建筑抗震設(shè)計概述

摘要：本文對地震的成因及建筑的抗震設(shè)計作一概述，使人們對建筑抗震設(shè)計有一個初步而又正確的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：地震理論、建筑抗震設(shè)計

我國的城市化建設(shè)非常迅速且規(guī)模巨大，人們大量涌入城市成為其中的一員。地震作為一種破壞性很強的自然災(zāi)害，對建筑結(jié)構(gòu)安全的影響尤其重大，也直接關(guān)系到每個人的安全。本文在這里就建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計作一概述，使人們對建筑抗震設(shè)計有一個初步而又正確的認(rèn)識。

1、地震理論概述

我國處于世界兩大地震帶，東部的環(huán)太平洋地震帶和西部、西南部的歐亞地震帶之間，據(jù)統(tǒng)計我國大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。因此我國是一個多震國家。建筑的抗震設(shè)計非常重要。

地震多發(fā)生在距地表幾十公里內(nèi)的地殼層和地幔層的上部。按成因地震可分為四種類型：構(gòu)造地震、火山地震、沖擊地震、誘發(fā)地震。其中構(gòu)造地震占絕大多數(shù)。地震的破壞程度與震級、震源深度都有關(guān)系。震級是地震發(fā)生強度的一種度量，地震越強，震級就越大。震級相差一級，能量相差約30倍。地震震級和地震烈度不同，震級代表地震本身強弱，烈度表示同一次地震在地震波及的各個地點所造成的影響程度，它與震源深度、震中距、方位角、地質(zhì)構(gòu)造以及土壤性質(zhì)等因素有關(guān)。一般來說震級越大、震源越淺、震中距越近，地震烈度越大。

2、建筑抗震理論分析的進程

1、擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10～40年代發(fā)展起來的一種理論，它在估計地震對結(jié)構(gòu)的作用時，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性，地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（地震系數(shù)）。

2、反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在20世紀(jì)40～60年代發(fā)展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)。是美國的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。

3、動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年代廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展基于60年代以來電子計算機技術(shù)和試驗技術(shù)的發(fā)展，以及人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解。同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成建筑抗震設(shè)計工作。

3、建筑抗震設(shè)計

3.1建筑的抗震措施

在建筑的抗震設(shè)計中，除要考慮概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震驗算外，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性（限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用）等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗一直是各國規(guī)范重視的問題。當(dāng)前，在抗震設(shè)計中，從概念設(shè)計，抗震驗算及構(gòu)造措施等三方面入手。在將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立計算地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計指標(biāo)和方法，直至進一步通過一些結(jié)構(gòu)措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用。使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟的抗震性能，是當(dāng)代抗震設(shè)計發(fā)展的方向。而且，強柱弱梁，強剪弱彎和強節(jié)點弱構(gòu)件等要求在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認(rèn)可。

3.2建筑的抗震設(shè)計理念

我國《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2010）對建筑的抗震設(shè)計提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求。“三水準(zhǔn)”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算，要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時，結(jié)構(gòu)屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Γㄗ冃文芰Γ┎话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時，結(jié)構(gòu)雖然破壞較重，但結(jié)構(gòu)的非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。

三個水準(zhǔn)烈度的地震作用水平，按三個不同超越概率（或重現(xiàn)期）來區(qū)分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震（基本地震）：50年超越概率 10%，重現(xiàn)期475年；罕遇地震：50年超越概率 2%-3%，重現(xiàn)期 1642-2475年，平均約為2000年。實際應(yīng)用上，多遇地震烈度可取比基本地震約低1度半，罕遇地震烈度比基本地震約高1度。

對建筑抗震的三個水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段”設(shè)計來實現(xiàn)的。其方法步驟如下：第一階段設(shè)計是承載力驗算：采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù)，先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的要求，同時又能滿足第二水準(zhǔn)的損壞可修的目標(biāo)。對大多數(shù)結(jié)構(gòu)，可只進行第一階段設(shè)計，而通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計要求。第二階段設(shè)計是彈塑性變形驗算：對地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)、有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及有專門要求的建筑，除進行第一階段設(shè)計外，還要進行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗算，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實現(xiàn)第三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求。

3.3建筑的抗震設(shè)計方法

我國的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）對各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定：1、高度不超過 40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法。2、除1 款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法。3、特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，當(dāng)取3組加速度時程曲線輸入時，計算結(jié)構(gòu)宜取時程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值；當(dāng)取7組及7組以上時程曲線時，可取時程法的平均值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。

總之，建筑的抗震設(shè)計是一個浩大而復(fù)雜的問題，也是關(guān)系到每個人切身安全的問題。本文就其作一概述，希望對人們對建筑抗震設(shè)計理解的加深有所幫助。

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作者簡介：

侯寧，1979.09-，男，漢，吉林人，本科，研究方向：土木工程。