雪和地震荷载的组合

作者：Ｊｏｓｅｐｈ　Ｄ　Ｓｃｈ。ｌｚｅ（荚）　译　杨用红校　了　／　暑Ｉ　富　在确定地震力时，若同到应有多少厦面雪荷载　需要包括在恒载内，有时会得到如下的回答：“除　非能确保在冬季不会发生地震，否则在确定地震力　时，设计的置面雪荷载应百分之百地包括在恒载　内。”如果这种说法被某些建筑官员认为是正确合　理的话．这对结构工程师就带来严重的问题。按统　建筑规范（ＵＢＣ）要求．房屋的侧力应为与结构　全部重量直接成正比的惯性力。在轻型的低层房屋　中，设计的屋面雪荷载就成为结构重量中的很重要　的部分，在中等和严重降雪地区，经常会超过屠面　恒载。要求包括在恒载内的雪荷载的百分比愈大，　总的设计侧力也就愈大。较大的设计侧力和总的额　爱ｌ效应就要求抗侧力体系的强度和刚度增大，从而　也提高了建设造价。　１９９７年的ＵＢＣ第１６３０．１１节的第３款这样说　道：　当设计雪荷载超过３０ｐｄ（１　４４ｋＮ／ｍ２）时，　设计雪荷载应干考虑在内，但经房屋建筑官员批　准．可依据场地、外形和荷载的持续期至多可折减　７５％。　其结果是在确定地震力时，包括在恒载中　的雪荷载的多少就成为建筑官员在有效的资料、以　往的经验、当地的气象知识的基础上，并按其十人　“适度标准　的非常主观的判断。　在确定地震力时。在恒载中如何给出应包括的　设计屠面雪荷载，本文对此提供一十合理的方法。　在地震设计时，应包括的雪荷载值将根据与预定地　面雪荷载不同百分比同时出现的“设计”地震事件　的一十可接受的年超概率来确定。　叠荷藏的鼻牢　预定的雪荷载在西部各州通常是对有效的历史　资料采用对数皮尔逊Ⅲ型的统计分析确定。取自国　家气象服务机构（ＮＷＳ）和土壤保护服务机构　（ＳＣＳ）记录站的历史资料应认为是有代表性的。　３２　预定的地面雪荷载通常是根据５０年的平均重现期　确定。因此，预定的雪荷载本身在任何的年份内有　２％的机会被超过。　地震荷载的概率　由ＵＩＫ；确定的地震划区是　地面加速度期望　峰值的概率近似相等的原则为依据的，也就是说由　ＵＢＣ等效删力方法确定的设计地震是根据与各地　震区地面运动的最大水平对应的地面加建度有效峰　值确定的。该加速度有效峰值在５０年内被超过的　机会为１０％。地震４区的设计地震力要比地震２区　大。但在各区内设计地震的发生概率是大致相同　的。　设计地震并非“最大可信度”的地震，在某些　地区内，最大可信度的地震可能比设计地震大很　多．然而。在结构寿命期内出现最大值的事件．其　概率是十分小的。　雷和地震组合荷藏的■率　两个独立事件同时出现的概率是两个单独事件　概率的乘积，因此设计地震与最大的顶定雪荷载在　同一时刻出现的机会是极小的。倒如，对一给定的　场地，从历史上取得的每年冬季６十月的降雪记　录。与５０年预定地面雪荷载同时发生设计地震事　件的年概率为：　０　０２×６／１２×０．１０／５０＝０．００００２或Ｉ　５００００　应当指出雪和地震组合事件的年概率实际上是　个平均年概率，因为降雪通常是限制在整年度的　鞍小的时段内，组合事件的实际概率在冬季时较　高．因而在不降雪的月份内就较低。最大雪和设计　地震事件的组合年概率虽然很小，但不为零。因　此。若当冬季在某个降雪地区发生地震的话，此时　就很可能在屋面上会出现一定数量的鸳。　地震设计应包括的■荷藏百分比的确定　在确定地震力时。屋面雪荷载包括在恒载中的　彗　业　卑　ｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com

