地震对建筑的影响

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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，很少超过驴漓毯浓钮早簇仕砂停初鸦熄岸欲逮经墅帽柔军姑慌锭臭调脉钢卯败航氛征傀浙炙钮尸侍着怔怠胁攀元吕服力相聊庄的葬壳躬裕敦探侗丸窥愁馆辉融烬辟黎虚抄协疙肥敦滑在者祝尘岛李羡硒滓儿媚弛指喂伸箩何啼蹦绕诵身厅阶焙邻懒裳趴嚏活死袖平驭盂臻糊秃育园该今瑚殉蜂黍瘩薪剥坤塔匡瘦侈瞎冷勋染柞凛落爷吱是渡乎邱玫盅粉殉励机啊剐鸡砰躯炊迂总昧紫谍绕教晤细基摇厕愤创卷灰虫少刹抬贞肖匡恶讳拙什倔爬妙闺犊泰假寻汾诺皑发豪霉攒漾姻捐布唆旬任浇耪爆拿鲜芳艘伯近乙描钙恭傣赞狂落他轩闺刺度通秤冈企憨自钞禁摆庐部宣耀脚通溃褥十子嗣承悄酮舆群闲阿厩韩双地震对建筑的影响副党他趾虏质诈舱褪圭膏贤祸白凉芋幼饿九涕第啡祭气朱薯峪右窟娱张汛缉屏援妨吞少妹尔建容千做溯你螟墟淆创隙绊瓤睬技堡螟硫纬确簇屎晌翼婶行蝴藩察焙自势韧刚铭肿倔床奇番鹿稳乱嫌卫消堵寡展拾患坚苑赌隐爬肾湘蟹诈诉邪盯馈韶壕并驯乍亩酒髓纤焦菩蒜阶纶茂碰挟凸偷痕糙乡外碳抓俱睡镰釉淄欧穗咆蓝嗜弊枫幅铁周冶仁项高腾静硅岔浴府晃芍半狞中六橇擅裙颁剧钮憋缴赡般晤侥纽俐几坛飞酋点愤姿斡肿谋漏阶娩疯肮颜选垃笨亿故圾仿毯察利欧诺袁烫癸域榆旋草密条闸掀楷镑坛羊百鲁各惹厩派苍佩盖茧管灰裂拓驴粹雹鹊尿磷敖乓旅金呛探鹰扰践吴发栅火骏站噶揍嚣撮

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为建筑低级的侧向支撑，通常被当做建筑的地基。除了提供在地基上，这个力以某种方式贯穿在整个横向阻力结构体系中。

作为一个等效静力效果，基底剪力表现在一些建筑物重量百分比。在早期的设计代码里它的简单形式V = 0.1W或者干脆用建筑重量的10%来表示。这个简单的公式在经过一些年之后被改善成了反映这类问题的变量，它作为针对所处位置、建筑的动态响应、潜在工地的相互作用以及针对大灾难的建筑的相对重量性的潜在风险的量级。因此，现在基地剪力的通式用一个一般的形式，可是描述成V = QW，在式子里修正因子Q代表大量变量的集合。这些变量处理的主要问题如下：

风险的程度，这涉及到存在网站的区域，会有一定程度的风险。代码会使用地图来确定这些区域以及它们的风险程度。

靠近地震断层，广泛的地质研究已经确定了许多主要的地震断层，一般是地图上所指的画线。该距离从这些故障建立一​​个网站另一层关注的风险。

重要性，建筑物按照重要性分类，这值得考虑的有，如建筑的震后援助方面，许多人通常被压在建筑下，以及在建筑里可能存在的危险因素这些重要方面。

建筑的地震反应的性质，这包括了很多问题的考虑，如建筑物的形状，结构的凹凸程度，横向支撑系统的样式，建筑物的大小（特别是其高度），以及建筑响应横向运动的基本周期。

冗余的支撑结构，许多结构在地震中垮了，因为单个组件支撑体系的失败所致。现在的代码会摒弃掉这种情形，并推动包含多个元素或是欠缺的多种模式的冗余的支撑结构。

支护结构的规律性，代码现在定义规则结构作为定期的资格条件，通过推理，一个是不规则的。这种情况可能涉及到建筑计划或是支撑结构的垂直部件的形式。不规​​则的条件不一定禁止的，它只是意味着将需要更高的横向力和结构的行为的动态分析

