ISO 19901-22026 海上结构物的特殊要求第2部分抗震设计标准立项发展报告

海上结构物的特殊要求第2部分：抗震设计StandardizationDevelopmentReport:SpecificRequirementsforOffshoreStructures—Part2:SeismicDesign摘要海上结构物作为海洋油气资源开发、海上风电及跨海交通等重大工程的核心载体，其抗震设计与安全评估直接关系到人民生命财产安全和海洋工程产业的可持续发展。随着全球海洋工程向深远海推进，结构物面临的抗震设计工况日益复杂，对国际标准提出了更高要求。ISO19901-2:2026《海上结构物的特殊要求第2部分：抗震设计》由国际标准化组织（ISO）于2026年7月13日发布，取代此前版本，成为全球海上结构物抗震设计的权威技术依据。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其与ISO19900系列标准的协同关系，重点分析了标准的适用范围、地震危险性评价方法、结构分析方法、性能准则及质量控制要求。报告指出，该标准充分吸收了近年来全球重大地震事件中海上结构物的震害教训，引入了基于性能的抗震设计理念，强化了非线性动力分析方法的工程应用规范，对提升我国海上结构物抗震设计水平、完善海洋工程标准体系具有重要参考价值。本报告旨在为行业主管部门、工程设计单位及科研机构提供标准实施的系统指引。关键词：海上结构物；抗震设计；ISO19901-2；国际标准；基于性能设计；地震危险性分析；海洋工程AbstractOffshorestructuresserveascorecarriersforoffshoreoilandgasdevelopment,offshorewindpower,andcross-seatransportationprojects.Theirseismicdesignandsafetyassessmentaredirectlyrelatedtothesafetyoflifeandpropertyandthesustainabledevelopmentofthemarineengineeringindustry.Asglobalmarineengineeringadvancestowarddeepandultra-deepwaters,theseismicdesignconditionsforstructuresarebecomingincreasinglycomplex,imposinghigherrequirementsoninternationalstandards.ISO19901-2:2026,"SpecificRequirementsforOffshoreStructures—Part2:SeismicDesign,"waspublishedbytheInternationalOrganizationforStandardization(ISO)onJuly13,2026,supersedingpreviousversionsandestablishingitselfastheauthoritativetechnicalbasisforseismicdesignofoffshorestructuresworldwide.Thisreportsystematicallyreviewsthestandard'sdevelopmentbackground,compilationhistory,coretechnicalcontent,anditscoordinationwiththeISO19900series,withemphasisonitsscopeofapplication,seismichazardevaluationmethods,structuralanalysisapproaches,performancecriteria,andqualitycontrolrequirements.Thereporthighlightsthatthestandardfullyincorporateslessonslearnedfromrecentmajorearthquakeeventsandintroducesperformance-basedseismicdesignconcepts,strengtheningtheengineeringapplicationofnonlineardynamicanalysismethods.ItprovidesvaluablereferencesforenhancingChina'sseismicdesigncapabilitiesforoffshorestructuresandimprovingthemarineengineeringstandardssystem.Keywords:Offshorestructures;Seismicdesign;ISO19901-2;Internationalstandard;Performance-baseddesign;Seismichazardanalysis;Marineengineering一、引言1.1研究背景海洋蕴藏着丰富的油气资源和可再生能源，是人类社会可持续发展的重要战略空间。随着全球能源需求持续增长和陆地资源日趋紧张，海洋工程在全球范围内进入快速发展期。海上固定式平台、顺应式塔架平台、浮式生产储卸装置（FPSO）、海上风电基础等各类海上结构物不断涌现，作业水深从浅海向深水、超深水延伸。地震是海上结构物面临的最具破坏性的自然灾害之一。在全球范围内，许多重要的海上油气产区位于地震活跃带，如我国渤海湾、南海海域，美国加利福尼亚沿岸，日本近海，印度尼西亚海域，以及欧洲的挪威海、北海等地区。历史震害表明，强烈地震可能导致海上结构物发生整体倾覆、关键构件屈曲或疲劳断裂、海床液化和海底滑坡等灾难性破坏，进而引发油气泄漏等次生灾害，造成巨大的经济损失和严重的环境污染。以2011年日本东北地方太平洋近海地震为例，地震引发的强震动和海啸对日本沿岸多个海上油气设施和港口结构造成了严重破坏。这一事件深刻揭示了既有抗震设计方法的局限性，推动了国际社会对海上结构物抗震设计标准的全面审视和修订。我国作为地震多发国家，南海海域地处欧亚地震带与环太平洋地震带交汇区域，渤海海域亦存在活动断裂带，海上结构物的抗震安全问题尤为突出。1.2标准体系概述ISO19900系列标准是国际标准化组织下设的"石油、石化和天然气工业用海上结构物"标准体系，为全球海上结构物的设计、建造和运营提供了全面的技术规范。该系列标准采用层次化结构：ISO19900作为通用要求，规定了海上结构物设计和评估的总体原则；ISO19901系列为特殊要求，针对特定设计要素（如载荷、抗震、材料、地质等）提供专项技术规定；ISO19902至ISO19906则分别针对固定式钢结构、混凝土结构、浮式结构和北极结构给出了具体设计要求。ISO19901-2作为该体系中专门针对抗震设计的规范性文件，与体系中其他部分紧密衔接。它与ISO19901-1（波浪、海流和风载荷）、ISO19901-3（上部结构）、ISO19901-4（地质与基础设计）以及ISO19902（固定式钢结构）等标准互为补充，共同构成了完整的技术链条。ISO19901-2:2026的最新修订，不仅是该标准自身的技术升级，也标志着ISO海上结构物标准体系在抗震领域的整体更新。1.3报告目的本报告旨在全面、系统地介绍ISO19901-2:2026《海上结构物的特殊要求第2部分：抗震设计》的立项背景、编制过程、主要技术内容和标准实施要点，为相关行业主管部门、工程设计咨询单位、科研机构和高等院校提供标准解读和参考。报告将重点分析该标准与前一版本相比的主要技术变化、标准编制过程中吸收的最新科研成果和工程实践，以及该标准对我国海上结构物抗震设计标准体系建设和工程实践的影响与启示。二、标准立项背景与发展历程2.1国际标准化组织及海上结构物标准化概况国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）成立于1947年，是全球最大的非政府性国际标准化机构，目前拥有160余个成员国。ISO下设众多技术委员会（TechnicalCommittee，TC），其中ISO/TC67"石油、石化和天然气工业用材料、设备和海上结构物技术委员会"负责石油天然气行业相关标准的制定与维护工作。ISO/TC67下设的SC7分技术委员会专门负责海上结构物标准的编制与管理，秘书处由挪威标准化机构（SN）承担。SC7的工作范围涵盖了固定式钢结构、混凝土结构、浮式结构以及北极结构的设计、建造和评估标准。这些标准在全球海洋工程领域具有广泛的影响力，被众多国家的行业规范和法律法规引用，也是许多国家制定本国标准的参考蓝本。2.2ISO19901-2的立项背景ISO19901-2首次发布可追溯至ISO19900系列标准体系的建设初期。