适当量值的合理确定方法应建立在一个可接受的年　超越概率或风险水平上。该方法曾在由犹太州结构　工作师协会（ＳＥＡＵ）出版的“犹太州雪荷载研究”　（１９９２）中提出．下面将用它来比较两个西部的场　地：爱选荷州的Ｃｏｅｕｒ　ｄ’Ａｌｅｎｅ和华盛顿州的　Ｓｔｅｖｅｎｓ　Ｐａｓｓｏ　屋面雪荷载通常由预定的地面雪荷载乘以暴露　系数后得出。有效的历史数据是对地面雪荷载而　言，没有换算为屋面雪荷载。因为屋面雪荷载是与　地面雪荷载成正比的。应用地面雪荷载不会改变超　越概率的确定。　该方法应用有效的历史记录确定被记录的地面　雪荷载超过５０年预定地面雪荷载２５％，５０％和　７５％的出现次数或月份数。这两个场地的历史数据　都来自国家气象服务机构（ＮＷＳ），提供的是以英　寸计算的雪探。为了能将预定的地面雪荷载与记录　的深度对照，必须作出深度一荷载的换算。虽然雪　的密度可能变化很大，在“爱达荷州地面和屋面雪　载”（Ｓａｃｋ和Ｓｈｅｉｋｈ－ｔａｈｅｒｉ　１９８６）中提出的落基　山密度换算可用来计算预定地面雪荷载２５％．　５０％，７５％和１００％的等效深度。落基山密度换算　是根据在西部各州３０００个ＳＣＳ雪观测站的数据点　作出的．是一个双线性曲线．在图１中可见，它不　是真正的密度而是深度一荷载的关系曲线。　Ｉ　Ｉ１　　Ｉ　ｌ　｛　ｌｌ　　／　／　　ｌ１　／　　ｌｙ　Ｉ／　【　ｌ　／Ｉ　｝－　＿一　Ｉ　／ＩＩ　　１　Ｉ／　Ｉ　』　　Ｉ｛　２　３６　‘：　１　ｇ　Ｉ　ｌ　／　ｌ　［　Ｉ　ｌ　／　Ｉ　『　｛　Ｉ　【　Ｉ　０ｆＪｋ　ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ１　　Ｉ／　［　Ｉ　【Ｉ　ｉ　ｌ　０　１　３　２Ｃ　３０　４０柏曲７Ｏ　８０　９０　１“　雪　．ｈ　Ｉｉｎ｝　圈１一落基山地区密度换算　必须指出，对于设计地震．地震事件发生在很　短的持续期内．通常是几秒种，最多是几分钟。因　此．最台适的数据应参照日降雪的历史记录。该方　法计算年超越概率采用历史记录中每个月份的最大　雪荷载记录值是属保守的。而实际上最大雪荷载值　仅在月份内很短时一段时间内出现。此外，该方法　没有考虑当出现地面雪荷载时屋面没有雪的情况．　因而是偏于保守的　爱选荷州的Ｃｏｅｕｌｇ　ｄ’Ａｌｅｎｅ爱达荷州的Ｃｏｅｕｒ地面雪碡馥　　ｄ’ａｌｅｎｅ为海拔２１８７英尺∞　（６６６．６ｍ）的中等降雪　∞　曲　∞　柏　舶　帕　∞　地区．预定的地面雪荷载为６０磅每平方英尺　（ｐｓｆ）。国家气象服务机构对Ｃｏｗ，ＨＩ＂ｄ’Ａｌｅｎｅ的有效　数据是从１９３５年至１９８６年．其中丢失少量月份和　１９７０整年的数据。雪深的记录从十一月份到三月　份，由于十一月份记录的次数很少而且雪量很小，　因此只考虑十＿－Ｅ份到三月份。根据记录的数据对　预定地面雪荷载２５％，５０％。７５％和１００％确定超　越概率各为１６．９％．４％．２％和１％（见表１）。　表１－－超越概率一爱选荷州的Ｃｏｌｌａｒ　ｄ’ｓｋｌｅｌｌｅ　｛海拔２，１８７’）【ＮＷＳ资料，ｌ９３ｓ一１９８６）　以％Ｐ｜超越地面■荷戢Ｐｆ＝砷　的出现次敷　％　ｌ２月　１月　２月　３月　全部　２５％　５　１４　１３　２　３４　５０　９６　０　３　５　０　８　７５９６　０　２　２　０　４　１（１０％　０　１　ｌ　０　２　全部观测敦　５１　４９　５０　５１　２０１　超越２５％Ｐ。３４／２０１＝０．１６９　１６．９９６　超越５０％Ｐ。８／２０１＝０．０４　４．０９６　超越７５％Ｐ。４／２Ｏｌ＝０．０２　２．０９６　超越１００％Ｐ　２／２０１—０．０１　ｌ　０９６　那末．设计地震　（件与地面雪荷载给定百分比的组　合年概率如下：　地震＋２５％雪　０．１６９×４／１２×０．１０／５０＝　０　０００１１３或ｌ：８８７６　地震＋５０９６雪０　０４×４／１２×０．１Ｏ／５ｏ＝　０　００００２７或ｌ：３７５００　地震＋７５９６雪０．０２×４／１２　ｘ　０．１Ｏ／５ｏ＝　０．００００１３或ｌ：７５０００　地震＋１００％雪　０　０２×４／１２×０．１Ｏ／５Ｏ＝　０．００００１３或ｌ：７５０００　地震彝件加上１００％雪荷载的年概率是采用原　来规定的在５０年重现期基础上２％的概率，而不　是取自历史资料所得的概率。要注意到地震事件加　７５％雪荷载的计算概率与地震事件加１００％雪荷载　３３　维普资讯 http://www.cqvip.com

