大型厂矿企业地震小区划研究——以仪征化纤厂区为例 Research in the Seismic Microzonation for Large Factories and Mines——Taking Yizheng Chemical Fiber Factory as an Example

doi:10.12677/AG.2014.41006

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Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2014, 4, 36-43

http://dx.doi.org/10.12677/ag.2014.41006 Published Online February 2014 (http://www.hanspub.org/journal/ag.html)

OPEN ACCESS

Research in the Seismic Microzonation for Large Factories

and Mine s —Taking Yizheng Chemical Fiber Factory as an

Example

Xiaosa n Tao, Weilin Yang, Zhibing Gao, Hongmei Qu

Institute of Earthquake Engineering for Jiangsu Province, Nanjing

Email: txs3880@163.com

Received: Jan. 10th, 2014; revised: Feb. 10th , 2014; acc epted : Feb. 2 0th, 2014

stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creati ve Commons At-

guarded by law and by Hans as a guar di an .

Abstract: Taking Sinopec Yizheng Chemical co., LTD. factory (hereinafter referred to as Yizheng Chemical Fiber Fac-

tory) as an example, the characteristics of seismic microzonation for Large Factories and Mines are studied. The re-

search demonstrated the seismic environment, borehole layout, engineering geological zoning, acceleration time history

synthesis, analysis of seismic effect, seismic microzonation, etc. According to the results of the site geological condi-

tions a nd a lot of seismic e ffects of Yizheng C hemical Fibe r Factor y, the factor y is divide d into three distr icts; the para-

meters of aseismic design for each district are also given, at the same time, and the seismic microzonation map and

seismic geological disaster zoning map are formu lated. By comparing the seismic microzonation results wit h some re-

lated seismic codes, this article points out some shortco mings i n the related seismic codes. The seismic microzonation

of large factories and mine s, and even town, district or c ity urb an, which is co nduci ve t o t he pl anning and construction,

improves the ability of society of earthquake prevention and disaster reduction.

Keywords: Large Factories and Mines; Engineering Geological Zoning; Analysis of Seismic Effects; Seismic

Microzonation

大型厂矿企业地震小区划研究

——以仪征化纤厂区为例

陶小三，杨伟林，高志兵，瞿红梅

江苏省地震工程研究院，南京

Email: txs3880@163.com

收稿日期：2014 年1月10 日；修回日期：2014 年2月10 日；录用日期：2014 年2月20 日

摘要：以中国石化仪征化纤股份有限公司厂区(以下简称仪征化纤厂区)为例，研究大型厂矿企业地震小区划特

征，论证了工作区地震环境、钻孔布设、工程地质分区、加速度时程合成、地震动效应分析、地震小区划分区

等。根据仪征化纤厂区的场地地质条件和大量的地震效应计算结果，将厂区分为三个小区，给出各小区的设计

地震动参数，同时编制了地震动小区划图和地震地质灾害小区划图。将地震动小区划结果与相关规范作了一些

比较，指出相关规范中一些不足之处。提出应对大型厂矿企业，甚至城镇、新区或城市市区开展地震小区划工

作，这有利于规划建设，提高社会防震减灾能力。

关键词：大型厂矿企业；工程地质分区；地震效应分析；地震小区划

大型厂矿企业地震小区划研究——以仪征化纤厂区为例

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1. 引言

强烈地震常常以猝不及防的突发性和巨大的破

坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社

会功能带来严重的危害。近几年发生的强震，都以血

的代价换来惨痛教训。历次震害表明，场地条件与震

害密切相关。

《中国地震动参数区划图》[1]给出了用于一般工

业与民用建筑的工程结构抗震设计的地震动参数，其

比例尺为 1:400 万，给出的是大范围内地震危险度的

平均估计(平均值)，它不能作为重大工程和可能引起

严重次生灾害工程的建设抗震设防依据。地震震害经

验表明，地震破坏作用在几百米、甚至几十米以内均

有显著差异。地震小区划针对具体场地做更加深入细

致的工作，针对性更强、考虑的因素更多、精度要求

更高，为具体规划区的抗震设防提供参数，从而受到

行政管理部门、工程界的高度重视并获得迅速发展。

地震小区划是社会、经济建设中的一项重要基础

工作，各级政府对此都很重视。近几十年，我国已有

不少城市开展了城市地震小区划工作，如南京市、广

州市、兰州市、上海市等。大型厂矿企业开展地震小

区划工作的尚不多，但此类企业占地范围广、仪器设

备多、次生灾害源多，同时人员密集、财产集中，一

旦遭遇地震破坏，会造成极其严重的人员和经济损失。

地震小区划工作有利于企业实施科学规划、抗震设计、

震害预测、抗震鉴定加固等，尤其是对引进重大项目

或特殊项目的抗震设计；有利于企业提高防震减灾能

力，在地震灾害预防、地震应急救援中，做到有的放

矢、有序高效，最终达到把地震灾害、经济损失、人

员伤亡减少到最低。

本文以仪征化纤厂区为例，研究这类地震小区划

的特征，并将地震小区划结果与相关规范作比较，指

出相关规范中的不足，进而建议大型厂矿企业尽早开

展地震小区划工作，以提高企业的防震减灾综合能力。

2. 工作区概况

仪征化纤为大型石化企业，位于江苏省仪征市，

南邻长江，北靠宁通高速公路，交通便捷。地震小区

划范围为其厂区，面积约 6 km2。

2.1. 地震环境

近场区为仪征化纤厂区边界外延 25 km范围。根

据近场区构造地貌特征，可将近场区划分为 6个主要

次级构造单元，即六合–全椒凹陷、高邮凹陷、江都

隆起、仪征凹陷、宁镇断块隆起及句容凹陷等，仪征

化纤位于仪征凹陷区内，长江从其南部通过。近场区

断裂构造较为发育，共有 8条主要断裂，这些断裂在

第四纪早、中更新世都曾有过较明显的活动。幕府山

–焦山断裂距仪征化纤最近，具有规模大、活动年代

新的特征，有发生中强破坏性地震的危险性，年代为

第四纪中更新世，长度约 100 余公里，但该断裂距场

地的直线距离有 12 km，已不会对场地的稳定性产生

直接影响。其余断裂距场地较远，对场地稳定性的影

响较小。

近场区位于华北地震区长江下游–黄海地震带

内，其震灾主要由近场区破坏性地震和中、远场强震

活动所引起。近场区地震活动是比较活跃的，其强度

在江苏陆地也是最高的，近场区历史上发生过 5次破

坏性地震，分别为 1624 年扬州 6级地震、1676 年扬

州4.75 级地震、1712年仪征 4.75 级地震、1872 年镇

江西 4.75 级地震、1930年镇江 5.5 级地震，其对本场

地的最大影响烈度为Ⅵ度。对场地影响最大的中、远

场强震是 1668 年山东郯城 8.5 级地震，影响烈度可达

Ⅶ度。1970 年1月至 2011 年12 月近场区共记录到

ML ≥ 1.0 级地震 116 次，最大震级为 ML3.6 级地震。

2.2. 工程场地条件

仪征化纤厂区地貌上为长江下游低山丘陵地区，

基岩埋深较浅且起伏较小，经过几十年的开发建设，

现厂区地表较平整开阔。

为全面了解和探测厂区工程地质条件，正确划分

工程地质单元，本项目收集厂区范围内现有 200 多个

钻孔资料，同时新布置 15 个钻孔。根据勘探结果、

土层特征、物理力学性质等，仪征化纤厂区地下 42 m

深度范围内岩土体自上而下可划分为 5大工程地质层，

若干亚层(表1)。

3. 研究方法

在充分收集、调查、分析厂区地震地质、工程地

质和水文地质资料的基础上，吸收最新科研成果，依

据《工程场地地震安全性评价》[2]要求，划分工程地

质单元，开展钻孔勘探、土动力性能测试等，结合场

地条件，建立模型进行地震危险性分析和场地地震动

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Table 1. Distribution of str ata in Yizhen g chemical fib er factory