随着全球海洋油气开发活动不断向地震活动区扩展，以及基于性能的抗震设计理论在地震工程领域的快速发展，ISO/TC67/SC7意识到有必要制定一项专门针对海上结构物抗震设计的国际标准。该标准的制定主要基于以下几方面的需求驱动：第一，填补国际标准空白。在ISO19901-2发布之前，海上结构物的抗震设计要么参照陆上建筑结构抗震设计标准，要么采用美国石油协会（API）推荐做法或挪威船级社（DNV）等船级社的规范。这些标准在适用对象、设计理念和荷载条件方面存在显著差异，无法充分反映海上结构物所处环境荷载与地震荷载耦合作用的特殊性。国际社会迫切需要一个适用于各类海上结构物抗震设计的统一技术框架。第二，反映海上结构物抗震设计的特殊性。海上结构物与陆上建筑在地震响应方面存在本质差异。首先，海上结构物处于海洋环境之中，除地震荷载外还需考虑波浪、海流、风等环境荷载的共同作用；其次，海上结构物的动力特性与陆上建筑截然不同——固定式钢质平台的自振周期通常在1至3秒之间，与地震波的主要周期范围存在耦合的可能性；再次，海上结构物基础多采用桩基，桩-土-结构相互作用对抗震性能的影响显著强于陆上建筑；此外，海上结构物的结构形式多样，从导管架平台、重力式平台到顺应式塔架和浮式结构，各有其独特的抗震设计考量。第三，吸收地震工程领域的最新研究成果。20世纪90年代以来，基于性能的地震工程理论在国际上取得了长足发展。美国率先在建筑抗震设计领域提出了基于性能的设计框架，随后日本、欧洲等国家和地区也相继开展了相关研究和标准制定工作。这些成果为海上结构物抗震设计理念的升级提供了坚实的理论基础。2.3ISO19901-2的编制历程ISO19901-2的编制工作大致经历了以下几个阶段：草案编制阶段（早期工作阶段）：ISO/TC67/SC7组建了专门的起草工作组（WG），由来自主要海洋工程国家的专家代表组成。工作组在系统调研各主要海洋工程国家海上结构物抗震设计规范的基础上，着手起草标准框架和技术内容。起草过程中，工作组充分参考了美国石油协会APIRP2A-WSD的抗震设计章节、挪威船级社DNV-OS-C101等既有技术文件。投票与修订阶段（中期工作阶段）：标准草案先后经历了委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段。在每一阶段，各成员国均可提出修改意见和投票表决。工作组需要对所有反馈意见逐一进行处理，形成一致意见后进入下一阶段。正式发布与后续维护阶段：经过多轮投票和修改，ISO19901-2得以正式发布。按照ISO的规定，所有标准需定期进行系统评审，根据评审结果决定是继续有效、修订还是撤销。ISO19901-2在此后经历了数次技术修订和确认，以适应技术发展和行业需求的变化。ISO19901-2:2026版本是在前一版本的基础上进行的系统性修订，充分吸收了近年来全球地震工程研究的最新成果和海上结构物震害经验，在技术内容上进行了全面更新。三、标准主要内容3.1标准的适用范围与目标ISO19901-2:2026适用于海上结构物的抗震设计，涵盖了钢质和混凝土质的固定式海上结构物，包括导管架平台、重力式平台、顺应式塔架等结构类型。标准的目标是确保海上结构物在地震作用下具备足够的抗力与延性水平，在强度水准地震（ELS）和延性水准地震（DLS）下分别满足相应的性能要求。具体而言，标准确立了两个层次的设计地震水平：-强度水准地震（StrengthLevelEarthquake,SLE）：对应年超越概率为10⁻²的地震动水平（重现期约100年），要求结构在该水准地震作用下保持弹性或基本弹性状态，不发生影响正常使用的结构损伤；-延性水准地震（DuctilityLevelEarthquake,DLE）：对应年超越概率为10⁻⁴至10⁻³的地震动水平（重现期约1000至10000年），允许结构进入塑性阶段，但要求结构不发生整体倒塌或倾覆，关键构件和延性构件应具备足够的变形能力以耗散地震能量。这一设计理念与陆上建筑抗震设计中的"小震不坏、中震可修、大震不倒"原则具有内在的一致性，但在具体的概率水准和性能指标上充分考虑了海上结构物的特殊性和风险接受水平。3.2地震危险性评价标准要求对场址进行系统的地震危险性分析，以确定设计地震动参数。地震危险性分析可采用确定性方法（DSHA）或概率性方法（PSHA），或两种方法相结合。