论文部分内容阅读
【摘要】根据地震发生的几率、地震的震级和地震的烈度看，地震作用下建筑物结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。建筑物合理的的延性和强度既有利于防震又有利于降低建筑物的成本。
【关键词】地震；强度；延性；抗震
地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中形成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。全球每年发生地震约五百多万次。里氏5.0级以上的地震常常造成人员伤亡，并能引起水灾、火灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地壳裂缝等严重的次生灾害。我国属地震多发国家，建筑物需要考虑抗震设防的地域辽阔，但抗震设防的要求差异较大。处于地震带上的区域要有较好较高的抗震设防。我国的现代抗震设计理论是从上个世纪五十年代开始在国际抗震理论的推动下发展起来的，并逐渐形成了具有我国的特色抗震理论。
1、认识地震
1.1 地震震级。地震震级是根据地震时释放的能量的大小而定的。一次地震释放的能量越多，地震级别越大。人类有记录的震级最大的地震是1960年5月21日智利发生的9.5级地震，所释放的能量相当于一颗1800万吨炸药量的氢弹，或相当于100万千瓦的发电厂40年的发电量。汶川地震所释放的能量大约相当于90万吨炸药量的氢弹，或100万千瓦的发电厂2年的发电量。
国际上一般采用美国地震学家查尔斯·弗朗西斯·芮希特和宾诺·古腾堡（Beno Gutenberg）于1935年共同提出的震级划分法，即通常所说的里氏地震规模。小于里氏2.5级的地震，人一般不易察觉，称为小震或微震；里氏2.5—5.0的地震，震中附近的人会有不同程度的感觉，称为有感地震，里氏2.5—5.0的地震全世界每年大约发生十几万次；大于里氏5.0的地震，会造成建筑物不同程度的损坏，称为破坏性地震。里氏规模4.5以上的地震可以在全球范围内监测到。
1.2 地震烈度。同样大小的地震，因发生在不同区域的地壳的结构差异造成的破坏不一定相同；同一次地震，在不同的地方因距地震中心距离不同造成的破坏也不同。地震烈度是衡量地震破坏程度。地震烈度一般用地震对人的感觉、一般房屋震害程度和其他现象作对应的描述，根据描述初步确定地震的烈度。如1度，无感，仅仪器能记录到；4度，多有感，即室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响；5度，惊醒，即室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹；8度，建筑物破坏，即房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂；9度，建筑物普遍破坏，即房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲。
影响地震烈度的因素有震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等。仅就烈度和震源、震级间的关系来说，震级越大，震源越浅，烈度也越大。一般地震中心区域的破坏最重，烈度最高；这个烈度称为震中烈度。从震中向四周扩展，地震烈度逐渐减小。所以，一次地震只有一个震级，但它所造成的破坏在不同的地区是不同的。即一次地震，可以划分出好几个烈度不同的地区。
2、在地震时建筑物结构的延性重于结构的强度
建筑物结构的强度是指在地震的冲击下硬碰硬不至于损坏，建筑物的延性是指在地震的冲击下建筑物所具有的缓冲性能。建筑物的延性和建筑物的强度是相辅相成的，延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力，它是抗震设计当中一个非常重要的特性。
所以建筑物结构的延性重于结构的强度。对于偶然性和随机性很大的大地震，要想使建筑物结构强度的设计一定使建筑物不会损坏，这样的设计和现有的材料几乎是不可能达到要求的。而且也是十分不经济的。所以建筑物的抗震设计的基本原则是“小震不要损坏，中震可以修复，大震不要倒塌”。即在小震时建筑物的结构不受损伤或不需修理仍可继续使用；在中震时建筑物的结构有一定程度的损坏，但经修复或不修复仍可继续使用，需要修复时维修费用不要太高。对发生的罕遇大震。建筑物结构不应倒塌或发生危及生命的破坏。
这样一个抗震设防目标即经济又合理。地震是偶发事件，如果建筑物的设计中只考虑建筑物结构的强度以保证在中震或大震时建筑物的结构不被破坏，必然会在工程中用去大量的材料，增加建筑物的成本。也有可能这些材料终身没有发挥作用，这又是一种浪费。
在上述设计原则指导下，就要求建筑物的结构处于这样一种状况：当小震时，应确保建筑物所有的结构构件具有足够的强度和必须的延性能抵御地震的作用，即建筑物在小震时建筑物的强度和建筑物的弹性位移（处于线形阶段）共同作用保证建筑物的结构不坏。在中震时，若建筑物结构的某些关键部位超过延性限度，发生较大变形并达到非线形形变，就要考虑加大建筑物设计的延性要求。
当中震来临的时候，因为结构具有非弹性特征，某些关键部位超过其弹性强度，进入塑性状态。由于它有一定的延性，它的非线性能够承担塑性变形，使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝，混凝土表皮起壳、脱落，可能有一定的残余变形，但不至于导致安全失效，以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构，对延性就会提出相应的要求，而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。
