地震对建筑的影响

地震对建筑的影响

大地震后的，它通常是可以通过在一段较长的时间遭受地震冲击的地区的历史记录来跟踪的。前震和余震是可以识别的，在延伸到相当一段长时间段内，其中的一些本身可以是很显着的事件。地震通常持续时间比较短，往往只持续了几秒钟，很少超过一分钟左右。在地震期间，通常有一个或多个主要峰值的运动幅度。这些峰值代表地震的强度或幅度。这是一个运动的能量体，同时强度更多的是与加速度有关，而不是简单的地面运动。

现代录音设备和实践技术为我们提供了在不同的地形位置上对地面运动的呈现，从而使我们能够模拟主要地震的效果。图9.33就是一个在地震期间记录的象征性的图形形式。在这个例子中，图形是为地面的加速度绘制的，表示为重力加速度的百分比形式，因为它随着时间的推移而变化。使用这种记录，可以用做事件回放，同时可以将这种运动应用到实验室模型结构上。

实验室回放会使用在研究中，有时也会用于设计侧向电阻结构。但是，大多数建筑设计工作，是根据通过了实践与经验相结合，理论研究，以及一些从研究和试验派生的经验关系而逐步形成的数据，标准和程序来进行的。当前收集的知识的结果被作为推荐的设计形式的首要纳入了标准建筑规范的程准则。

尽管它可能看起来像是以一个可怕的方式来完成，每一次一个大地震导致一些主要建筑结构损坏，我们再提升我们的设计水平。工程界和其他组织会常规性地派遣调查队到该区域报告大地震对建筑物的影响。特别令人感兴趣的是对最近建成的建筑物的影响情况，因为这些能够有效的全面的测试我们新近设计技术的有效期。基于观察以往许多地震，老建筑的反馈通常是可预见的，这就是我们现在的设计主要关注的。建筑模型代码的每一个新版本通常都反映了从最新的灾难中累积到的不断拣选的知识的一些影响。

地震影响

由地震引起的地面运动可以有几个类型的破坏性影响。其中主要影响如下：

直接运动结构，这是通过连接到地面的结构引起的运动。这种运动的两大影响一般是不稳定的影响，由快速翻转以及上下运动的结构，惯性的结构和冲力产生的一系列分离块所造成的。

地面故障，表面缺陷包括裂缝，垂直偏移，一般区域沉降，山体滑坡等等。这些可能是或大或小，轻微的造成损伤小，主要的造成结构崩溃。

潮汐，水下的地层震动能够造成水体表面上的大波动，可能会导致海岸线地区的重大损害。

水灾，火灾，瓦斯爆炸事故等等，接地故障或地面运动可能会导致水坝，水库，河岸，埋地管道等等的损坏，这些都可以导致独立的灾害。

虽然所有这些可能产生的影响是我们关注的问题，但是在这本书中只处理首因效应——直接运动的结构。对这种影响的关注促使我们提供一定程度的动态稳定（一般耐晃动）和一些量化的抵抗能量加载的结构。

运动引起的影响力一般是直接与结构的自重或更精确地说，结构承担的总自重成正比的这个重量也一定程度上决定了结构的动态响应的特性。其他主要影响结构的回应的是它的基本振动周期和它的能量吸收效率。振动周期基本上是根据质量，刚度和结构体的大小决定的。能源效率是由结构的伸缩性和各种因素，如刚度支持，独立地移动部件的数量和刚性连接决定的。

主要关注的一种关联是结构的使用周期和地震发生之间哪一个会出现问题。图9.34所示的一组曲线，称为频谱曲线，这表示这种关联是来自于不同时期的结构中大量的地震“播放”。最上方的曲线表示主要影响结构没有阻尼。阻尼结构的运动导致幅度的影响降低，但一般附着的基本形式的响应依然存在。

频谱的影响的一般性解释是地震对建筑物都有其主要的直接力的影响，其基本周期较短。这些往往影响建筑物僵硬的横向支撑系统，如剪力墙和X-支撑框架，以及体积小和/或大的轮廓的建筑。