表1. 仪征化纤厂区地层分布

层号

岩土层

① 杂色杂填土、素填土等

② 灰黄色粉质粘土、粉土、灰色粉砂等，划分 6个亚层

③ 灰黄色粉质粘土为主，划分 2个亚层

④ 细砂、粘质粉土混卵石、卵石混粗砂为主

⑤ 棕红色强风化泥岩、棕红色中风化泥岩

效应研究，最终给出地震小区划图和使用说明。

4. 钻孔布设

合理布设钻孔，是地震小区划工作中的一项重要

内容。钻孔布设的合理与否，直接影响到工作量、经

费投入、工作质量。

在充分收集、整理、分析仪征化纤厂区内的工程

地质、水文地质、地形地貌资料的基础上，在各工程

地质单元内均布置了控制性钻孔，共 15 个控制性钻

孔，并注意适当均匀分布。同时为提高工作质量，在

收集、整理的钻孔资料中，选择 29 个钻孔作为非控

制性钻孔以加密土层地震反应计算点。控制性钻孔均

钻入中风化基岩；非控制性钻孔均钻入卵石层，部分

钻入中风化基岩。

5. 工程地质分区

工程地质分区是一项重要的基础工作，直接影响

地震小区划成果质量。工程地质分区是基于不同地质

时代形成的地质地貌单元、岩土体成因类型、岩土体

结构类型等地质标志进行的工程地质分区的划分。

大型厂矿企业基础资料相对较多，应充分收集、

分析相关资料。首先根据已有资料进行工程地质单元

的初步划分，然后在不同的工程地质单元内进行场地

勘察，校正初分的工程地质单元的界线。采用“区内

相似，区际相异”的原则，将仪征化纤厂区划分为 3

个工程地质分区，即Ⅰ级阶地区、河漫滩区及坳沟区。

6. 地震动效应分析

6.1. 基岩地震动时程合成

依据区域及近场区地震地质和地震活动性的最

新研究成果，对影响仪征化纤厂区地震安全性的潜在

震源区进行划分(图1)，这与《中国地震动参数区划图》

[1]中的潜在震源区划分有差别，并确定地震活动性参

数，选取合适的基岩地震动衰减关系，对地震小区划

范围边界拐点和控制计算点进行地震危险性分析计

算。

根据地震危险性分析结果，将目标反应谱转换成

相应的功率谱，用三角级数叠加法，生成零均值的平

稳高斯过程，并乘以非平稳强度包络函数。在合成过

程中采用逐步逼近目标函数的方法，使合成的加速度

时程 a(t)精确满足于基岩地震动峰值加速度，近似满

足基岩加速度目标谱，并使相对误差小于允许误差。

鉴于大型厂矿企业占地范围较大，需要根据地震

地质和地震活动性的研究成果、地震危险性分析计算

结果等，确定是否需要将地震小区划范围分几个小区，

分别进行基岩地震动时程的合成。由仪征化纤厂区 23

个计算点(8 个边界拐点和 15 个控制计算点)基岩地震

动水平向峰值加速度结果可知，各计算点 50 年超越

概率 63%、10%、2%的基岩地震动水平向峰值加速度

值相差不大，结合地震地质和地震活动性研究成果，

仪征化纤厂区作为一个区域开展基岩地震动时程合

成。

50 年超越概率 63%、10%基岩地震动水平向加速

度时程各合成一组，加速度峰值统一取最大值(表2)。

各计算点 50 年超越概率 2%的基岩地震动水平向峰值

加速度值相差稍大(0.006 g)，也可以合成一组基岩地

震动加速度时程；本项目为提高工作质量，合成两组

50 年超越概率2%基岩地震动加速度时程，其峰值见

表2。不同设防水准下典型的基岩地震动加速度时程

见图 2。

6.2. 土层地震反应分析

土层地震反应分析是在已知的土层剖面、土层波

速和基岩地震动入射波的条件下，研究地表的地震动

特征，所需场地土的静、动力性能参数有：土层波速、

土的密度、动剪切模量及阻尼比与剪应变关系曲线等。

根据钻孔资料(15 个控制性钻孔和 29 个非控制性钻

Table 2. The maximum value of bedrock horizontal accelerat i on

表2. 基岩地震动水平向加速度时程峰值

50 年超越概率水准 63% 10% 2%

地震动水平向峰值加速度/g 0.032 0.106 0.201 (0.204)

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Figure 1. Regional delineation of potential seismic zone map