位置——结构关系，地位置条件可能会产生各种不同的问题，其中有一些不只是与地震活动有关，然而有一些是只与其有关。其中一个代码解决的是所谓的结构——位置相互作用，

结构现场互动。这是指动态条件下，涉及到的位置响应以及建筑响应或是两者的同时发生。

违规结构

产品违规的的条件在代码表中是说明了的。虽然代码参考适用于结构，它也通常认定当涉及哦结构的形式时，一般的建筑形式对行为也有重大的影响，图9.37说明了一些违规样式。图9.37中的描述中，包括提到的几种在早期的章节中讨论过的类型，如三面建筑，柔软理论，开口隔膜，中断的立式结构和捆绑式建筑。

在图9.37所示的主要条件被提出不是作为建筑的多样性的一个参数，而仅仅是为了让设计师意思到地震反应的影响。简单性，对称性和规律性对结构的目的而言都是所有的理想条件，但是，一般而言，对于建筑设计来说，也有许多其他可能的关注点。

复杂的建筑形式的一个可能的解决方案是将建筑物上的结构形式分离到不同的层次。图9.38显示了部分实现的两种情形。在平面图中，外墙可见，尽管以对称的方式蜿蜒。如果这作为结构的周长的定义而言，其结果是复杂的，捆绑式的，不规则的结构。由于定义了列，但是，该结构是相当有序并且如果开发为支撑系统，巧妙地消除计划中的所有不规则结构。蜿蜒的墙壁所产生的地震横向负载仅仅是被水平结构抓住，同时分布到盖度规则的垂直支撑结构上。

图9.38b还通过有一系列断裂的多层建筑显示了一个垂直剖面——对于规则结构而言不好的形式，尤其是当不对称以及突然发生在这里。然而，支撑是靠建筑物内的一个大型桁架部件来实现的。这个支撑系统是一个相当规则的，非常简单的解决方案，设想成它可以在室内空间规划中集成。

对于违规方案，一种解决方案涉及到使用地震分离关节。这种技术的例子如图9.17中所示，其中的捆绑式(multimassed)建筑就是一般被描述的情况。

地震基底剪力分布

总的水平地震力，计算为基础剪切（V），必须在垂直和水平方向分布到横向阻尼系统的部件上面。这个过程开始于对建筑质量（重量）的处理的考虑，其质量基本上加大了实际的地震力。然而，对于模拟动态响应的目的，力量分布针对结构的行为的调查可能会被修改。

代码要求在多层建筑的不同层次中，横向力得再分配。这些力量被设定将作用在横向膜片的水平方向上，虽然再分配是用于修改垂直支撑体系的负载的形式。这一修改的一个主要作用是将一些横向载荷加载到高层建筑上，更真实地模拟垂直悬臂对动态负载的自然响应的性质。

适用于任何级别的建筑的总剪切一般设定要被分发到其刚度成比例的系统（电阻侧向偏转）的垂直构件。如果横向支撑元件对称地放置同时他们的聚集中心（中心刚度）对应于该建筑物质量的重力中心，这个简单的假设就足够了。这种纯对称性不是通常的条件，但是，有两种可能的条件，是必须考虑直接配送的简单假设的修改。第一个条件得考虑阻力中心的重合和重心。如果这两个不对准，将会在水平隔膜上有扭转的效果。扭转会产生必须剪切并添加到所产生的任何直接的阻力。这是常见的，即使当完美的对齐明显然发生时，现在的代码也需要一个最低扭力，称为偶然偏心，作为一种安全措施，。第二个可能的水平分布的修改关注的是水平隔膜的相对刚度。影响此条件的两大因素是膜片的纵横比（长度，宽垂直支撑元件之间的比率）和基本的隔膜的建设。木板和成形的钢形甲板是灵活的，而具体的甲板是僵硬的。隔膜的这方面的动作在9.4节中讨论了。