当大震来临的时候，结构的非线性变形非常大，也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。
所以，通常我们只需要按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合，验算构件截面抗震承载力及结构的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑性变形能力（即延性）来抵抗。所以结构延性对建筑抗震是极其重要的。
3、地震力降低系数的大小决定了对建筑物延性要求的大小
由上所述，建筑物强度的抗震设计从经济的角度考虑应设计为小震水平，当较大的地震来临的时候，建筑物则靠结构的延性去抵抗。所以，建筑物的防震设计并不取用设防烈度地震力来进行建筑物结构承载力设计，而是把设防烈度地震力降低一个系数，称为地震力降低系数。由此看来，地震力降低系数是一个很有科学价值的系数，这个系数的设定既能降低建筑物工程的造价又能达到抗震的目的，还具有节约资源的作用。
地震力降低系数取得越小，设计地震作用就取得越大。地震力降低系数取得越大，设计地震作用就取得越小；在同一个设防烈度下，地震力降低系数取得越大，地震作用就越小，那么按此小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低，意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大，这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现，因而对延性提出的要求就更高。
在同一个设防烈度下，地震力降低系数取得越小，地震作用就越大，那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越高，意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越小，这就只需要要求结构具有较小的延性来保证它较小的非弹性变形的实现，因而对延性提出的要求就越低。
在同一个设防烈度下，地震力降低系数取为中等，地震作用也为中等，因而对延性提出的要求也为中等。
这样，地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小，从而决定了对延性要求的大小。
参考文献
[1]李国强.建筑结构抗震设计.中国建筑工业出版社，2009-4
[2]马建良，王春寿.普通地质学[M].石油工业出版社，.2009-2
【关键词】地震；强度；延性；抗震
地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中形成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。全球每年发生地震约五百多万次。里氏5.0级以上的地震常常造成人员伤亡，并能引起水灾、火灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地壳裂缝等严重的次生灾害。我国属地震多发国家，建筑物需要考虑抗震设防的地域辽阔，但抗震设防的要求差异较大。处于地震带上的区域要有较好较高的抗震设防。我国的现代抗震设计理论是从上个世纪五十年代开始在国际抗震理论的推动下发展起来的，并逐渐形成了具有我国的特色抗震理论。
1、认识地震
1.1 地震震级。地震震级是根据地震时释放的能量的大小而定的。一次地震释放的能量越多，地震级别越大。人类有记录的震级最大的地震是1960年5月21日智利发生的9.5级地震，所释放的能量相当于一颗1800万吨炸药量的氢弹，或相当于100万千瓦的发电厂40年的发电量。汶川地震所释放的能量大约相当于90万吨炸药量的氢弹，或100万千瓦的发电厂2年的发电量。
国际上一般采用美国地震学家查尔斯·弗朗西斯·芮希特和宾诺·古腾堡（Beno Gutenberg）于1935年共同提出的震级划分法，即通常所说的里氏地震规模。小于里氏2.5级的地震，人一般不易察觉，称为小震或微震；里氏2.5—5.0的地震，震中附近的人会有不同程度的感觉，称为有感地震，里氏2.5—5.0的地震全世界每年大约发生十几万次；大于里氏5.0的地震，会造成建筑物不同程度的损坏，称为破坏性地震。里氏规模4.5以上的地震可以在全球范围内监测到。
1.2 地震烈度。同样大小的地震，因发生在不同区域的地壳的结构差异造成的破坏不一定相同；同一次地震，在不同的地方因距地震中心距离不同造成的破坏也不同。地震烈度是衡量地震破坏程度。地震烈度一般用地震对人的感觉、一般房屋震害程度和其他现象作对应的描述，根据描述初步确定地震的烈度。如1度，无感，仅仪器能记录到；4度，多有感，即室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响；5度，惊醒，即室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹；8度，建筑物破坏，即房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂；9度，建筑物普遍破坏，即房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲。
