50年一遇=50年遇一次?——結構工程師應當知道的風速常識之四


“50年一遇”和“50年重現期”含義相同,是指某一事件出現或發生的平均時間間隔。
第一、所謂的“多長時間一遇”是一種平均概念。
“50年一遇”只是在統計意義上的“平均50年遇到一次”,而不是絕對化的“50年肯定遇到一次”或“49年肯定不會遇到”。
第二、重現期是和該事件發生的概率有關系的。
關于第二點,我們從數學角度做一個說明,對于公式不感冒的童鞋可以直接跳過本段了。
對于總體中獨立的樣本,一個事件(如X>x)首次出現的概率服從幾何分布,即第t次試驗時事件才首次出現的概率為:

其中,p為事件出現的概率,1-p為事件不出現的概率。將試驗表示為時間間隔,則一個事件出現后再次出現的時間間隔是隨機變量T,其數學期望值可以表示為:

由此可見,重現期雖然是一個時間概念,但實際上是和該事件的發生概率有關的。年超越概率2%的荷載值,其對應的重現期就是50年;而年超越概率1%的荷載值,對應的重現期則為100年。所以,重現期本質上反映的是荷載的取值大小:重現期越長,荷載的年超越概率就越低,荷載的取值就越高。
以我國《建筑抗震設計規范》GB50011-2010(2016年版)對抗震烈度的定義來說明。在定義建筑結構的抗震設防標準時,采用了設計基準期(50年)內的超越概率和重現期兩個概念,將設計基準期內超越概率63%的地震稱為“眾值烈度”地震或“小震”,其重現期為50年;將超越概率10%的地震稱為“基本烈度”地震或“中震”,其重現期為475年;將超越概率2%~3%的地震稱為“罕遇烈度”地震或“大震”,其重現期為1600~2400年,如下圖所示。上述地震大小的定義與我國建筑結構“三水準”、“兩階段”的抗震設計方法是相適應的。
“重現期475年”和“設計基準期內超越概率10%”其實是同一件事情的兩種表達方法。重現期475年等于年超越概率0.21%,則在50年設計基準期內的超越概率為:

針對小震和大震也可以用同樣的計算方法,有興趣的童鞋可以算一算。

“小震”、“中震”和“大震”對應的超越概率
簡單小結一下:
第一、“50年一遇”等于“50年遇一次”從平均意義上講是正確的,但是今年出現50年一遇的臺風,明年仍然有可能出現。
第二、重現期和年超越概率成反比,它代表的是荷載的取值大小,重現期越長則荷載的取值越大。
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