土木工程防灾减灾论文

土木工程概论论文
——土木工程抗震
摘要：建筑抗震在未来建筑的发展中将会成为重要的研究方向。

在中国遭遇严重的汶川地震和玉树地震后，建筑的抗震引起了人们的广泛关注，国家也对建筑的抗震提出了更严格的要求。

本文将从地震导致建筑破坏的原因谈起，简单论述高层建筑的抗震设计及一些抗震措施。

关键词：建筑；抗震设计；抗震技术；基础隔震技术
正文：构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。

由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震叫构造地震。

构造地震一般震级较大，危害很大。

火山地震则是由于火山爆发，岩浆猛烈冲击地面而引起的。

陷落地震是由于地表或地下岩层突发大规模的陷落和塌陷所引起的小范围内的地面震动，通常级数低，危害小。

由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫做诱发地震。

大多数是人为的诱发。

一、地震及其破坏作用
众所周知，地震可分为火山地震、塌落地震、诱发地震及构造地震四种类型，但是，由于构造地震的发生概率高、破坏作用大、影响范围广等特点，建筑抗震一般会将构造地震视为主要的研究对象。

构造地震亦称为“断层地震”，是由于地壳（或岩石圈，少数发生在地壳以下的岩石圈上地幔部位）发生断层引起的。

地壳（或岩石圈）在构造运动中发生变形，当变形超过了岩石的承受能力，岩石就发生断裂，在构造中长期积累的能量迅速释放，造成岩石振动，从而形成地震。

构造地震波及范围大，破坏性很大。

世界上90%以上的地震、几乎所有的破坏性地震属于构造地震。

构造地震类型可分为：
⑴孤立型：没有前震，余震小而少，且与主震震级相差悬殊，地震能量基本是通过主震一次性释放的。

⑵主震-----余震型：一个地震序列中，最大的地震特别突出，所释放的能量占全序列能量的90%以上。

这个最大的地震叫主震，其他较小的地震中，发生在主震前的地震叫前震，发生在主震后的地震叫余震。

⑶双震型：一个地震序列中，90%以上的能量主要由发生时间接近、地点接近、大小接近的两次地震释放。

⑷震群型：一个地震序列的主要能量是通过多次震级相近的地震释放的，没有明显的“老大”，几次地震（震群）所释放的能量占80%以上。

地震的破坏性极大，当地震发生时，地面的震动会对建筑物造成极大的作用力使其破坏，地震期间导致高层建筑破坏的直接原因可分为以下三种情况：
⑴地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对其上部建筑的直接危害；
⑵地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效、对上面建筑物所造成的破坏；
⑶建筑物在地面运动激发下产生剧烈震动过程中，因结构强度不足，过大变形、连接破坏、构件失稳或整体倾覆而破坏；
二、建筑的抗震经验
在多年的建筑实践过程中，人们开始总结出一些有利于抗震或不利于抗震的经验来，这些经验可以说是建筑抗震概念设计的基础，人们是在这些经验的基础上加以深入探讨、研究，才形成我们今天比较完善的建筑抗震知识。

在进行建筑抗震设计时，要满足三个水准的抗震设防要求。

在我国的具体做法上市通过简化的两阶段设计方法来实现的。

具体来说就是：
⑴第一阶段设计：第一步采用第一水准烈度的地震动参数，计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构建截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步则采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角，使其不超过规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有相应的延性、变形能力和塑性耗能能力，从而自动满足第二水准的变形要求。

⑵第二阶段设计：采用第三水准烈度的地震动参数，计算出结构的弹塑性层间位移角，满足规定的要求，并采取必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

三、建筑抗震概念设计
建筑抗震设计应包括三个层次的内容和要求：抗震概念设计、抗震计算和抗震构造措施。

建筑抗震概念设计的总体原则，一般包括为以下几个部分：注意结构场地的选择，把握建筑体型，选取有利的结构抗震体系，利用结构延性，设置多道抗震防线，妥善处理非结构构件，注重建筑材料的选择和施工质量等。