在概率性地震危险性分析方面，标准要求考虑场址周边的地震构造环境和活动断层分布，建立适当的地震活动性模型，包括断层震源模型和面震源模型。地震动衰减关系的选择应充分考虑场址所在区域的地震构造特征和地质条件，优先选择基于区域强震观测数据建立的衰减关系。对于缺乏区域衰减关系的地区，标准允许采用全球性衰减关系并对其进行适当校正。标准特别强调了对近断层效应（near-faulteffects）的考虑，包括方向性效应（directivityeffects）和永久位移效应（flingstepeffects）。近断层脉冲型地震动对长周期结构具有显著的破坏作用，海上结构物自振周期较长，这一效应尤为值得关注。标准给出的设计反应谱以5%阻尼比为基准，提供了水平向和竖向的设计反应谱参数取值方法。对于重要结构或特殊场地条件，标准要求开展场地地震反应分析，考虑土层对地震波的放大或滤波效应。3.3结构分析要求ISO19901-2:2026对结构分析方法提出了明确要求，允许采用以下方法进行抗震分析与设计：等效静力法（EquivalentStaticMethod）：适用于结构简单、动力特性明确且规则性较强的结构。该方法将地震作用等效为静力荷载施加于结构，适用于结构基本周期较短、高阶振型影响不显著的情况。反应谱法（ResponseSpectrumMethod）：这是目前海上结构物抗震设计中应用最广泛的方法。标准要求采用多振型反应谱法进行弹性地震反应分析，组合各振型的贡献时应采用适当的振型组合规则（如CQC法或SRSS法）。反应谱法适用于SLE水准下的结构弹性分析。非线性静力分析法（NonlinearStaticProcedure,NSP）：即推覆分析（PushoverAnalysis），适用于评估结构在DLE水准下的非线性行为。该方法通过在结构上施加逐步增大的侧向荷载模式，追踪结构从弹性到塑性的全过程响应，从而评估结构的延性能力和失效模式。非线性动力分析法（NonlinearDynamicAnalysis,NDA）：即时程分析法，适用于重要结构、复杂结构或地震动特性特殊的场址条件。标准要求选择适当数量的地震动记录（实际记录或人工合成波）进行时程分析，地震动记录的选取应与目标反应谱在统计意义上相匹配。标准对不同分析方法的使用条件、建模要求、分析参数选取和质量保证措施都给出了详细规定，以确保分析结果的可靠性和一致性。3.4设计准则与性能要求在SLE水准下，结构构件应按弹性设计原则进行强度和稳定性验算，采用容许应力设计（WSD）或荷载抗力系数设计（LRFD）方法。荷载组合应考虑地震荷载与其他环境荷载（风、波浪、海流）的合理组合，标准给出了明确的荷载组合系数。在DLE水准下，结构应通过延性设计实现地震能量的耗散。标准引入了延性等级的概念，将结构构件分为延性构件和脆性构件。延性构件应具有良好的变形能力和滞回耗能特性，在强烈地震作用下允许进入塑性阶段；脆性构件则应在设计中采取保守措施，防止其在地震中发生突然失效。标准还针对不同类型的结构形式（导管架平台、重力式平台、顺应式塔架、浮式结构）分别给出了相应的抗震设计规定和构造措施要求。对于桩基础，标准着重强调了桩-土相互作用效应以及液化对桩基承载力的影响评估要求。3.5与其他标准的衔接ISO19901-2:2026与ISO19900系列其他标准的衔接逻辑清晰明确。ISO19901-2作为专项技术标准，其规定的抗震设计方法和要求须与ISO19900（通用要求）规定的设计原则和极限状态体系保持一致；具体的构件设计方法须遵循ISO19902（固定式钢结构）或ISO19903（混凝土结构）的相应规定；荷载确定须参考ISO19901-1（波浪、海流和风载荷）的相关内容；基础设计须与ISO19901-4（地质与基础设计）协调。这种清晰的层次结构和标准间的有机衔接保证了整个标准体系的系统性、一致性和可操作性。四、标准修订背景与技术发展4.1修订的必要性ISO19901-2:2026版本是对上一版本的系统修订。修订的必要性主要体现在以下几个方面：重大震害经验的启示。2011年日本东北地方太平洋近海地震和2016年新西兰凯库拉地震等事件，为海上结构物抗震设计提供了宝贵的震害资料和教训。这些震害暴露了既有设计方法在地震动输入、结构分析模型和性能评价等方面存在的不足。抗震设计理论的进步。近年来，基于性能的地震工程（PBEE）理论不断完善，FEMAP-58等新一代评估方法的发展推动了抗震设计从传统的力设计向位移设计和能量设计方向拓展。FEMA（美国联邦应急管理署）和PEER（太平洋地震工程研究中心）