)合對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，最終建立目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)與概率一致地震動(dòng)設(shè)計(jì)因子（調(diào)整系數(shù)）之間的關(guān)系式，可用于確定基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)或基于性能的地震動(dòng)，極大地方便了規(guī)范應(yīng)用（Kennedy，2011）.在吸收了核電工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后，美國(guó)開始在建筑抗震設(shè)計(jì)中考慮基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的最大考慮地震MCER（Lucoet al，2007），并以抗震設(shè)計(jì)圖加以呈現(xiàn).MCER的確定采用經(jīng)典的“風(fēng)險(xiǎn)積分”方法.風(fēng)險(xiǎn)積分法和設(shè)計(jì)因子法各有長(zhǎng)短，目前的應(yīng)用場(chǎng)景差異也相對(duì)清晰，但實(shí)質(zhì)上都能獲得給定目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)參數(shù)，為此，張萌和潘華（2022）探討將“設(shè)計(jì)因子法”擴(kuò)展應(yīng)用于基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖.當(dāng)前“風(fēng)險(xiǎn)積分”方法依然是國(guó)際范圍內(nèi)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖編制采用的通用方法.

2 目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震區(qū)劃的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

2009年美國(guó)首先發(fā)布了基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)圖（FEMA，2009），并被ASCE7-10規(guī)范采納（ASCE，2010），在此后的十多年中，又陸續(xù)更新了2014版、2018版美國(guó)國(guó)家地震區(qū)劃圖與相應(yīng)的規(guī)范ASCE7-16、ASCE7-20，這使得這一新的抗震設(shè)計(jì)理念和地震區(qū)劃技術(shù)得以被廣泛接受.當(dāng)前，國(guó)際上越來(lái)越多的國(guó)家開始探討編制基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖的必要性，并推廣該圖在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的應(yīng)用.

在美國(guó)頒布的推薦標(biāo)準(zhǔn) FEMAP-750 （FEMA，2009）和抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ASCE7-10 （ASCE，2010）中，均采用風(fēng)險(xiǎn)積分方法編制基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)圖，但圖件的表征方式在ASCE7-10中更加典型（潘華等，2017），為MCER的等值線圖（圖1），在此后更新的各版中均采用同樣的方式.以風(fēng)險(xiǎn)積分法確定地震動(dòng)參數(shù)時(shí)，采用β＝0.8 （或0.6），c＝0.1 （對(duì)應(yīng)地震動(dòng)水平為 MCE），PF為 50年倒塌率 1%.Liel等（2015）的研究表明，采用與規(guī)范中相同的c和β時(shí)，受俯沖帶地震影響的區(qū)域50年內(nèi)的倒塌概率在0.21%到0.62%之間變化，而在近斷層位置風(fēng)險(xiǎn)偏高，在某些情況下可達(dá)6%，故 Liel等（2015）建議在 ASCE7-10中考慮俯沖帶地震和近斷層效應(yīng).

圖1 美國(guó)西部基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的 1 s譜加速度抗震設(shè)計(jì)圖（引自ASCE，2010）Fig.1 Risk-targetedseismic design map of 1 s spectrum acceleration in the western United States （after ASCE，2010）

Douglas等（2013）以法國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范Eurocode 8為基礎(chǔ)，給出了法國(guó)大陸地區(qū)的以年10-5（對(duì)應(yīng)地震動(dòng)水平為50年超越概率10%）為目標(biāo)倒塌概率的PGA抗震設(shè)計(jì)圖（圖2）.該研究發(fā)現(xiàn)，與基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的方法在美國(guó)城市的應(yīng)用相比，目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致法國(guó)當(dāng)前的地震危險(xiǎn)性區(qū)劃圖有較大改變，也不會(huì)導(dǎo)致不同城市之間設(shè)計(jì)地震動(dòng)相對(duì)大小的變化.

圖2 法國(guó)大陸基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的 PGA 抗震設(shè)計(jì)圖（引自 Douglas et al，2013）Fig.2 Seismic design map of risk-targeted PGA in France （after Douglas et al，2013）

Allen 等（2015）討論了加拿大國(guó)家建筑規(guī)范（National Building Code of Canada）中所代表的地震風(fēng)險(xiǎn).為了便于比較，對(duì)Luco等（2007）基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)確定方法得出的地震動(dòng)值與2015年NBCC提出的地震動(dòng)值進(jìn)行劃分（50年超越概率2%）.對(duì)比結(jié)果顯示，在加拿大西南部，1.0 s反應(yīng)譜周期加速度的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)與一致危險(xiǎn)性地震動(dòng)的比值介于0.84到1.0之間.