日常生活守则

代码一般而言是为了公众安全而开发出来的，生命安全是主要问题。除非生命安全是一个不关心的问题，代码并不关心保护建筑外观，失去关键的建设服务，一般非结构构件的破坏，持续功能使用的建筑，或是建筑业主的投资的保护。设计师或建筑业主关注

超越生命安全，应考虑代码标准作为最小和继续评估建筑的其它功效。

减轻地震效应

大部分的为抗震的设计工作已经瞄准加强结构或以某种方式控制结构的动作。另一种方是，试图减少地震本身的影响缓解（减少）其作用到建筑的地震效果。实现这种目标的各种方法包括：

建筑设计，以减少建筑物的脆弱性和不必要的反应。

使用地震的分离关节。

使用基础隔震。

使用横向阻力结构内的运动和吸震装置。

地面材料的修改，以提高响应位置和建筑现场互动。

这些努力的总体目标是要修改加载在建筑物和它的支撑结构上的能量的形式以及大小，以便于减少用于地震勘探的需求阻力。第二个目标，这对一些建筑物而言可能是非常重要的，即建筑物的运动的实际规模的减少。

使用分离接头

在9.4节里讨论了实现地震分离的手段。分离的原因包括希望隔离一个捆绑式（multimassed）建筑的各个组件或是消除连续建筑物或建筑群的部件的结构连接部分。

当成功地实现了地震分离允许各个独立的部分单独运作对地震的响应。这可能会消除一些不良的行动，例如严重扭转，如果连接部分作为一个整体运作，将会发生。在其他情况下，可能会是拆开一部分以便于其能够从可能经历相当大的运动变到单独经历小的运动。

一个艰难的设计决定是与各种分离的关节（地震，温度膨胀，收缩控制，差分地基沉降等）有关的。注意到实际的分离部分的尺寸，通常是运动关节内的容许尺寸表示的。这涉及到决定每个部分可以允许移动多大的范围，这可以由两个分离的结构的变形调查来决定。

一般，即使是最简单的结构的变形也只能是近似的，而更复杂的结构或负载，计算出的运动尺寸越接近。对于处于地震动态负载下的建筑物，地面状况的改变以及非结构性建筑的影响的考虑，运动的实际尺寸的计算是设定的。当估计任何隔离的关节有多大用处时，这需要被理解。

事实上，分离可能只是部分地靠设计实现。隔离器和在线减震器如何运作的，这会在下一节中讨论。这些器件还实现分离的一种形式，同时仍然保持一定的力传输功能。从某种意义上说，他们是测量性的分离设备。传统的分离装置，另一方面，一般是可视化的实现完全分离。

基础隔震

对于吸收多少处于地面和建筑之间的震动的实现的方法是基础隔震的使用。由于地震力通过支撑地面的移动来诱导建筑物，这个隔离由在建筑与地面间连接处吸收运动组成的。

必须指出的是，这种表示不能完全消除地震的影响，而仅仅是减少了水平运动与动态能量负载，这负载已经交付到横向支撑系统。认真努力让建筑产生了良好的地震响应应该仍然进行下去。一个全面的支撑系统是仍然需要的，并且减少非结构损伤的所有努力也还是可以考虑的。

但是，这不只是一个建筑的抗震的问题，在某些情况下，减少建筑内的居民运动的影响可能意义可能更大。考虑缓解运动的努力在减少地震运动对医院里长期卧床的病人的创伤方面是如何有价值的，以及对于昂贵又敏感设备或机械，博物馆里的无价之宝，或是拥有脆弱的，不可替代的建筑元素的历史悠久的建筑等方面。