四、建筑抗震措施及设计
基础隔震技术是通过设置在结构物底部与基础顶面之间的隔震消能装置来增加结构的变形能力和滞变阻尼。

变形能力的增加, 可以使得结构在地震作用下保持不倒, 而阻尼的增大可以吸收更多的地震能量, 从而大大减小了地震作用、基底位移和结构变形。

同时, 结构变形能力的增大导致了结构产生的第一振型周期变长, 这与增大的阻尼相结合, 就可以大大降低地震影响系数, 并且结构物底部有足够的横向变形能力和滞变阻尼, 使得结构底部的应力分布较为均匀, 避免了常见的结构底部首先破坏的可能性。

一个有效的基础隔震装置, 在满足必要的竖向承载力的同时, 应尽量给结构提供较大的侧向位移能力。

传统的抗震方法是依靠结构的承载力和变形能力，来耗散地震能量，使结构免于坍塌，但由于是一种“被动防震”，就不免存在许多不足之处。

地震对建筑的破坏作用，是由于地面运动激发起建筑的强烈振动所造成的，也就是说，破坏能量来自地面，通
过基础向上部结构传递。

人们总结地震经验后发现，地震时结构底部的有限滑动能大幅度地减轻上部结构的破坏程度。

1、基础隔震技术的应用范围
世界上大约有30多个国家开展了基础隔震技术的研究，已建成了数千栋橡胶隔震建筑，这项技术已被应用在桥梁、建筑，甚至是核设施上。

一般来说，隔震结构可以适合各种用途的建筑，并且都能够获得较好的隔震效果。

特别适用于下述工程：
⑴地震区二至三十层民用建筑。

如住宅、办公楼、宿舍楼、剧院、旅馆、大商场等。

⑵地震区的生命线工程。

如医院、急救中心、指挥中心、水厂、电厂、粮食加工厂、通信中心、交通枢纽、机场等。

⑶地震区的重要建筑物。

如历史性建筑物、博物馆、重要纪念性建筑物、文物或档案馆、重要图书资料馆、法院、监狱、危险品仓库、有核辐射装置的建筑等。

⑷内部有重要设备仪器的建筑物。

如计算机中心、精密仪器中心、试验中心、检测中心等。

⑸桥梁、架空输水渠等重要建筑物。

⑹放置重要历史文物、重要艺术品等的房屋或箱柜。

⑺已有建筑物的抗震加固，特别是对历史建筑和文化建筑等的保护。

2、基础隔震技术应用的展望
隔震技术推广的可行性评价, 涉及到它的安全性、耐久性、适用性、经济性等各个方面。

总之, 建筑结构的隔震设计, 应根据建筑抗震设防要求、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求, 与采用传统抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后, 确定其设计方案。

另外, 国内现已开始对房屋改造中如何采用隔震技术进行研讨, 在上海杭州等地已有少量的应用,但还处于摸索阶段。

橡胶支座隔震技术的成熟以及广泛应用, 为人类减轻地震灾害提供了一条更加合理、安全、有效的途径, 是人类防震技术发展史上一个重要的里程碑。

我国广大的工程师应立足国情, 探求一种安全、经济合理, 适合于量大面广的一般民用建筑隔震结构体系。

我国的开发商也应从长远的角度考虑, 从整体上比较各种设计方案的安全与否、经济与否。

相信通过社会各方面的共同努力, 隔震技术一定会在我国得到广泛应用。

五、结语
其实，地震来临无法避免。

我们能够从主观上改变建筑，运用建筑的抗震原理，增加建筑的抗震性能，从而减少灾害中伤亡人数和财产损失。

我们能做的除了要努力将预报时间不断往前赶的同时，千万别忘记，即使地震能够准确预报出来了，但是，它依然会如期而至，造成财产损失是无可避免的。

所以我们必须要同时向另外一个方向努力——抗震防震工作，只有这方面做好了，才可以将地震的损失降到最低，这也应该是地球物理学生努力的一个方向。

参考文献：刘大海，杨翠如，钟锡根《高层建筑抗震设计》，中国建筑工业出版社。

谷连营，肖国梁《高层建筑抗震技术的发展概况》，山西建筑，2006.8（15）50-51
王红霞《论高层建筑抗震概念设计》，山西建筑，2007.12（35）：74-75。