图1. 区域潜在震源区划分图

孔)，仪征化纤厂区共建立 44 个土层地震反应分析模

型，采用等效线性化方法考虑土体的非线性特性，利

用一维波动模型进行土层地震反应计算。

6.2.1. 土层地震反应分析模型

控制性钻孔的土层波速采用现场原位测试结果；

非控制性钻孔的土层波速缺少，将控制性钻孔的土层

波速按土类别分别进行统计回归，得到各类土土层剪

切波速 Vs随土层深度 D变化的统计关系式，其回归

公式见表 3。部分土层由于土层波速资料较少，不能

进行统计回归，可根据相近钻孔同类同深度土层的平

均剪切波速值补充。未钻入中风化基岩的非控制性钻

孔根据周边深孔资料进行了推测补充，从而使非控制

Table 3. The Vs-D regression analysis results of all kinds of soil

表3. 各类土的 Vs-D 回归分析成果

岩土类型

物理状态

经验回归方程

②-5 粉质粘土，灰、灰黄色 Vs = 98.29D0.226

③-1 粉质粘土，黄褐色 Vs = 139.93D0.164

③-2 粉质粘土，灰黄、褐黄色 Vs = 128.95D0.223

④-3 卵石混粗砂，黄褐色 Vs = −504.44 + 92.55D

− 3.31D2 + 0.04D3

性钻孔均进入中风化基岩，再根据统计关系，推测出

非控制性钻孔的土层波速。土层动剪切模量、阻尼比

与动剪应变关系曲线由室内动三轴试验确定，土层剖

面资料由岩土勘察单位提供。

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(a)

(b)

(c)

Figure 2. Accelerate time recording of the bedrock

图2. 基岩地震动加速度时程曲线

6.2.2. 地震反应计算

在确定土层的物理性质参数之后，再利用合成的

基岩地震动加速度时程进行地震反应分析。考虑到不

同样本地震动时程输入结果的离散性，每一概率水准

输入 3条基岩地震动时程进行计算。综合分析土层力

学模型地表的地震动加速度峰值和反应谱并作归准

化处理，最终得到 44 个计算点加速度反应谱及规准

谱。

7. 地震小区划

地震小区划包括地震动小区划和地震地质灾害

小区划。地震动小区划将编制仪征化纤厂区 50 年超

越概率 63%、10%、2%地表地震动峰值和反应谱小区

划各一套图表，以及地震动小区划图说明；地震地质

灾害小区划将结合场地条件对某种或某几种类型(如

砂土液化、软土震陷等)作重点分析，编制仪征化纤厂

区50 年超越概率 10%、2%地震作用下的地震地质灾

害小区划图和说明。

7.1. 地震动小区划

7.1.1. 地面峰值加速度 PGA小区划

任一超越概率水准下，各计算点的 PGA 都有一

定的差异，这主要来自于地震小区划范围内工程地质

条件的差异。三概率水准下，仪征化纤厂区各计算点

地表 PGA 的差别均远低于 20%，可以不用进行 PGA

分区，但 PGA 的差异将在设计反应谱小区划各分区

中体现。

7.1.2. 设计反应谱小区划

因各计算点岩土特性是不同的，故土层地震反应

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计算得到的地面加速度反应谱就会有差异，它反应出

不同场地条件对加速度反应谱的影响。根据控制性计

算点地表加速度反应谱的差异，并参考非控制性计算

点地表加速度反应谱的差异，地表加速度反应谱的差

异主要依据计算点绝对反应谱平台、反应谱曲线下降

的缓陡和特征周期，再结合场地工程地质单元分区资

料，可将仪征化纤厂区分成三个小区，分别用 S-1、

S-2、S-3 表示，分区的地表设计地震动参数见表 4，

并给出设计地震动参数小区划图和使用说明。

S-1 为I级阶地区，S-2、S-3 为坳沟区和河漫滩

区，这也充分说明场地条件对地震动参数影响显著，

二者有着密切的依存关系。

7.2. 与相关规范比较

7.2.1. 地震峰值加速度

仪征化纤厂区基本为 II 类建筑场地，中软土；仅

少部分河漫滩区为III类建筑场地，软弱土。厂区位于

中国地震动峰值加速度区划图[1]0.10 g区，即峰值加

速度在 0.090 g~0.139 g范围内。仪征化纤主要为建筑

Tab le 4. The parameters o f as eismic desig n for each district (λ =

0.05)