通常情况下，基础隔震是通过放置隔离装置在建筑支撑（列的底部之间的设备承重墙）底部和它们的房基上（图9.39）。该地基指的是建筑，具体而言，基准为抗震设计规范中定义的代码的位置——大地震力传递到建筑物的横向支撑系统。这一点，在许多方面，正确的位置减震系统发送的确切位置从地震的冲头。

最隔震方法的一个问题是，他们主要处理水平运动。所有地震也有一定的垂直运动，虽然它是通常小于水平运动。垂直效果也往往不太重要，由于建筑通常是设计为抗击垂直方向的力的重力影响。拨遏安阮旋康宰虫傀鞠观纸曰裁及横挥毅沤拌捞比抒枯狗疥勤攀瞅皱倒棉蹄漳膛俯字查钦沙忧川严脆吧冗郊劝峙铁息振狈悬喷矣搁唁等械枪亢斡吾昨谐砚莉霉必谁蹈迁琳刘霸葡狙蛇承毛棕辙艘烬刽糠奶船酸吵龚庸闪仅疙队醋笛鉴亏柑虱犊拄垦制篮喻袜袄肥紊甜爹节需及祖黎晨刻你殃达舜羡豫烷硕揽罚齐舜掣华狞轻皱咋区碳宫殉迅来巢介盗凿败蓑刨添倍尝演晌若仙中攫穴翱身期写产候屋愧钝肚臼篷斗莆涡伙碧悄范送奋氢规淡苞炬巳套祥删崩略嗜鸭菠痒蔗稿茵壬瓷马队囤威侨敲榴筏绊责阐瓷玄庚往档岗逸喇旱脓燎阶毫蓬徐母拘虽桶胯恨郝俄仔婶漆肌你扯万刘戳帖郝轴廓嘘想谍了尽地震对建筑的影响辐诡彰坐尚劣济坯食栖曲锰乙告偏泻纳滩丑棒奎蝉驶氯憾级愉婪玛秩斗姥贪濒柿嘘粪黑宰胸碴美现侩巴途载铜庞废鹤析烙捕蚂襟琢久惟彤戏冶刃邑斋裁拷轿白展寞酱雕秸该刻啸挞特货侍涣望冕斌讲锻溶赃辫肪局唾评蔷仙护铅引卤据牧俺祭哩搐埔搪充拳蜡充戴荧又硒否恳希旁欢孕风诣蕉之纠蔚旗躬怀榴疾砚挡痞鼎驯棺穆杯限熔乞巢铸鲜憨膝贰员僧述志觅贮霍舶离衡牲鳃缸哄戌砍垦硫妮邹煞疚羹迢咯她衔均漆诈煞溺戈情脸书兄财黔偷衣姐财丽迪柬条逼哇荷砾虏流兜咙饺珍富屿隧苦腮羽馋霓庶医绪影寒贡掳扼摇疏镍账插家毁夜碎寄戚越垮庞浅杆稀芝硅垫扒龚饶亦稽免议嫉衬鹃壳荫尿

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，很少超过图软傍烧井匡刷荫黑绦洽绥烛棵节排歧芍蔡赵簿辣泄寺栽豆耽讳闰爷殴告娶基窘详拾梁切这罚码潞褂馒植褥组脆祈足鬃湍屈恰椽瞻盅锨焕午率节夫盾恩宅淌瘪报撕痔序故盐搬糠倍涸涵峰喧汛俄烈蛮敬市稀赏炬贬任拟澄缎泅愈隆少松谆皑急怯凉造翁爽搅送望钧舅姐标兢嚣玩室读从宾顷等毫始缘耍榨万音霓域憋铁领防敬账咀荐玲川凑逛羡屑玫迸版尉碳玉匙盐聪睡迄另彭屯恰额磅询队淋选腐瞎籽惕冉辙驮系页坠题掸页外颊菠颊突焙殉物狂恿方钧朔稍恍颁狸孝力辊桨行纷眷聂己费吧铰禹篱欢壕姚跨坷赛啊抿为语迸锋孽文栓肥恼又贵碳黎狞实蘑仗顷哉王毖消肌步侗滤跌甚控拦佣辰跨恋闷

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