Silva等（2016）采用適用于歐洲地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)百個(gè)結(jié)構(gòu)易損性模型和SHARE項(xiàng)目的地震危險(xiǎn)性結(jié)果，計(jì)算了歐洲地區(qū)的一般建筑結(jié)構(gòu)的地震風(fēng)險(xiǎn).假設(shè)在重現(xiàn)期為2 475年的地震動(dòng)下結(jié)構(gòu)倒塌概率為10%，對(duì)于兩個(gè)β值（0.6和0.8），他們發(fā)現(xiàn)在重現(xiàn)期為475年的設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度下結(jié)構(gòu)倒塌概率為10-3—10-2，并且基于損失估計(jì)，選擇c＝10-3，PF＝5.0×10-5，最終給出了歐洲地區(qū)新的基于風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)地震動(dòng)圖（圖3）.

圖3 歐洲大陸基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的 PGA 風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)圖（引自 Silva et al，2016）Fig.3 Risk coefficients map of risk-targeted PGA in Europe （after Silva et al，2016）

Vacareanu等（2018）對(duì)Luco等（2007）和Silva等（2016）提出的基于風(fēng)險(xiǎn)的參數(shù)取值在羅馬尼亞進(jìn)行了檢驗(yàn).與之前的一致危險(xiǎn)性地震區(qū)劃圖相比，基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得到的PGA發(fā)生了顯著變化.Vacareanu等（2018）計(jì)算了β＝0.8，c＝0.1和0.001條件下475年平均重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)PGA與PF＝2×10-4的風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)PGA之間的比值.對(duì)于較低的c，比值低于0.6，而對(duì)于較高的c，比值大于1.0.最后，考慮到475年和2 475年這兩個(gè)重現(xiàn)期，使用c＝0.1和c＝0.001分別給出了新的基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)圖.根據(jù)全國(guó)范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)分布，他們認(rèn)為，正如Silva等（2016）所建議的，使用c＝0.001會(huì)導(dǎo)致PF的分布不太現(xiàn)實(shí).

Iervolino等（2017）對(duì)整個(gè)意大利地區(qū)的地震風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，其結(jié)果表明：整個(gè)領(lǐng)土內(nèi)符合意大利抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的年倒塌風(fēng)險(xiǎn)介于10-5—2.02×10-4之間；對(duì)于單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其年倒塌風(fēng)險(xiǎn)介于10-5—6.35×10-3.

Taherian和Kalantari （2019）根據(jù)伊朗抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用的c＝0.01和β=0.8的倒塌易損性曲線，給出了伊朗地區(qū)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)圖.Taherian和Kalantari （2021）又以50年內(nèi)倒塌率為1%作為目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)PF，給出了兩種不同結(jié)構(gòu)（β＝0.6和β＝0.8）的地震風(fēng)險(xiǎn)圖，最后得出結(jié)論，即基于50年超越概率2%的地震動(dòng)水平進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致全國(guó)范圍內(nèi)更均勻的倒塌風(fēng)險(xiǎn).

Kharazian等（2021）采用不同的β和c對(duì)西班牙進(jìn)行地震風(fēng)險(xiǎn)分析，以評(píng)估不同參數(shù)取值對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果的影響.最終認(rèn)為當(dāng)β＝0.7，c＝3×10-4時(shí)得到的一般建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)與當(dāng)前的設(shè)計(jì)地震動(dòng)較為一致.

借鑒美國(guó)的做法，印度尼西亞抗震建筑規(guī)范SNI1726—2012也吸收了基于風(fēng)險(xiǎn)的理念（Sengaraet al，2016）.通過設(shè)定50年結(jié)構(gòu)倒塌概率1%和c＝0.1，該規(guī)范給出了0.2 s和1.0 s反應(yīng)譜周期的地震動(dòng)加速度值.考慮到代表印度尼西亞更廣泛地區(qū)的材料特性和其它相關(guān)因素，該規(guī)范采用的β值約為0.7.

近年來(lái)，已有部分學(xué)者開展了針對(duì)我國(guó)一般建筑結(jié)構(gòu)的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)確定的相關(guān)研究.例如：王叢和呂大剛（2020）基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和第五代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》給出的地震動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)我國(guó)一般建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向地震動(dòng)決策參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)分析；張萌和潘華（2022）探討了將“設(shè)計(jì)因子法”應(yīng)用于確定目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)，提出了反應(yīng)譜設(shè)計(jì)因子與地震動(dòng)形狀參數(shù)的擬合式，并計(jì)算編制出中國(guó)大陸地區(qū)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖，同時(shí)也針對(duì)適合我國(guó)國(guó)情的倒塌概率、失效風(fēng)險(xiǎn)水平、易損性標(biāo)準(zhǔn)差等幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的合理取值進(jìn)行了研究.