的值相同。这可能是由于只有５１年的数据。观察　到的地面雪荷载超过７５％预定值的出现次数很少，　这样少的数量。增加或减少一次，对计算概率的影　响就很明显。当历史资料增加。地震事件加７５％　雪荷载的计算概率将会小于地震事件加１００％雪荷　唆的概率。　区。预定的地面雪荷唆为４００磅每平方英尺（ｐｓｆ）　国家气象服务机构对Ｓｔｅｖｅｎｓ　Ｐａｓｓ的有效数据是从　１９５１年至１９９２年。其中仅丢失少量月份的数据。　雪撵的记录从十月份到六月份。根据记录的数据对　预定地面雪荷载２５％，５０％，７５％和１００％确定超　越概率各为６１，２％。３０．２％，９．８％和１，Ｉ％（见　表２）。　华盛颤州的ｓ　ｒ蚰ｓ　Ｐａｓｓ华盛顿州的Ｓｔｅｖｅｎｓ　Ｐａｓｓ为海拔４０６０英尺（１２３７．５ｍ）降雪很大的地　衰２一超越概率一华盛颤州的ｓｔｅ’　Ｍ　Ｐａｓｓ　（海拔４０６０’）（ＮＷＳ资料。１９Ｓｌ一１９９２）　以％Ｐ｜超越地呵■荷戢Ｐ．＝４ｏｏｐｓｆ的出现次数　％尸．　２５％Ｐ｜　５０％Ｐ．　１０月　０　０　１１月　２　０　ｌ２月　２５　２　１月　３６　ｌ９　２月　３９　２１　３月　４０　３０　４月　３９　２５　５月　３２　１０　６月　６　１　垒部　２ｌ９　ｌｏ８　７５％尸．　１００％Ｐ｜　全部观髑敷　０　０　３７　０　０　４２　０　０　４１　５　０　４０　７　ｌ　４１　１２　２　４１　８　１　４１　３　０　３８　０　０　３７　３５　４　３５８　５００的机会被超过。虽然没有已知的标准来确定雪　超越２５％　２１９／３５８＝Ｏ，６１２　６１．２％　和地震组合事件可接受的年概率。我们考虑采用１：　１０００作为可接受的年风险。以此年风险水平，地震　计算时应包括的雪的量值对￣）ｅＩＬＴ　ｄ’ＡＩｅｎｅ可取　７％．对ＳｔｅｖｅｎｓＰａｓｓ可取２３％（见图２）。若按ＬＴＢＣ　超越５０％Ｐ．１０８／３５８：０．３０２　３０．２％　超越７５％Ｐｌ　３５／３５８＝０．０９８　９．８％　超越１００％　４／３５８＝Ｏ，０１１　Ｉ．Ｉ％　那末。设计地震事件与地面雪荷载给定百分比　的组合年概率如下：　地震＋２５％雪　０，０００９２或Ｉ：１０８７　０．６１２×９／１２×０．１０／５０＝　要求的在地震设计中应包括的雪荷载最小为２５％。　它相当于对ＣＡ￣ｅＬＩＩＰ　ｄ’ＡＩｅｎｅ年超越概率为１：８８７６。　而对Ｓｔｅ哪Ｐ蛐为１：１０８７。　地震＋５Ｏ％雪　０．３０２×９／１２×０．１０／５０：　Ｏ．０００４５或１：２２２２　地震＋７５％雪　０．０００１４７或１：６８０３　０．０９８×９／１２×０．１０／５０：　地震＋１００％雪　０．００００３或１：３３３３３　０　０２×９／１２×０．１０／５０：　两个地点的年超越概率如图２。　可接受的年概率　不能保证由于地震事件房屋免于倒塌或人免于　死伤。为取得零风险而设计建设房屋的造价是十分　昂贵的．然而社会通过建筑规范试图对生命安全与　有限风险的经济造价之Ｉ可作出平衡。　前面说过，预定的地面雪荷载在任何一年内有　２％或１：５０的机会被超过，设计地震是在５Ｏ年内　有１０％的机会被超过．或在任何一年内近似有１：　３４　％地面雪１胄蕺　圉２－－设计地震事件和地呵■荷藏　不同百分比的年超越蠢率　维普资讯 http://www.cqvip.com