影响地震烈度的因素有震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等。仅就烈度和震源、震级间的关系来说，震级越大，震源越浅，烈度也越大。一般地震中心区域的破坏最重，烈度最高；这个烈度称为震中烈度。从震中向四周扩展，地震烈度逐渐减小。所以，一次地震只有一个震级，但它所造成的破坏在不同的地区是不同的。即一次地震，可以划分出好几个烈度不同的地区。
2、在地震时建筑物结构的延性重于结构的强度
建筑物结构的强度是指在地震的冲击下硬碰硬不至于损坏，建筑物的延性是指在地震的冲击下建筑物所具有的缓冲性能。建筑物的延性和建筑物的强度是相辅相成的，延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力，它是抗震设计当中一个非常重要的特性。
所以建筑物结构的延性重于结构的强度。对于偶然性和随机性很大的大地震，要想使建筑物结构强度的设计一定使建筑物不会损坏，这样的设计和现有的材料几乎是不可能达到要求的。而且也是十分不经济的。所以建筑物的抗震设计的基本原则是“小震不要损坏，中震可以修复，大震不要倒塌”。即在小震时建筑物的结构不受损伤或不需修理仍可继续使用；在中震时建筑物的结构有一定程度的损坏，但经修复或不修复仍可继续使用，需要修复时维修费用不要太高。对发生的罕遇大震。建筑物结构不应倒塌或发生危及生命的破坏。
这样一个抗震设防目标即经济又合理。地震是偶发事件，如果建筑物的设计中只考虑建筑物结构的强度以保证在中震或大震时建筑物的结构不被破坏，必然会在工程中用去大量的材料，增加建筑物的成本。也有可能这些材料终身没有发挥作用，这又是一种浪费。
在上述设计原则指导下，就要求建筑物的结构处于这样一种状况：当小震时，应确保建筑物所有的结构构件具有足够的强度和必须的延性能抵御地震的作用，即建筑物在小震时建筑物的强度和建筑物的弹性位移（处于线形阶段）共同作用保证建筑物的结构不坏。在中震时，若建筑物结构的某些关键部位超过延性限度，发生较大变形并达到非线形形变，就要考虑加大建筑物设计的延性要求。
当中震来临的时候，因为结构具有非弹性特征，某些关键部位超过其弹性强度，进入塑性状态。由于它有一定的延性，它的非线性能够承担塑性变形，使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝，混凝土表皮起壳、脱落，可能有一定的残余变形，但不至于导致安全失效，以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构，对延性就会提出相应的要求，而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。
当大震来临的时候，结构的非线性变形非常大，也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。
所以，通常我们只需要按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合，验算构件截面抗震承载力及结构的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑性变形能力（即延性）来抵抗。所以结构延性对建筑抗震是极其重要的。
3、地震力降低系数的大小决定了对建筑物延性要求的大小
由上所述，建筑物强度的抗震设计从经济的角度考虑应设计为小震水平，当较大的地震来临的时候，建筑物则靠结构的延性去抵抗。所以，建筑物的防震设计并不取用设防烈度地震力来进行建筑物结构承载力设计，而是把设防烈度地震力降低一个系数，称为地震力降低系数。由此看来，地震力降低系数是一个很有科学价值的系数，这个系数的设定既能降低建筑物工程的造价又能达到抗震的目的，还具有节约资源的作用。
地震力降低系数取得越小，设计地震作用就取得越大。地震力降低系数取得越大，设计地震作用就取得越小；在同一个设防烈度下，地震力降低系数取得越大，地震作用就越小，那么按此小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低，意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大，这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现，因而对延性提出的要求就更高。
在同一个设防烈度下，地震力降低系数取得越小，地震作用就越大，那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越高，意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越小，这就只需要要求结构具有较小的延性来保证它较小的非弹性变形的实现，因而对延性提出的要求就越低。
在同一个设防烈度下，地震力降低系数取为中等，地震作用也为中等，因而对延性提出的要求也为中等。
这样，地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小，从而决定了对延性要求的大小。
参考文献
[1]李国强.建筑结构抗震设计.中国建筑工业出版社，2009-4
[2]马建良，王春寿.普通地质学[M].石油工业出版社，.2009-2