阻尼可能会因材料或施工结构的细节而出现。一个显着的这种类型阻尼的来源是，由于发生屈折和变形连接。然而，主要的阻尼一般源由于非结构部分的建筑构造和他们的干涉结构的平稳振动。

对于非常大的，灵活的结构，如高塔和高层建筑，他们的基本周期这么长以至于结构的上部不响应地面运动，直到地震已经经过了几回，几个周期。这可能会产生一个挥鞭效应，在同一时间，不同层次上的结构会做方向相反的运动，如图9.35所示。分析这种行为需要使用动态方法，这超出这本书的讨论范围。

三个一般情况下的结构响应如图9.36中所示。参照光谱曲线在图9.34，建筑物周期的期间低于楼宇表示的曲线上的截止（约0.3秒），这响应表示一个刚性结构几乎没有弯曲。对于这种情况，地震力的作用只由阻尼减少，同时结构的反应基本上是一个切变。

建筑物运动了一段略高于0.3秒但低于1.0秒时间时，将有一个稳定的对于地震力震级的减少。结构响应在这里将会是剪切和弯曲的组合形式。这种效果是由于建筑的可测量运动，消耗掉了一些地震力的能量。

由于建设周期增加超过1.0秒，运动紧跟而来，对于图9.35中修长塔而言，建筑物的实际运动和弯曲很大地影响其对地震力的反应力。

除了建筑物作为一个整体的运动以外，建筑的不同部分有独立的动作。这些部分将各自具有它们自己的振动周期，同时在结构中发生的总的运动也会因此相当复杂。

对建筑物的一般影响

为地震力设计的结构的主要关注点是横向电阻结构体系建筑的行为。在此系统中的任何部分发生故障，或各部分之间的连接，可能会导致严重损坏建筑，包括全面崩溃的可能性。

图9.34所示为频谱响应曲线，即使对支撑系统不会造成明显的损害，但是其变形可能会对建筑的其它部分造成相当大的损害。安全是关键的问题，但为了建筑在地震发生后仍然可用，非结构性损害也应予以考虑。

然而，需要记住的是，地震憾动了整个建筑。结构的幸免是至关重要的，但如果天花板掉下，窗户粉碎，管道爆裂，电梯出轨，那么它就只是一种有限的成就。

一个重要的设计考虑因素是，将建筑结合在一起以便于使之各个部分不会动摇，当谈到结构，这意味着各个单独的部件都必须是彼此固定的。建筑连接的细节是抗震性结构设计的一个主要部分。

在某些情况下，考虑建筑的部分的一定程度的单独运动是合理的。在安全依附于这是尤其关键的情况下，一个安全的依恋之间的结构和各种非结构元素，

比如窗户玻璃，可能导致对非结构部分的非预想中的强制性的转变。在这些情况下必须考虑使用确保零件到位的连接性材料和细节；在这里，同时仍允许相对独立的运动。

为了地震而设计的横向负载在很多方面与为了处理风的水平力的设计有相似之处。支撑结构的阻力行为大多也是这样的特性。仅仅是提了风，然而还有许多关于地震作用的进一步的思考。在下一节中这个讨论将会解决为了地震而分析，设计的规定的使用问题。

针对地震影响的建筑规范要求

模范建筑规范，如国际建筑代码（IBC，参考文献2），几乎代表了最新式的为地震而设计样式的全面指南。模型代码通常每隔几年就会更新成最新的版本，抗震设计标准和程序每一个新的版本都会改变。

使用IBC这个版本是因为这本书包含一个大量的描述地震设计的要求的内容。这种内容的完整说明远远超出了这本书的讨论范围。接下来的讨论笼统的描述了这个问题，并总结了各种涉及到的关键问题。

抗震设计的一个关键性决定设计是基底剪力，它是被建筑物假定设置为总侧向剪切力作