结论　对于“强度　设计，ＡＳＣＥ７—９５（１９９５）采用　前面给出的方法可根据特定地点的历史资料．　下述的地震和雪荷载的组合式：　用来计算设计地震事件与不同百分比的预定地面雪　１．２Ｄ．＋１．０ＥＤ＋０．５ｋ＋　．２ｓ．　荷载同时出现的年超越概率。当方法应用在两十西　式中：　部地区，各为中等和严重程度的降雪地区，计算表　ＤＤ一标准的或规范规定的恒载；　明．在年风险为１：１０００的假定下．地震设计应包　ＥＤ一标准的或规范规定的地震荷载；　括的雪荷载百分比对每个地点都小于２５％。该特定　ｋ一标准的或规范规定的活荷载；　地区应用的结果可以归纳得如下类似的结论，即地　ｓ口一标准的或规范规定的屋面雪荷载。　震设计时包括２５％的设计屋面雪荷载，对西部大部　Ｅｕ岫ｒ唧ｏｄ和Ｒｃｅｏｗ，ｓｋｙ（１９９６）应用概率的荷　分地区将是保守的，尤其是雪荷载是中等的地区。　载模型方法，确认雷和地震荷载组合时采用２０％的　该结论与Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅ和Ｓｐｅｅｋ（１９９２）的发现　屋面雪荷载是合适的。　也很类似，他们对地震设计时应包括的雪荷载是根　包括ＵＢＣ的规定，对屋面雪荷载超过３０ｐｄ的　据恒载和雪载的组合下基底剪力设计的超过越概率　地区．计算地震力的屋面雪荷载最小取２５％，这对　与５０年内设计峰值地面加速度超越概率１０％相等　有些结构工程师和建筑官员来说．根据他们过去的　的条件确定。在东西地区诸多地点的统计分析的结　经验还有些“不安全”。然而，根据历史资料的合　果的基础上，建议在确定地震力时，包括在恒载中　理分析以及其他有关的概率分析．说明对大部分地　的预定的地面雪荷载取２０％。他们还认为采用　区．在确定地震力时包括２５％的屋面雪荷载实际上　２０％的预定地面雪荷载已经是保守的了，不再需要　是很保守了。　当地建筑官员的审批。　（原文载干美国（建筑标准＇１９９８年第２期）　中国工程建设标准化协会主办　中国建设标协电气工程委员会华东联络部协办　’９９全国电气、消防、给排水及建材产品展览会　将于１９９９年４月２１－－２３日在上海科学会堂｛上海南昌路４７号）举办　展出内窖：１．高低压电器、电机、开关柜、控制柜、保护柜、直流柜；２．通讯设备、自动监控系　统及综合布线；３．照明设备、节能设备、灯饰灯具；４．电缆、电缆附件、电缆桥架及保护管；５．电气及　热工、给排水测量仪表；６．消防设备与材料（报警、控制、灭火、防火材料及涂料）；７．给水排水用金属　及非金属管材、管件，各种水龙头、地漏、厨房及卫生间设备；８．各种水泵、阀门、减振器，给水设备、　水箱、给水净化，消毒设备　软化除盐及防腐涂料等；９．冷却塔及循环水、中水设备　泳池水处理设备；　污水处理及污泥脱水设备及各种水处理器材、药剂、填料；１０．燃油、燃气热水锅炉、换热器、燃气热水　器、电热水器；１１．建筑材料与制品：新型建筑材料、装饰装修材料、化学建材、防水防火材料、保温材　料；建筑陶瓷、建筑涂料、型钢龙骨、玻璃制品、石材、瓷砖、马赛克、壁纸；各种钢、铝、塑料型材及　门窗．建筑五金配件等。　二、展出形式；以展板（含图表）、模型和小型实物为主，也可采用录像等形式展出，展板９０ｅｍ×　１２０ｃｍ自行制作。　三、参展手续；参展单位请按要求填写参展申报表，于１９９９年３月１５日以前．用传真或快件寄至大　会秘书处，同时将参展费等一起寄来。参展申报表可向大会秘书处索取。　四、收费标准：标准展位２ｍ×２ｍ收费３０００元／展期；参会代表住宿可由大会统一安排，费用自理ｃ　大会秘书处地址：北京百万庄建设部内中国工程建设标准化协会（邮编１００８３５）　联系人；陆思明张宏声电话：（ｏｌｏ）６８３９４０１２　６８３９４１０２　传真；（０１０）６８３９４０１２　开户行：北京工商银行百万庄分理处帐号：０１４－－１４４４３６－－５７户名：中国工程建设标准化协会