土木工程抗震设计 第三版

方国良

[摘 要]地震是一种自然现象，但是比起其他的自然现象，比如刮风、下雨，地震常常造成严重的生命财产损失。相比其他自然灾害，地震通常来的急，破坏大，而且难预测。地球上每年约发生500多万次地震，其中中国也是一个饱经地震灾难的国家。而地震所造成的灾害中很多一部分是由于房屋倒塌造成的。由于地震波对房屋造成破坏从而造成人员伤亡的比例占95%。因此建筑抗震是保障人民生命财产安全的保障，人类也一直在和地震做斗争。而随着我们对地震的进一步认识，我们逐渐能更好的预测和抵抗地震灾害。

[关键词]地震；地震波；柱；抗震

中图分类号：TU352.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0189-01

引言

自1906年美国旧金山大地震，旧金山无数房屋被震倒，到1923年日本关东大地震，房屋倒塌，造成木造房屋着火，引起大火灾，到1985年墨西哥大地震，墨西哥城严重破坏，再到1990年伊朗西北部大地震，再到2004年日本新潟大地震。国内1976年唐山大地震，造成24万人死亡，再到2008年汶川地震造成6万多人死亡[1]。而唐山大地震造成如此大的人员伤亡，在于地震发生于凌晨03时42分，人们正在熟睡，全是被房屋倒塌砸死的。

地震对房屋的破坏是由地震波引起的，纵波对柱、墙增加的动荷载是造成承重结构破坏的主要因素。面波对建筑物水平方向施加的作用力是使建筑物歪斜或者倾倒的主要因素，而扭转多造成建筑物角部坍塌。由于地震波对建筑物造成的破坏从而对人类生命造成的伤害非常严重，因此为了减少人类生命财产的损失，抵抗地震的破坏，我们有必要从各方面提升建筑的抗震水平。

1 建筑抗震概念

建筑抗震是指在抗震设防烈度6度以上的地区进行抗震设计建筑，建筑抗震是通过按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计。再根据设计进行施工，另外通过一些减震、隔震技术来缓解地震对建筑的破坏，从而减轻地震对工程结构的破坏[2]。

2 建筑抗震设防分类和抗震设防标准

（1）.特殊设防类（简称甲类）：拥有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑，已经地震时可能发生严重次生灾害等特别重大的灾害，需进行特殊设防的建筑（例如，三级医院中承担特别重要医疗功能的门诊，医技和住院建筑，用于剧毒物质和高危险传染病的研究，中试和储存建筑，国家和区域的电力调度中心，邮电通信的国际出入口局，国际无限电台，国家卫星通信地球站，国际登陆站，海缆，大型国家级和省级的电视调频广播发射塔建筑等）。

严重次生灾害系指地震破坏引发的放射性污染，洪灾，火灾，爆炸，剧毒或强腐蚀性物质大量泄漏，高危险传染病病毒扩散等[3]。

（2）重点设防类（简称乙类）：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线工程相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害，需要提高设防要求的建筑（例如，二，三级医院的门诊，医技和住院建筑，县级及以上急救中心，防灾应急指挥中心的重要建筑，消防车库及其值班建筑等）。

（3）标准设防类（简称丙类）：甲，乙，丁类以外，应按一般要求进行设防额度建筑。

（4）适度设防类（简称丁类）：使用人员稀少且遭受地震破坏不致产生次生灾害，在一定条件下可适度降低设防要求的建筑。

显然，抗震设防标准是基于抗震设防分类，调整，细化和实现抗震设防目标的决策，有助于合理使用抗震防灾的社会资源，实现防震减灾的总体目标。

3 建筑抗震概念设计

是根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。

从以往的经验中我们了解到建筑抗震概念设计要比只通过计算设计的建筑更能抵抗地震灾害。而一个合理的抗震设计需要根据建筑所在地的地震灾害和以往的工程经验进行设计。而单从计算设计的建筑并不能很好的把握建筑的整体抗震性能，概念设计优于计算设计在于概念设计先整体后局部。因此一个良好的建筑应该有合理的概念设计[4]。而后再进行局部构件的设计才能设计出具有良好抗震性能的建筑。

对于良好的概念设计应考虑场地条件和场地土的稳定性，建筑的平、立面布置及外形尺寸，抗震结构体系选取，扛侧力构件的布置以及结构质量的分布，非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉和材料与施工质量等因素。

4 建筑抗震计算方法

建筑抗震计算有底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法三种常用的方法。

4.1 底部剪力法

这种方法适用于高度不超过40m，以剪切變形而且质量和刚度随着高度分布比较均匀的建筑，以及单质点建筑。另一方面可以应用此方法简化的估算建筑结构的地震响应，尤其是在静力方面。

4.2 振型分解反应谱法

除上述建筑外，这种方法适用与大部分建筑结构。普遍性的应用此方法是精确的，但对于个别情况还是存在误差，尤其一些复杂的或者高层建筑应该采用时程分析就算和验证。

4.3 时程分析法

对于一些特别不规则的建筑和甲类建筑和超高层建筑多应用此方法进行计算。理论上此方法是最准确的方法，但是此方法分析过于复杂，通常是作为反应谱的验证方法，而不是直接用此方法进行计算。此方法适用于一些7～9度设防的高层建筑进行多遇地震下的补充计算。

5 隔震系统的的构成和设计

通常隔震系统由隔震器、阻尼器、地震微震动和风反应控制装置组成。通常阻尼器的作用是吸收和缓冲消耗地震波的能量，减少建筑的在地震中产生的位移。而地震微震动和风反应控制装置用来增加隔震系统的初期刚度，保持建筑的稳定[5]。通常隔震系统的选用要根据建筑的设防类别、设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求进行经济合理可行的方案。而通常应用于一些高烈度的地区或者一些有特殊要求的建筑。

6 总结

中国，作为一个地震多发国家。近百年来大地震就发生十多次，从1920年的宁夏海原县地震造成28.8万人死亡，到1925年的云南大理地震，再到1927年的甘肃古浪县地震，1933年的四川汶县地震，1950年西藏地震，1966年河北邢台地震，1970年的云南通海地震，1975年辽宁海城地震，到最近伤亡巨大的1976年唐山大地震，又接连而来的2008年四川汶川地震，2010年青海玉树地震。平均每10年就有一次大地震，而在现在人员密集的城市一旦有大地震造成的生命财产损失是不可估量的。尤其对于城市这种人员建筑密集区，一旦地震，房屋倒塌，95%人员伤亡都是初次高烈度地震造成的房屋倒塌而死亡的。而且在未来一段时间里地震是很难预测的，所以对各种建筑物、构筑物进行抗震研究设计，使它在破坏性地震中不至于倒塌，才能保护人民的生命财产安全。作为一名从事建筑相关职业的人员，对于建筑的抗震破坏研究是必要的，更是保护人民生命财产的一种责任。因此我们有必要进行建筑抗震探讨与设计。

参考文献

[1] 申钢，杜瑞锋.建筑结构抗震[M].北京：理工大学出版社，2010.

[2] 裴星洙.建筑结构抗震分析与设计[M].北京：大学出版社，2010.

[3] 周云，张文芳，宗兰.土木工程抗震设计[M].北京：科学出版社，2012.

[4] 薛建阳，朱丽华.建筑结构抗震设计[M].电力出版社，2012.

[5] 郭晓云.建筑抗震[M].北京：清华大学出版社，2009.