一级结构：建筑结构抗震技术概述

地震灾害和洪水、飓风一样，是常见的自然灾害。 几乎每天都有许多大大小小的地震在世界各地发生，尽管大多数地震没有人类感知的那么强烈。 地震发生时，震源破裂产生的能量以地壳为传播介质，以波的形式向四周传播，包括纵波、横波和面波。 对于震级较高的地震，地震波甚至可以绕地球传播几圈，甚至在一定程度上影响地球的自转周期。 纵波的波向与传播方向一致，是速度最快的压缩波。横波的波向与传播方向垂直，是横波，其次是速度。而面波是一种沿表面滚动的波，虽然最终跟随，但对建筑物造成破坏。 包括各种地壳力学性质不同的岩石，此外还有地表水、地下水、石油等液体，以及断层、透镜体等界面。它是一种复杂的非均质多相介质。地震波在传播过程中，以地壳为传播介质，会产生反射、折射、衰减等复杂效应，振幅和卓越频率会因场地不同而不同。 不同弹性模量的介质会选择性地放大不同的频带，相当于一个带通滤波器，从而改变地震波的卓越周期。 此外，在坚硬岩石上振幅会较小，但在深厚软土上振幅会较大。 日本位于亚欧板块和太平洋板块的交界处，属于环太平洋火山带，地震和火山活动非常频繁。 日本早在19世纪末就开始研究地震防灾。 20世纪初，日本学者景岛乐·大森认为水平加速度是造成地震破坏的重要因素，并提出了一种近似地震动影响的静力计算方法。 静力法假设整个建筑结构是一个随地面运动的刚体——即在地震作用下只随地面运动，相对于地面没有变形。 根据牛顿第二运动定律，结构各部分的地震力是该部分的质量与地面运动加速度的乘积。 该方法概念清晰，原理简单。首次将力学理论引入建筑抗震，具有划时代的意义。 而对于高度较低、刚度较高的房屋，静力法假定建筑结构为刚性基本符合实际，但对于高耸的烟囱、水塔等柔性结构，误差相对较大。 所有的结构都是由材料构成的，所有的材料受力后都会变形，任何材料的刚性都是有限的。 根据建筑材料和形状的不同，建筑物的质量和刚度也不同。 因此，不同的建筑物有不同的自振周期。 如跨度较小的农村单层砖房自振周期一般在0.1秒左右，大跨度桥梁、摩天大楼的自振周期可达3秒以上。 很明显，同一个地震对不同频率的建筑物施加的力是不同的。 在地震中，如果建筑物的固有频率刚好非常接近地震波的突出频率(能量较高的频率成分)，那么它将比其他建筑结构承受更大的地震力(共振效应)。 为了考虑建筑物不同自振频率对地震作用的影响，美国学者M.A.Biot在20世纪40年代首先提出了由实测记录计算反应谱的概念。 即把大量实测地面振动波分别代入单自由度动力响应方程，计算其弹性地震响应，如加速度响应，从而得到结构地震响应与结构自振周期的关系曲线。然后对这些关系曲线进行统计分析，选出一条形状相对简单但基本覆盖这些关系曲线的曲线，称为地震计算反应谱。 然后用静力分析法计算地震响应。 所以反应谱法仍然属于等效静力法。 然而，反应谱理论仍然是各国抗震规范中给出的主要抗震分析方法，因为它真正考虑了结构的振动特性，且计算简单实用。 律师回复