表4. 分区地表设计地震动参数表(阻尼比0.05)

分区

参数

不同概率水准的反应谱参数值

年

63% 50

年

10% 50

年

S-1

Amax(g) 0.049 0.144 0.257

αmax 0.127 0.374 0.668

Tg(s) 0.45 0 .5 0 0.6 0

βmax 2.60 2.60 2.60

γ 0.90 0.90 0.90

S-2

Amax(g) 0.052 0.156 0.276

αmax 0.130 0.390 0.690

Tg(s) 0.45 0 .5 0 0.6 0

βmax 2.50 2.50 2.50

γ 0.90 0.90 0.90

S-3

Amax(g) 0.051 0.145 0.254

αmax 0.128 0.363 0.635

Tg(s) 0.50 0 .6 0 0.7 0

βmax 2.50 2.50 2.50

γ 0.90 0.90 0.90

物和构筑物，鉴于《建筑抗震设计规范》[3]和《构筑

物抗震设计规范》[4]的地震影响系数标准形式基本类

似，故本文用《建筑抗震设计规范》[3]进行比较，仪

征化纤厂区建筑抗震设计地震动参数见表 5。44 个计

算点 50 年超越概率 63%的PGA 范围在 0.048 g~0.053

g，50年超越概率 10%的PGA 范围在 0.142 g~0.156 g，

50 年超越概率 2%的PGA范围在 0.252 g~0.278 g。

对比表 4和表 5可知，仪征化纤厂区峰值加速度

Amax 明显高于建筑抗震规范取值，提高 40.0%~48.6%；

参照中国地震动峰值加速度区划图[1]归档原则，仪征

化纤厂区由 0.10 g区提高到0.15 g区，抗震设防要求

已然提高一档。

7.2.2. 地震影响系数

由表 4可知，S-1 区设计地震动参数最小，本文

以S-1区地震影响系数曲线与建筑规范相比较(图3)，

可以看到，三概率水准下，S-1 区地震影响系数曲线

外包建筑规范地震影响系数曲线。

比较表 4和表 5可知，三概率水准下，S-1 区地

震影响系数最大值 αmax 明显大于规范值，而且高出很

多。特征周期 Tg方面，S-1 区特征周期大于规范值，

且不同概率水准下，特征周期是不同的。下降指数 γ

二者一致。

S-1 区和S-2 区均为Ⅱ类建筑场地，其地震影响

系数最大值和特征周期是不同的；S-3区包括 II 类建

筑场地和 III 类建筑场地。由此可见，同一类别建筑

场地的地震动特性也会有较大差别，所以规范中给出

的地震动参数只是场地特征参数的平均值。如果具体

到某一工程，计算结果可能与规范取值有较大的出入。

各类规范均充分利用当时的科研成果，代表了当

Table 5. The parameters of seismic design criterion for Yizheng

chemical Fiber factory (λ = 0.05)

表5. 仪征化纤厂区建筑抗震设计规范地震动参数值

(阻尼比 0.05)

特征参数

超越概率

年

63% 50

年

10% 50

年

Amax(g) 0.035 0.100 0.220

αmax 0.080 0.230 0.500

Tg(s) 0.35(II) 0.35(II) 0.40(II)

0.45(III) 0.45(III) 0.50(III)

γ 0.9 0.9 0.9

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(a)

(b)

(a)

Figure 3. The horizontal seismic influence coefficient curve

图3. 水平向地震影响系数曲线

时的科技认知，有其时效性和局限性。几年后，随着

资料的积累，案例的增多，以及相关科学研究的深入，

规范也需要修订完善。《中国地震动参数区划图》[1]

