建筑抗震设计概述

摘要：本文对地震的成因及建筑的抗震设计作一概述，使人们对建筑抗震设计有一个初步而又正确的认识。

关键词：地震理论、建筑抗震设计

我国的城市化建设非常迅速且规模巨大，人们大量涌入城市成为其中的一员。地震作为一种破坏性很强的自然灾害，对建筑结构安全的影响尤其重大，也直接关系到每个人的安全。本文在这里就建筑结构抗震设计作一概述，使人们对建筑抗震设计有一个初步而又正确的认识。

1、地震理论概述

我国处于世界两大地震带，东部的环太平洋地震带和西部、西南部的欧亚地震带之间，据统计我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。因此我国是一个多震国家。建筑的抗震设计非常重要。

地震多发生在距地表几十公里内的地壳层和地幔层的上部。按成因地震可分为四种类型：构造地震、火山地震、冲击地震、诱发地震。其中构造地震占绝大多数。地震的破坏程度与震级、震源深度都有关系。震级是地震发生强度的一种度量，地震越强，震级就越大。震级相差一级，能量相差约30倍。地震震级和地震烈度不同，震级代表地震本身强弱，烈度表示同一次地震在地震波及的各个地点所造成的影响程度，它与震源深度、震中距、方位角、地质构造以及土壤性质等因素有关。一般来说震级越大、震源越浅、震中距越近，地震烈度越大。

2、建筑抗震理论分析的进程

1、拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小相当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

2、反应谱理论。反应谱理论是在20世纪40～60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础。是美国的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

3、动力理论。动力理论是20世纪70-80年代广为应用的地震动力理论。它的发展基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展，以及人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解。同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成建筑抗震设计工作。

3、建筑抗震设计

3.1建筑的抗震措施

在建筑的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构构件抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手。在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立计算地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能減震措施）来减震，即减小结构上的地震作用。使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能，是当代抗震设计发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件等要求在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

3.2建筑的抗震设计理念

我国《建筑抗震规范》（GB50011-2010）对建筑的抗震设计提出“三水准、两阶段”的要求。“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率 10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率 2%-3%，重现期 1642-2475年，平均约为2000年。实际应用上，多遇地震烈度可取比基本地震约低1度半，罕遇地震烈度比基本地震约高1度。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的。其方法步骤如下：第一阶段设计是承载力验算：采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的要求，同时又能满足第二水准的损坏可修的目标。对大多数结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。第二阶段设计是弹塑性变形验算：对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算，并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准抗震设防要求。

3.3建筑的抗震设计方法

我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：1、高度不超过 40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2、除1 款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。3、特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，当取3组加速度时程曲线输入时，计算结构宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值；当取7组及7组以上时程曲线时，可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。

总之，建筑的抗震设计是一个浩大而复杂的问题，也是关系到每个人切身安全的问题。本文就其作一概述，希望对人们对建筑抗震设计理解的加深有所帮助。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范北京：中国建筑工业出版社

[2]高层建筑混凝土结构技术规程北京：中国建筑工业出版社

[3]黄世敏 杨沈.建筑震害与设计对策北京：中国计划出版社

[4] 赵西安.现代高层建筑结构设计【M】北京：科学出版社，2004

[5] 徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析. 北京：中国建筑工业出版社

作者简介：

侯宁，1979.09-，男，汉，吉林人，本科，研究方向：土木工程。