建筑物一般是建在地表的松散土層中的。地震波穿過土層后就可到達建筑物。那么建筑物受到的地震力有多大?應該是建筑物的質(zhì)量乘以振動的加速度。地震波可以用位移表示，可以用速度表示，也可以用加速度表示。相應地，記錄地震動的儀器有位移地震儀，速度地震儀和加速度地震儀。根據(jù)地震加速度記錄，就可以用建筑物的質(zhì)量計算出建筑物在地震中受到的地震力。

除了這種簡單地計算房屋所受地震力的方法以外，還應考慮地震波的頻率特性。任何樓房都有固有頻率，對不同頻率的地震波有不同的反應，當?shù)卣鸩ǖ念l率與樓房的固有頻率接近時，樓房的反應，這時樓房的振動形式是整體左右搖擺，稱為振型。樓房底部受到的地震剪力和彎矩。為了保證樓房底部能承受住地震剪力和彎矩，需要計算確定柱、梁等構(gòu)件的尺寸及其內(nèi)部鋼筋的用量。除了計算以外，還要根據(jù)我國抗震規(guī)范的要求采取抗震構(gòu)造措施，以增強樓房的整體性。如果注意觀察汶川地震災區(qū)樓房破壞的情況就會發(fā)現(xiàn)，有些樓房是中間的某一層垮塌了，而其上、下樓層并沒有垮塌。這是因為當?shù)卣鸩ǖ念l率比樓房固有頻率高一倍時，樓房的振動形式不再是整體左右搖擺，而是呈“S”形擺動，稱為振型。當樓房以振型振動時，樓房中部某一層受到的剪力和彎矩，在進行振型的抗震計算時，需要找出受地震力的這一層，并根據(jù)對這層的計算結(jié)果確定樓房梁、柱的尺寸和鋼筋用量。如果頻率再提高，樓房將會以第三振動型振動。一般抗震計算只算前幾個振動型就夠了，因為更高振型的地震力已經(jīng)不大了，對于抗震設計意義不大。

由此可見，對于建筑物的抗震設計來說，較重要的是要知道地震波的加速度和頻率成分。其中頻率成分又按照近震、中震和遠震來考慮，因為不同頻率的地震波隨距離的衰減速度不同。

二、抗震設防標準是怎樣確定的

根據(jù)抗震規(guī)范的要求，樓房應大震不倒，小震經(jīng)修復后可繼續(xù)使用。要滿足這個要求，就得知道在建筑物的使用壽命期內(nèi)將會遭受多大的地震。而不同的地區(qū)，遭受地震的可能性是不同的。如果房屋建得十分堅固，固然可以抵抗地震，但是造價太高，并不經(jīng)濟。有些地區(qū)，上千年來都沒有發(fā)生過地震，今后幾十年或100年內(nèi)也不會發(fā)生地震的。因此就需要確定合理的抗震設防水平。

然而確定合理的抗震設防水平并不容易，因為不知道地震發(fā)生在何處、何時，震級、烈度有多大。如何解決這四個問題呢?

地震發(fā)生在何處的問題，可根據(jù)活動斷裂帶的位置來確定，因為只要是破壞性的構(gòu)造地震，一定發(fā)生在活動斷裂帶上。例如前述四川境內(nèi)的三條大斷裂都是未來可能發(fā)生地震的潛在震源區(qū)。

對于時間和震級的問題，可以根據(jù)活動斷裂帶上已經(jīng)發(fā)生過的地震進行統(tǒng)計。我國歷史悠久，較大的地震一般都有記錄，再加上現(xiàn)代地震儀記錄到的地震，可以列出地震發(fā)生的時間表。根據(jù)時間表可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)潛在震源區(qū)內(nèi)的地震都具有周期性。對兩次地震之間的時間間隔和震級進行統(tǒng)計，就可以得到震級——頻度關(guān)系以及時間和震級的概率分布，于是，某潛在震源區(qū)內(nèi)發(fā)生一次某級地震的可能性，就可以用各潛在震源區(qū)地震發(fā)生的概率來表示。

某地遭遇的地震烈度問題，也可以根據(jù)歷史地震記錄，統(tǒng)計地震烈度隨距離衰減的情況，得到震級——距離——烈度關(guān)系。把這個關(guān)系代入到地震發(fā)生的概率模型中，就可以計算某地遭遇一次某烈度地震的可能性。還可以統(tǒng)計地震烈度與地震波加速度的關(guān)系，就可以得到某地遭遇一次某指定加速度的可能性。

計算結(jié)果表明，遭遇的烈度或加速度越大，可能性就越小。反之，如果給定一個烈度，則可計算出超過給定烈度的概率，這個概率叫超越概率。那么某地按多大的地震烈度設防較合理的問題，就轉(zhuǎn)換成了取多大的超越概率較合理的問題。這樣說還不太容易理解，舉個簡單的例子。人過馬路時要冒被車撞的風險。車速越快，距離越近，冒的風險就越大。如果冒的風險在一定的水平以下，過線路就安全，超過這個風險水平，就危險。這個超過的風險水平就是超越概率。

如果將建筑物堅固程度相關(guān)的造價與遭遇某烈度地震的可能性聯(lián)合起來考慮，就可以得到超越概率與造價之間的關(guān)系，計算結(jié)果表明，當超越概率取百分之十幾時較合理。十分接近黃金分割?？紤]到安全系數(shù)，抗震規(guī)范中規(guī)定取50年內(nèi)超越概率為10％所對應的烈度作為設防烈度。例如北京地區(qū)的房屋是按地震烈度八度進行設防的。也就是說，在小于八度地震的作用下，房屋經(jīng)過修復可以正常使用，遇到更大的地震烈度時不至于倒塌。

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