地震震级 、地震烈度 、抗震设防烈度

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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。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。
地震烈度是地震对某个地区的影响，震中高，越往外越低。震中烈度和震级有关。
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。
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。