建筑結構抗震的發展及前景

大慶油田設計院民用建筑設計所 163712

摘要：在所有的自然災害中，地震的危害非常大，在嚴重破壞建筑結構的同時可以導致巨大的經濟損失和慘重人員傷亡。本文詳細綜述了建筑結構抗震的發展階段，對其發展前景做了展望。

關鍵詞：建筑結構；抗震；發展；前景

1、發展過程

地震工程學具有跨學科領域的特征，初步形成于上世紀20年代，隨著學科研究的不斷深入和建設的不斷發展，該學科又逐漸演變劃分為抗震結構工程學和工程地震學兩大領域，同時也得到諸多專家、學者的認可。抗震結構工程學這門學科主要是對抗震的理論與方法進行設計與分析研究，主要目的是對建筑工程中發生的實際問題進行解決。從建筑結構抗震的發展過程來看，依據結構抗震理論設計的發展可以劃分為三個主要時期。

1.1靜力法理論時期

在世界范圍內，日本首先提出了靜力法理論，并在上世紀40年代以前得到了廣泛的應用。靜力法研究抗震的理論主要是通過大量的地震震害總結分析而來，即有目的觀測天然地震和總結分析震后建筑物受到的破壞程度。所以說，天然地震是靜力法階段最多的抗震試驗，天然地震實驗開展的區域位于頻繁發生地震的地區，也有位于在短時間內可能發生較大地震的區域，在這些區域建造用于地震試驗的建筑物，或將測震儀器安裝在建造完成的房屋上，一旦地震發生，就能夠從房屋發生的反應中得到實驗結果。按照實驗的要求和經濟條件的實際情況，可以將實驗分為三種：一是在地震頻繁發生的區域或震級較大的區域對房屋加固，當地震發生時，就能夠通過分析震害掌握加固的效果如何，雖然沒有設置地震儀器，但是實驗數量較多，涉及的區域較廣，也具有意義。另外還能夠與新建的建筑工程結合，有目的的采取綜合的抗震措施，對地震發生后的震害進行分析。二是如果經濟條件允許，在開展第一種抗震實驗，統計總結地震基礎資料的基礎上，可以將測震儀器安裝在諸多的建筑物上，比如常見的加速度計等，通過儀器可以獲取更多的地震信息。三是設置專門用于開展天然地震研究的試驗場地，并建造用于試驗的建筑物，在采取各種實驗方法的基礎上獲取地震過程中建筑結構發生的各種反應。在靜力法理論階段，彈性理論是對抗震進行設計所遵循的原則。

1.2 擬靜力法理論時期

美國對擬靜力法理論的研究和發展做出了巨大貢獻，諸多研究人員于上世紀40年代獲取了很多具有工程意義的實驗數據，這些數據與記錄的強地震動力加速度的時程有關，事實上，結構地震產生的反應與結構的動力特性和地震的動力特性有關，于是學者首次總結提出反應譜原理，并且設計了相對應的計算方法。美國加州的抗震規范標準中在上世紀50年代首次采用反應譜作為一種理論對抗震進行設計，在全世界范圍內于上世紀50年代末期確定了擬靜力法理論的研究地位。但是彈性理論還是抗震設計的基礎，同時，很多學者也開始研究分析結構非線性，極限設計的理論被提出。

積累大量的地震資料、總結分析大量結構抗震實驗結果是擬靜力理論的研究成果，在這一時期，抗震試驗的主要方法是以人為的結構抗震靜力試驗和天然地震試驗，同時也初步應用了第三種天然地震試驗。人工結構抗震靜力試驗也叫做擬靜力實驗或偽靜力實驗。研究人員又將人工結構抗震靜力試驗劃分為兩種，一種是周期性加載試驗，另一種是非周期性加載試驗，這一時期主要采取的是周期性加載試驗，是因為非周期性加載實驗研究結果難以真實反映確定性的非線性地震結果。在周期性加載實驗中，周期性加載指得是依據實際位移或受力大小在周期內進行重復加載。在上世紀50年代末期開始確定了建筑結構或構件的恢復力模型，在70年代左右開始了能量耗散的研究。

1.3 動力法理論時期

與擬靜力法相比，動力法更多的是研究分析了時程。在動力法理論時期，研究結果同樣是從積累大量地震資料，總結分析結構抗震試驗結果而來，很多研究人員更加重視抗震試驗的研究。在這一時期，在廣泛開展人工結構抗震靜力實驗和多種多樣的天然地震試驗的基礎上，人工結構抗震動力試驗得到了廣泛應用和發展。結構抗震動力試驗與結構抗震靜力試驗的不同之處在于前者能夠提供可以控制的應變速率。為了研究的方便，研究人員將結構抗震動力試驗劃分為周期性動力試驗和非周期性動力試驗兩種，其中非周期性動力實驗又劃分為爆炸模擬地震試驗與模擬地震振動臺試驗。

在周期性動力試驗中，必須要有動力實驗設備以保證在試驗中產生具有周期性強迫振動，常見的有振動臺、激振器和電液伺服加載器。振動臺是從結構底部輸入周期性干擾，后兩種設備是結構底部穩定，從上不輸入周期性干擾。在非周期性動力試驗中，試件本身具有應變速率，能夠在一定程度上處理和實際地震效應有差距的問題。開展爆炸模擬地震試驗時，要在實驗場地依據實驗時間安排引爆地下的爆炸物體，模擬產生和地震相似的地面運動。這類試驗的優點是破壞實驗效果與地震效果接近，可以在實驗場地預先建造建筑結構。開展模擬地震振動臺的試驗研究，必須有資金做保證，因為振動臺耗資較多，結構構件和臺面尺寸要求嚴格，但是這類實驗可以更好的反映地震結果。

在動力法理論時期，抗震設計的原則是保證安全，考慮結構的狀態，在這一時期，研究人員提出了抗震概念設計。

2、前景

建筑結構抗震學科在上世紀得到了快速發展，隨著研究的不斷深入也取得了長足的進步。但是因為地震對建筑結構的影響非常復雜，有些影響還難以通過實驗證實，因此說抗震理論還存在一定的局限性，研究人員還必須深入研究結構抗震設計中的諸多難以確定的因素。當前及未來一段時期內，還必須開展更為深入的建筑結構抗震，主要是以下4個方面：一是必須深入研究結構抗震與建筑原材料的關系；二是要廣泛應用網絡技術、計算機技術，對抗震實驗進行模擬研究；三是拓展結構抗震的實驗研究對象，從個體到整體，確保研究結果與實際相符；四是完善結構抗震體系，轉變觀念，采取以柔克剛的諸多措施，將建筑的結構進行調整，有效的進行節能、減震以實現建筑結構的抗震目的

3、結束語

對建筑結構的抗震進行深入研究，能夠有效消除其帶來的危害，減少建筑物被破壞后所造成的人員傷亡和財產損失，展望其發展，在研究人員的不斷努力下，研究成果一定會得到更為廣泛的應用。

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