地震作用

与风荷载相比，地震作用的破坏性更加严重。作为建筑物的根基，当地面发生振颤时，对于建筑物的破坏是可以想象的。与风荷载所不同的是，地震并非是一种直接的力学作用，而是在地面发生位移时，由于建筑物的惯性而形成的与地面的相对运动差，这种不协调就会对于建筑物形成严重的破坏——就像急刹车时，车上的人所形成的情况一样。

地震的形成与危害

地震是由于地壳内部发生错动等地质因素引起的地表振颤，地壳内发生地震的地方是震源，震源上方正对着的地面称为震中。震源垂直向上到地表的距离是震源深度。我们把地震发生在60公里以内的称为浅源地震；60－300公里为中源地震；300公里以上为深源地震；地震的震源深度不同，对于地面的影响也不同，越浅的震源，破坏性越大。目前有记录的最深震源达720公里。

震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区，是一次地震发生时破坏力最大的地方。震中到地面上任一点的距离叫震中距离（简称震中

距）。震中距在100公里以内的称为地方震；在1000公里以内称为近震；大于1000公里称为远震。

地震时，在地球内部出现的弹性波叫作地震波。这就像把石子投入水中，水波会向四周一圈一圈地扩散一样。

地震波主要包含纵波和横波。振动方向与传播方向一致的波为纵波（P 波），振动方向与传播方向垂直的波为横波（S波），来自地下的横波能引起地面的剧烈的水平晃动，是地震时造成建筑物破坏的主要原因。

由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这一点非常重要，使得纵波可以成为具有较大破坏力量的横波的预警。

地震作用发生的时间极短，甚至有人曾统计过，自古以来世界上有记录的大规模破坏性地震所发生的时间总和不超过一个小时。在我国唐山地震、海城地震中，主震所发生的时间不足一分钟，实际上仅仅几十秒钟。然而正是这几十秒钟所产生的地震能量形成了难以想象的破坏后果。

地球上的地震有强有弱。用来衡量地震强度大小的尺度有两种，震级与地震烈度。震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。它是根据地震时释放能量的多少来划分的，国际通用震级标准称为“里氏震级”。

迄今为止，世界上记录到最大的地震为8.9级，1960年发生在南美

洲的智利地震。

地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低。

建筑设计中所采用的基本烈度，是指某一地区今后一定测算期内，可能遭受的最大地震烈度，是抗震设计的主要参考指标。

而设防烈度，是建筑设计所采用的地震烈度标准，多数情况下采用该地区的基本烈度指标。对于重要建筑物，在基本烈度基础上加以调整。

通常来讲，地震烈度低于六度时，不会对于永久性建筑物形成较大破坏。因此，我国规范规定，以六度为建筑设计基本设防标准。

世界各地地震区域分布不同，对于地震与抗震的研究也有所差异，其中作为地震最为多发的发达国家——日本的建筑结构抗震研究也是世界上最为领先的。

抗震设计对于建筑的分类原则

我国荷载规范中，建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。

甲类建筑，属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，如大江河的水坝、核设施、煤气中心储气罐等。对于该类建筑物的设计地震作用于抗震设计，应该进行专门的技术分析与论证，在实验分析与计算机模拟的前提下进行设计。

乙类建筑，属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，是对于抗震救灾起到极为重要作用的建筑，如重要的政府办公楼、大型医院、地区或区域性通讯中心等。这类建筑物的地震作用与抗震措施，应在本地区抗震设防烈度基础上，提高一度作为标准。对规模较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。

丙类建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。

丁类建筑，属于抗震次要建筑一般情况下，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。

对于六度区内百万以上人口城市的高层建筑，按照我国规范的要求，按七度进行设防。

建筑物的抗震设防标准与设计原则

我国的抗震规范规定了建筑物的三个基本设防标准：

小震不坏——在较基本烈度低1.5度的第一水准烈度的地震作用下，结构处于正常使用阶段，材料受力处于弹性阶段，在地震的作用下，结构不会产生明显的变化，没有明显的破坏迹象。

中震可修——在遭受基本烈度（第二水准烈度）的地震作用下，结构可能出现一定的损坏，但加以修缮后可继续使用，材料受力处于塑性阶段，但被控制在一定限度内，残余变形不大。

大震不倒——在较基本烈度高1度的第三水准烈度作用下，结构出现严重破坏，但材料的变形仍在控制范围内，不至于迅速倒塌，赢得撤离时间。

同时在建筑设计中，我国规范规定了两阶段的设计原则：

首先，以第一水准烈度为参数计算地震效应，与风、重力进行组合，并引入结构承载力抗震调整系数进行截面设计；其次，以同一抗震参数计算结构弹性层间侧移角，使其不超限值，并采取相应的构造措施，满足第二水准烈度要求。

采用第三水准烈度为参数计算结构的弹塑性层间侧移角，使之小于规定的限值，并采取相应的构造措施，满足第三水准烈度要求。

地震作用的基本理论——等效力

与直接荷载作用不同的是，地震作用不是由于外界的力主动产生的，而是由于建筑物自身惯性产生的，因此建筑物所受到的地震作用与建筑物自身质量关系密切。

根据牛顿力学第一定律，任何物体都会存在着惯性，或者保持运动状态，或者保持静止状态。因此，当地面出现水平运动时，建筑物由于惯性作用并没有与地面一同运动，这种运动不协调所产生的作用力就是地震作用。建筑物重量越大，惯性越大，地震作用也越大。

在实际计算中，采用荷载等效原则，将地面运动所产生的惯性力等效为地面不动而施加到结构上的力。力的大小按牛顿力学第二定律计算：若地面往复运动的加速度为a，建筑物物理质量为m，则等效力：F=ma。

不同的地震设防烈度要求下，地表运动的加速度取值不同。

对于实际结构，考虑楼板上集中了大多数的竖向重力，因此可以对地震作用简化成为在每一层的楼板高度处所施加的水平集中荷载。