早在50年代末60年代初，世界各国的抗震设计多采用静力法时，我国在规范草案中就提出采用弹性反应谱理论对各工程结构进行抗震计算。且因发现场地条件对反应谱形状有重要影响，建议对不同场地条件采用不同的反应谱形状。70年代规范中对不同的场地采用了3条反应谱。由于加速度大小与地震力大小有直接的关系，抗震设计规范中通常用地震系数k表示地震烈度指标，k＝a/g，式中a为地面加速度峰值，g为重力加速度。60年代的统计分析表明，地震烈度每增加一度，地面加速度峰值约增加一倍。例如，与7度、8度、9度相应的平均加速度峰值约为0.075g，0.150g与0.339g，此成果被《64规范》采用。70年代初，国内外一些强震观测资料的分析表明，在同一烈度下的水平加速度峰值离散性很大。其最大与最小者的差异可达百倍。70年代末，据对美国部分强震记录和我国唐山地震记录的统计分析，得到的经验关系式为：loga＝0.3I＋σ，式中a是水平加速度，以cm/s2计，I为地震烈度，σ为误差范围，《中国地震烈度表(1980)》采用了这一结果。但对于不同的震级、震中距与场地类别，烈度与加速度峰值的统计关系差别较大，且无明显规律可循。据有关研究，编制《74规范》时，设计反应谱的动力系数的最大值βmax取为2.25。这以后，《78规范》与《89规范》仍采用此成果。80年代以来，随着大量强震记录的获得，研究者发现了地震震级、震中距对反应谱(特别是长周期部分)影响的客观存在。为此，《89规范》采用的设计反应谱，除考虑土的软硬与覆盖层的厚薄等场地条件的影响外，还考虑到震级大小与震中距的影响(给出了7条反应谱)。此期间，有人据日本强震观测资料的研究结果表明，震级与场地土条件对反应谱形状的影响要比震中距的影响明显得多。近些年，人们开始研究用随机反应谱和模糊反应谱进行抗震设计，及利用加速度峰值和速度峰值双参数标定设计反应谱的方法。

    随抗震结构理论研究的发展，我国计算工程结构地震作用的规范方法，经历了由简到繁、由单一因素到多因素的演变过程。60年代到70年代初，一般只要求两个方向分别计算；70年代至80年代，则要求考虑扭转、双向水平作用、竖向地震作用，并根据专业特点考虑动水压力、动土压力、地基基础与上部结构相互作用等，对一些大型工程与重要结构，还要求用时程分析法确定地震作用。在50年代后期，地震作用计算由静力理论过渡到动力理论。但规范的地震力远小于按实际地震反应谱计算的地震力，而满足规范设计地震力要求的房屋却也能取得抗震的效果，其原因可能是多方面的，但主要是结构的非弹性吸能所致，所以提出用与结构延性吸能有关的系数，对弹性地震力予以折减，以反映结构在地震作用下的非弹性性质。《64规范》中，以振型分解反应谱法作为规范估计弹性地震力的主要方法，并引入了结构系数。c(引入结构系数的目的是为了粗略地体现塑性变形对地震作用的影响，以弥合实际结构与理想弹性体系两者之间地震反应的差异，但其取值基本上是经验性的，后来发现难以适应结构抗震设计要求)。c的引入是在概念上前进的一大步，因为它表明规范采用的设计地震力是经过折减的设计指标。此外，《64规范》在地震作用的计算上取消了场地烈度的概念，而应用不同的反应谱曲线反映场地条件的影响。“规范”中提出了三种计算地震作用的方法。一是在结构的计算简图可用竖立的伸臂杆表示时如何计算结构底部的剪力与弯矩；二是验算不同于前一情形的复杂地面上结构或验算结构的局部构造及屋架、桥梁等主要构件的支座和锚固措施时如何计算地震作用；三是对前两个情形中的公式不能满足设计精度要求的复杂结构体系，以振型分解反应谱方法计算各振型的地震作用后，求出相应的地震内力，然后再进行组合。