是2001 年颁布实施，《建筑抗震设计规范》[3]是2010

年颁布实施，近年来，世界各地发生了多次大地震，

获得很多地震资料，同时相关学科也取得新成果，目

前新一代《中国地震动参数区划图》正在制定中。

仪征化纤各项一般建设按表 5开展抗震设计，这

符合国家规定，但实际上造成建构筑物的抗震能力不

足，一旦遭遇破坏性地震，必然不能最大程度地减轻

地震灾害。地震小区划工作采用当前资料，运用最新

科研成果，故仪征化纤厂区抗震设防要求已由 0.10 g

区提高到 0.15 g区，相应的建构筑物设计地震动参数

也提高，这有利于仪征化纤规划建设，提高抗震能力。

7.3. 地震地质灾害小区划

地震地质灾害是指在地震作用下，地质体变形或

破坏所引起的灾害，包括地基土液化、软土震陷、崩

塌、滑坡、地裂缝和泥石流等地震地质灾害。对于人

口密集，经济发达地区而言，一旦遭遇破坏性地震的

袭击，严重的地震地质灾害以及由此引发的其他次生

灾害将导致巨大的人员伤亡和财产损失。

仪征化纤厂区抗震设防烈度为 VII 度，因该工程

为大型石化企业，一旦发生地震地质灾害，损失极其

严重，故对仪征化纤厂区按地震影响烈度为 VII 度和

VIII 度分别进行地震地质灾害评价，判别不同工程地

质单元内地震地质灾害类型及其分布，勾画出严重、

中等、轻微和无四种不同等级灾害的分区界限。并编

写地震地质灾害小区划图说明，说明各分区内潜在地

震地质灾害类型、程度及空间分布，介绍地震地质灾

害小区划结果的使用范围以及使用过程中要注意的

事项等。

8. 小结

从仪征化纤厂区地震小区划中，我们得到：

1) 大型厂矿企业占在范围大，可能涉及多个工程

地质单元，场地特性、各项地震动参数受场地条件影

响明显。大型厂矿企业建构物较多，必然开展过多次

岩土工程勘察工作，应尽量收集相关资料，仔细分析，

确保工程地质分区更细致、更合理、更准确。同时应

当补充一些钻孔，钻孔布设需要考虑地形地貌特点、

资料收集情况，以及建构筑物分布、重要工程或重点

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工程场点(含规划)、可能发生次生灾害工程场点、需

持续生产工程场点、工程地质分区、土质条件变化大

小、某区域资料多寡、钻孔密度等等，力争获取更多、

更有用的岩土信息，努力提高地震小区划质量。

2) 地震动效应分析时，应充分利用大型厂矿企业

钻孔资料多的优势，多建立土层地震反应计算模型，

以提高地震动小区划成果精度。大型厂矿企业地震小

区划采用与工程地质分区相结合的方法更适合，尽量

用地震动分区图法。为提高地震动小区划结果使用便

捷性，地震动小区划分区不宜过细，细微的差别不宜

过分强调，即地震动小区划分区数量尽量整合减少，

各分区用不同颜色标示，地震动小区划图附上分区设

计地震动参数表。

3) 在地震地质灾害评价中，大型厂矿企业场地问

题多样化，引起地基失效的因素较多，如滑坡、崩塌、

泥石流、砂土液化等。确定这些因素需要掌握大量水

文地质、工程地质资料，技术人员也要具备一定的经

验。同时应当按基本烈度、以及基本烈度提高一度，

开展地震地质灾害小区划分析，这样才更全面、更有

效。

4) 各类规范均充分利用当时的科研成果，代表了

当时的科技认知，有其时效性和局限性。地震小区划

工作能及时利用当前资料和科研成果，如潜在震源区、

地震活动性参数、地震动衰减关系、土层力学参数等

等，且充分考虑场地条件，从而使结果更符合实际。

地震小区划成果有利于土地规划、工程抗震设计。

综上所述，规范取值为统计平均值，并结合国情

作了调整，与场地条件结合不太紧密，是最低的抗震

设防要求。地震小区划针对具体场地做更加深入细致

的工作，针对性更强、考虑的因素更多、精度要求更

高。因此建议其他大型厂矿企业、城市尽早开展地震

小区划工作，以提高防震减灾综合能力。

参考文献 (References)

[1] 全国地震标准化技术委员会 (2012) 中国地震动参数区划图.

GB18306-2001.

[2] 中国地震局 (2012) 工程场地地震安全性评价. GB17741-2005.

[3] 国家质量监督检验检疫总局 (2010) 建筑抗震设计规范.

GB50011-2010.

[4] 国家技术监督局 (2012) 构筑物抗震设计规范. GB50191-

2012.