地震作用及抗震设计要求

1.地震作用和地震作用效应

在地震过程中地面的运动方向是随机的，通常水平方向的加速度大于垂直方向的加速度。地震观测资料表明，经受强烈地震过程的地面加速度是相当大的，如1940年EICentro地震记录的地面加速度峰值为0.33g，1971年SanFrancisco地震在Pacoima水坝坝址测得的地面加速度峰值超过1.0g。

由地震引起的结构动态作用称为地震作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。在地震作用下结构所产生的内力（剪力、弯矩、轴力、扭矩等）和位移（线位移、角位移）称为地震作用效应。结构在地震中损坏的程度不仅取决于地震作用效应及其他荷载作用效应组合的大小，更取决于结构的承载力和变形能力。

2.场地

工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km²的平面面积。

3.震级与烈度

震级是按照地震本身强度而定的等级标度，用以说明某次地震的大小，用符号M表示。震级的大小表明某次地震释放能量的大小。目前国际上比较通用的是里氏震级。它以标准地震仪在距震中100km处记录下来的最大水平地动位移A（即振幅，以_μm计）的对数值来表示该次地震的震级，其表达式如下：

M=lgA （12-1）

一次地震只有一个震级。一般说，小于二级的地震称之为无感地震或微震。二级到五级地震称之为有感地震。五级以上的地震为破坏性地震。七级以上的地震称为强烈地震。八级以上的地震称为特大地震。至今记录到世界上最大的地震是1960年发生在智利的8.7级地震。

烈度是指某一地区感受到的地面加速度及建筑物损坏程度的强弱。对应于一次地震，震级虽然只有一个，但由于各地区距震源远近不同，地质情况及建筑物条件不同，所感受的烈度是不同的。一般来说离震中愈近，烈度愈大，震中区的烈度最大，称为“震中烈度”。我国目前采用1～12度烈度表。烈度大小是根据人的感觉、家俱的振动、房屋和构筑物的破坏情况及地表现象分级的。

对某一地区，今后较长一段时间内、在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度称为该地区的基本烈度I₀。各地区的基本烈度是根据当地的地质、地形条件和历史地震情况等，由国家地震局给出的。

根据我国华北、西北和西南地区地震发生概率的统计分析，50年内超越概率约为63%的地震烈度为众值烈度，比基本烈度约低一度半，规范取为第一水准烈度；50年超越概率约10%的烈度，即1990年中国地震烈度区划图规定的地震基本烈度或新修订的中国地震动参数区划图规定的峰值加速度所对应的烈度，规范取为第二水准烈度；50年超越概率2%～3%的烈度可作为罕遇地震的概率水准，规范取为第三水准烈度，此时，当基本烈度6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强。

在建筑物具体抗震设计中实际采用的地震烈度称为抗震设防烈度。它是按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震动参数区划图的地震基本烈度（或与建筑抗震设计规范设计基本地震加速度值对应的烈度值）。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。

相应于众值烈度的地震一般可视作该地区的“小震”。相应于基本烈度的地震可视作该地区的“中震”。相应于罕遇烈度的地震即为该地区的“大震”。

4.地面加速度峰值

有关抗震设计的规范或规定中，一般均规定对于中小型工程和房屋建筑，都可以设防烈度为依据，采用拟静力法进行抗震设计，但对于重大工程（包括高度大于60～80m的高层建筑）和可能引起严重次生灾害的工程，则必须进行专门的地震危险性分析，即直接进行动力分析。

直接进行动力分析，就要用到地震动参数，它包括地震加速度（速度、位移）时程曲线、加速度反应谱和峰值加速度，其中最主要的是地震时的地面（或基岩）加速度峰值。地面加速度是一个周期性变量，其最大幅值就是加速度峰值。50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值，即为设计基本地震加速度。地震基本烈度和地面加速度峰值之间的定量关系离散性很大。建筑抗震设计规范给出了抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系如表12-1。设计基本地震加速度为0.15g和0.30g地区内的建筑，除抗震规范另有规定外，应分别按抗震设防烈度7度和8度的要求进行抗震设计。

表12-1 抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系

注：g为重力加速度。

5.反应谱和地震影响系数

地震反应谱是现阶段计算地震作用的基础，通过反应谱把随时程变化的地震作用转化为最大的等效静力。地震反应谱是给定的地震加速度作用期间内，单质点弹性体系最大位移反应、最大速度反应或最大加速度反应随质点自振周期变化曲线。对于不同的地震加速度记录有不同的反应谱，对于同一地震加速度记录，由于结构的阻尼不同，反应谱值也不相同。规范所采用的设计反应谱以地震影响系数曲线的形式给出，如图12-1所示。

图12-1 地震影响系数曲线

α—地震影响系数 α_max—地震影响系数最大值 η₁—直线下降段的下降斜率调整系数 γ—衰减指数 T_g—特征周期 η₂—阻尼调整系数 T—结构自振周期(www.xing528.com)

除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状参数应符合下列规定：

1）直线上升段，周期小于0.1s的区段。

2）水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值（α_max）。

3）曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减指数应取0.9。

4）直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数应取0.02。

当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定：

1）曲线下降段的衰减指数应按下式确定：

式中 γ——曲线下降段的衰减指数；

ζ——阻尼比。

2）直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定：

η₁=0.02+（0.05-ζ）/（4+32ζ） （12-3）

式中 η₁——直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0。

3）阻尼调整系数应按下式确定：

式中 η₂——阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55。

建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值应按表12-2采用；特征周期，即地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值，应根据场地类别和设计地震分组按表12-3采用，计算罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。

表12-2 水平地震影响系数最大值

注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

表12-3 特征周期值（s）

周期大于6.0s的建筑结构所采用的地震影响系数应专门研究。