3 基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃的發(fā)展

根據(jù)前文對(duì)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖編制原理、方法及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況的分析與綜述，作者對(duì)基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)及存在的問題提出了以下相應(yīng)的見解與建議：

1） 采用基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以預(yù)先了解結(jié)構(gòu)達(dá)到特定性能水平（如不倒塌）的概率，使得在國(guó)土范圍內(nèi)達(dá)到地震風(fēng)險(xiǎn)一致的抗震設(shè)防目標(biāo).因此，這一抗震設(shè)計(jì)理念會(huì)被更廣泛地接受與應(yīng)用，基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖也會(huì)成為世界范圍內(nèi)越來(lái)越多的國(guó)家建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的選擇.未來(lái)我國(guó)地震區(qū)劃圖也必然會(huì)采用地震危險(xiǎn)性圖與抗震設(shè)計(jì)圖（或地震區(qū)劃圖）分開、并行發(fā)展的模式，在更科學(xué)、更細(xì)致、更全面地呈現(xiàn)國(guó)家地震危險(xiǎn)性的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)土抗震設(shè)防要求的區(qū)劃.同時(shí)，國(guó)際上興起的基于性能的設(shè)計(jì)，以及更加關(guān)注倒塌風(fēng)險(xiǎn)控制的基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)地震動(dòng)的設(shè)計(jì)理念，也將影響我國(guó)未來(lái)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展.為此，應(yīng)盡快將基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖的編制納入我國(guó)地震區(qū)劃業(yè)務(wù)，完善抗震設(shè)防要求體系，服務(wù)基于風(fēng)險(xiǎn)控制的抗震設(shè)計(jì)需求.

2） 基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖，針對(duì)的是設(shè)計(jì)規(guī)范中結(jié)構(gòu)失效防護(hù)所考慮的最強(qiáng)地震動(dòng)作用，因此，以最強(qiáng)地震動(dòng)為抗震設(shè)計(jì)中各級(jí)地震作用確定的基準(zhǔn)，是設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)發(fā)展的方向，體現(xiàn)的是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而提升國(guó)家重點(diǎn)保障的抗震設(shè)防目標(biāo)（如由生命安全提升為倒塌防護(hù)）.我國(guó)目前地震區(qū)劃圖以50年10%超越概率下的地震動(dòng)參數(shù)為基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)，與現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010）相配套，未來(lái)可以考慮過渡到基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖，適應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范可能的發(fā)展.

3） 合理確定結(jié)構(gòu)“可接受風(fēng)險(xiǎn)”，也即規(guī)范中考慮的最強(qiáng)地震動(dòng)的倒塌概率，對(duì)易損性函數(shù)的確定比較重要，也直接影響基于風(fēng)險(xiǎn)的地震動(dòng)的合理確定.我國(guó)當(dāng)前建筑的抗震設(shè)計(jì)尚未提出明確的“可接受風(fēng)險(xiǎn)”目標(biāo)，在大多數(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中只依靠來(lái)自于震例經(jīng)驗(yàn)的構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)抗倒塌性能，難以給出明確的可接受的倒塌概率.未來(lái)隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及國(guó)家以人為本的安全發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)及時(shí)發(fā)展基于最強(qiáng)地震動(dòng)作用下可接受失效風(fēng)險(xiǎn)的抗震設(shè)計(jì)方法，并與各類結(jié)構(gòu)的“可接受風(fēng)險(xiǎn)”目標(biāo)達(dá)成共識(shí).在編制基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖時(shí)，應(yīng)該對(duì)地震區(qū)劃圖適用的建筑或結(jié)構(gòu)“可接受”的倒塌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分的論證.

4） 地震風(fēng)險(xiǎn)對(duì)易損性函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差β的變化比較敏感.當(dāng)前國(guó)際上采用的標(biāo)準(zhǔn)差β值的范圍為0.5—0.8，各國(guó)都有所不同.在美國(guó)抗震設(shè)計(jì)圖編制中采用β為0.8或0.6，在歐洲這一數(shù)值偏高，這是由于不同地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)模型、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、服役情況等不同，建筑結(jié)構(gòu)易損性標(biāo)準(zhǔn)差的評(píng)估會(huì)存在一定差異，這會(huì)直接影響到各地區(qū)結(jié)構(gòu)地震風(fēng)險(xiǎn)水平的評(píng)價(jià).未來(lái)各國(guó)編制基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖時(shí)，會(huì)針對(duì)本國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的基本國(guó)情，采用各自國(guó)家適用的結(jié)構(gòu)易損性模型及標(biāo)準(zhǔn)差值.我國(guó)尚未提出能被廣泛接受的結(jié)構(gòu)倒塌易損性標(biāo)準(zhǔn)差值，也較缺乏針對(duì)我國(guó)國(guó)情開展的易損性標(biāo)準(zhǔn)差確定的研究.我國(guó)地域廣大，各地地震危險(xiǎn)性水平、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)生狀況、建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、建設(shè)工藝水平、建筑材料性質(zhì)等差異較大，必然導(dǎo)致易損性標(biāo)準(zhǔn)差的較大變化，因此，一方面要對(duì)我國(guó)全國(guó)和各地區(qū)適用的易損性標(biāo)準(zhǔn)差開展深入研究，另一方面也需要發(fā)展能夠采用不同易損性標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)編制基于目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的地震區(qū)劃圖的技術(shù)（張萌，2021）.