《64规范》把场地条件的影响分为两个方面，一是4类土质条件对地面运动的不同影响；二是地基稳定与变形的影响，如不均匀沉陷、液化与地裂的影响等。《74规范》、《78规范》对地震作用的计算仍采用《64规范》的方法，只做局部的改变。一是把场地土分为三类，并调整了相应的地震影响系数；二是规定了一个简便的方法，即底部剪力法计算剪切型结构的地震作用，并将《64规范》的结构系数C发展为结构影响系数C，它综合考虑了结构与材料的非弹性性质，以及计算方法的简化等因素。然而，规范对结构总体的延性要求未必能反映结构各个部件或节点的延性。而对结构的非弹性变形的研究与实际的地震灾害调查都表明，局部延性的不足，或局部提前达到屈服产生变形集中往往导致结构严重破坏或倒塌。

    《89规范》中在设计方法上有重要变化(相应地地震作用计算也有了显著的改进)，形成了具中国特色的新的抗震设计方法。它采用两阶段设计法实现三个水准的设防要求，其设计指标是考虑我国地震烈度的发生概率，当时的经济状况和规范的延续性而确定的。所谓三个水准，其概率含义为：作为第一水准烈度的众值烈度是比基本烈度平均降低1.55度(标准差σ＝0.16度)的多遇地震，它在50年内的超越概率为63％，其弹性地震作用是基本烈度时的0.34倍，此时各类结构在总体上“不坏”；基本烈度是超越概率约为10％的第二水准烈度，结构的损坏要控制在可修复的程度。第三水准烈度指超越概率为2％—3％的烈度，是高于基本烈度的罕遇地震，其地震作用约为众值烈度时的4—6倍(基本烈度越高此倍数越低)，此时结构的非弹性变形要控制在不致倒塌的范围。所谓两阶段设计法，第一阶段设计是抗震承载力验算(强度校核)，其特点是：①不再用结构系数折减地震力，取众值烈度的弹性地震作用作为设计指标(以此实现对设防烈度地震的折减)，针对不同的结构分别采用从简单方法到时程分析法，从两个主轴分别计算到考虑扭转或竖向地震作用的分析；②为满足第一、二水准的设防要求，在概率可靠度的基础上用多系数设计表达式进行承载力验算；③由概念设计与构造定性地满足第三水准的要求。第二阶段设计是对薄弱部位的弹塑性变形验算。对质量、刚度，尤其是强度分布明显不均匀的结构与具有特殊要求的建筑，除进行第一阶段的设计外，还需寻找薄弱层，验算在第三水准烈度地震作用下的弹塑性层间变位，进而采取相应的构造措施。弹塑性地震反应分析说明，各楼层屈服强度系数(对多层剪切型结构、弯曲型结构、弯剪型结构等不同结构而言系数的计算方法不同)相对较小者为可能的薄弱层。相当一部分结构的薄弱层会出现弹塑性变形相对集中的现象，弹塑性变形与弹性变形之间也有相对稳定的关系。由试验与震害分析发现，从工程的角度，用层间变位角作为变形能力的衡量指标是较合理的。此外，《89规范》不仅把场地条件分为4类，且考虑了远、近震反应谱特征周期的差别；改进了底部剪力法，引进了等效质量系数来修正总地震作用，并在顶部附加一水平地震作用；考虑了结构与地基的相互作用，提出建在Ⅲ、Ⅳ类场地天然地基上具箱基或整体刚性较好的筏基的钢筋混凝土高层建筑，考虑地基与结构相互作用时，按刚性地基假定分析的水平地震作用可折减10％—20％，楼层的层间变形按折减后的剪力计算；考虑了结构的扭转反应；提出了各楼层考虑两个正交的水平移动和一个平面转角共3个自由度的振型分解反应谱计算方法，各广义振型的地震内力按完全二次型开方根法加以组合；要求较高的高层建筑不仅要按振型分解反应谱法计算地震作用，还要用输入地震波的时程分析法计算地震作用。
　　本文标题：地震抗灾技术(3)
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