地震工程和抗震结构设计论文

地震工程与抗震原理

一 地震和地震工程

地震（earthquake）作为地球地壳运动而引起的地质运动，对于人类的日常生活带来了诸多的影响。其成因，大致可分为三个方面：1.火山地震：由火山爆发，地下岩浆猛烈冲击地面而引起的地面震动。该种地震释放能量小，相对来说影响和破坏的范围小。2.塌陷地震：由于地标和地下岩层因某种原因突然造成大规模塌陷和崩塌时引起的地面震动。此类地震不仅能量少，数量也少。3.构造地震：由于地壳运动产生的自然力推挤地层岩层，使其薄弱部位发生断裂错动，从而引起构造地震。此类地震破坏性大，发生频繁，影响面广。其为地震工程和抗震设计主要面对目标。

地震通常会引发一系列的破坏现象，对地面生物会产生巨大影响。具体，在自然方面，

1.产生两种类型的地裂缝。一种是由于地下断层错动延伸至地表的裂缝，称为构造裂缝。另外一种是在湖河岸边、古河道上，陡坡及较厚的饱和松软土层地区产生的地表裂缝。2.地面下沉，也称震陷。其会造成地面结构的不均匀沉降，严重时可使建筑物下陷。3.喷砂冒水。

4.滑坡。在建筑结构方面，会使建筑物失稳，破坏其强度，地基失效并造成破坏。并且，地震还会引发一系列的次生灾害。如水灾，火灾，空气污染等。

地震工程（earthquake engineering）是为了防御地震的突然袭击所采取的有关工程措施的总称。包括地震烈度区划的鉴定与划分，抗震建筑规范的正确制订与合理运用，结构设计与最佳周期的研究，建筑材料的选择和地震灾害与次生灾害的预防等。

二 抗震基本原理

介于地震对人类社会产生的诸多不良后果，我们必须对地震工程加以研究，找出例行可行的办法，首先是对地震安全性进行评价，其次进行安全合理的设计，将地震所来带的灾害降至最低。

地震的安全性评价工作极其重要，首先，这是国家和地方法律、法规的要求。是经济建设可持续发展的需要，也是工程建设的百年大计。进行地震安全性评价能使建设工程抗震设防既科学合理又经济安全。重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，其抗震设防要求不同于一般建设工程，如不进行地震安全性评价，简单地套用烈度区划图进行抗震设计，很难符合工程场址的具体条件和工程允许的风险水平。这种抗震设防，显然缺乏科学依据。如果设防偏低，将给工程带来隐患；如果设防偏高，则会增加建设投资，造成不必要的

浪费。随着抗震技术的发展，单一的烈度值已经不能满足抗震设计的需要，而进一步要求根据建设工程的具体条件，提供场地地震动参数（加速度、设计反应谱、地震动时程等），例如对于特大型桥梁、高层建筑等应考虑长周期地震波（远震）的影响。

知道了，地震的危害，地震工程的内容，以及相关的必要性，那么如何抗震，抗震的原理就是我们必须要了解的东西了。

首先，抗震设防的基本内容，包含三个方面：

1.抗震设防烈度。其按频度和强度划分为小震烈度、中震烈度和大震烈度。

2.建筑抗震设防类别，甲类：特殊要求的建筑。乙类：国家重点抗震城市的生命线工程建筑。丙类建筑：其他建筑。丁类：次要建筑。

3.设计近震和设计远震。其以震中距1000km为界限，100-1000km以内为近震。1000km以外为远震。

抗震的基础要求，可概括为：小震不坏，中震可修，大震不倒的三个等级水准。

具体来说，在第一个水准阶段，结构处于弹性工作阶段，其设计内容：首先按众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应；然后与其它荷载效应按一定发的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设计或演算，以保证必要的强度；再演算在小震作用下结构的弹性变形。在第二个水准阶段，结构处于弹塑性工作状态，主要依靠其变形和吸能能力来抗御地震。此阶段设计，在大震作用下，演算结构薄弱部位的弹塑性变形，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的抗震设防要求。对绝大多数建筑结构来说，不需要进行第二水准的抗震设计，仅对少部分特别重要的或存在薄弱部位的建筑结构，才需进行第二水准的抗震设计。

三 抗震设计的基本原则

一般来说，抗震设计要求设计出来的结构在刚度、强度、延性变形和吸能能力等方面有一种最佳的选择，使其能够经济地达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目的。但到目前为止，人们对地震及结构地震反应的需要规律未完全认识；抗震设计计算方法还不够完善。因此，要精确的进行结构抗震设计是困难且不可能的。多年来，人们在总结历次大地震灾害的经验中逐渐发现，一个合理的结构抗震设计，需要建筑师和结构工程师的密切配合，不能仅仅依赖于“计算设计”，而在很大程度上取决于良好的“概念设计”，往往后者更重要。 所谓“概念设计”，是指基于震害经验建立的抗震设计原则和思想，包括正确的处理总体方案，材料使用和细部构件。

故此，抗震设计的基本原则有：

一 场地选择

1.

2.

地土等、

3. 不应再危险地段建造甲、乙、丙类建筑。危险地段一般指，地震时可能发生滑宜选择对建筑抗震有利的地段，如开阔平坦的坚硬场地等、 避开对建筑抗震不利地段，如饱和松散粉细砂等易液化土，人工填土及软弱场坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段、

二 地基和基础设计

1． 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。

2． 当地基有软弱粘土、可液化土，新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性，以防止地震引起的动态和永久的不均匀变形。

3． 在地基稳定的条件下，还应考虑结构与地基的震动特性，力求避免共振的影响。

三 建筑和结构的布局

无论在建筑平面上或者立面上，应力求使质量、刚度、延性等均匀、对称、规整，避免突然变化。建筑的防震缝应该根据建筑的类型，结构体系和建筑形状等具体情况的实际需要设置。伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的要求。

四 抗震结构体系

其为抗震设计应考虑的最关键性问题，应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经济技术和经济条件比较综合确定。具体要符合以下要求：

1.

2. 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径； 宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。

3.

4. 应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力。 以具有合理的刚度和强度分布、避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

在选择抗震结构构件时，还要符合一些列的要求，在砌体，混凝土，钢结构构件各个在尺寸，形体，配筋等都做了详细的要求。

另外，在结构各构件之间的连接，在其强度上不能低于连接构件的强度；预埋件的锚固强度，不能低于连接件的强度；装配式结构的连接，要能保证结构的整体性。

最后，抗震支撑系统应能保证地震时结构稳定。

五 非结构构件

具体有，附属构件，装饰物，非结构强体。其产生的问题，应当引起抗震设计的重视。

六 材料选择与施工质量。

抗震结构在材料选用，施工质量，材料的代用上有其特殊要求，应予以重视。

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