工程抗震与震害评估？

1.地震工程现象及其原因

地震发生时，地面剧烈颠簸摇晃，直接破坏各种建筑物的结构，造成房屋倒塌、桥梁垮塌、堤坝开裂、轨道变形等等。地震对建筑物的破坏力很大，因为建筑物附着在地表，地震破坏建筑物的方式主要受地震波传播方式的影响。简单来说，摧毁建筑有三种方式:上下、水平摆动、左右扭转。很多时候是三种方式的结合。

纵波使建筑物上下颠簸，力度之大，使建筑物不能随之移动，使底层柱、墙的动载荷骤然增大，叠加了建筑物上部的自重压力。如果超过底层柱和墙的承载能力，柱和墙就会倒塌。底层坍塌后，建筑上层的重量像锤子一样落下，砸断了二层，造成连续坍塌。整栋楼直接坐了下来，原本的三楼瞬间变成了“一楼”。

表面波使建筑物水平摆动，相当于在水平方向上对建筑物施加一个重复的力。如果底层柱和墙的强度或变形能力不够，整个建筑物就会同向倾斜或倾倒，这在地震地区是常见的。

第三个功能是扭转。扭转的原因是有些地震波本身是“涡动”的，有些情况是由于早晚面波到达建筑物两端的时间差造成的。这种情况会导致建筑扭曲。建筑物一般抗扭能力差，容易损坏。震区有些房子在拐角处倒塌，这种情况居多。

一旦到了上蹿下跳、左右摇晃、扭动的时候，三种方式同时发生，破坏力就更可怕了。在靠近震中的地区，三路往往交织在一起，所以破坏力很大。

此外，每栋建筑都有自己特定的固有频率。如果这个频率接近地震作用的频率，也会造成类似* * *震动的效果，带来更大的破坏力。

还有一种破坏形式叫做液化。如果建筑的地基是细砂，房子建在上面，当地动山摇，沙子跑到一边，房子就会下沉，造成倾斜甚至倒塌。

2.各种工程现象的抗震方法

2.1结构抗震与各种结构的变形能量

地震作用下结构的破坏程度与结构的变形，尤其是层间位移角有明显的对应关系。因此，对于以变形要求为不同性能指标的结构，可以得到抗震措施的初步定量关系。如果非倒塌变形值是变形能力的基本要求，当要求结构轻微损坏或不损坏时，其变形控制值应降低到非倒塌变形值的一定比例。但根据结构吸收的地震能量相等的原则，其综合抗震能力应基本保持不变。据此可以得到结构变形控制值减小所对应的结构抗力提高比例，即结构地震作用效应(内力)的提高系数。这意味着在建筑结构抗震时，可以通过调整地震作用效应系数来达到不同的变形性能要求。

对于不同构造措施的建筑结构，在现行的《建筑抗震设防标准》中，为了使结构构造对抗震能力的影响系数和局部影响系数一致，抗震构造措施对整体结构抗震能力的影响分为整体影响和局部影响两类。例如，对于砌体结构，抗震横墙间距、建筑高宽比、相邻楼层刚度比、墙与墙、墙与楼之间的连接、圈梁和构造柱的设置作为具有整体影响的结构，而墙体、楼梯间结构和屋顶建筑的局部尺寸作为具有局部影响的结构。不同的设防烈度和抗震结构有不同的基本构造措施。现有结构高于基本要求时，对应的影响系数大于1.0，低于基本要求时，对应的影响系数小于1.0，这些系数的变化范围一般在0.6 ~ 1.3范围内。

按照上述思路，考虑到现行设计规范规定的基本抗震结构一般可分为高、中、低三个等级，相当于用不同的等级表达不同的性能要求，但对于不同类型的结构，确定结构等级时考虑的因素是不同的。参照现行设计规范的相关内容和要求，除常规要求外的抗震结构初步划分如下:

2.1.1砌体结构影响结构的变形能量

砌体结构可以影响变化能力的结构，圈梁、构造柱的设计数量、位置、截面尺寸、配筋分类可以作为重点，局部墙体尺寸只考虑其局部影响。例如，多层砖房的构造柱数量可设置为建筑的四个角和楼梯间的四个角为一级，建筑隔墙的内外墙和楼梯间的四个角为二级。各房间内外墙交接处及楼梯间四角设置为三级；与无构造柱的非抗震设计相同。

2.1.2钢筋混凝土结构影响变形能的结构

影响变形能力的钢筋混凝土结构的构造可归为重点，如内力的调整、柱的纵筋和箍筋的体积配箍率、抗震墙边缘的布置和构造，而短柱、框架支撑和连梁的构造可视为局部影响。在相同的设防烈度和相同的性能要求下，不同楼层钢筋混凝土结构的基本延性构造要求仍需不同。

2.1.3影响变形能的钢筋结构构造

配筋结构影响结构的变形能力，内力调整、节点域结构、构件长细比和支撑设置可视为评分的重点，构件宽度和厚度可视为局部影响。在相同的设防烈度和相同的性能要求下，不同楼层钢结构的基本延性构造要求需要有所不同。

2.2抗震扭转破坏方法

通过几次强震的总结，人们已经认识到建筑结构的规则性对抗震能力有着重要的影响。在各种破坏形式中，扭转破坏占大多数。地震引起的整个结构的扭转破坏和单个构件的扭转破坏是两个不同的概念。前者是使结构的竖向构件受力不均，从角部构件开始，逐个破坏，后者类似于延性破坏。结构的垂直不规则将形成一个薄弱层。如果不考虑加强措施，薄弱层在地震作用下可能首先屈服，导致其上层楼板坍塌。平面不规则性会使结构在地震中表现出明显的扭转破坏特征，产生很大的扭转偏心效应。

首先，采用耦合扭转地震计算方法。

以往抗震设计只考虑单向平移振动，属于强迫振动的一种。考虑扭转耦合的计算方法比这更进一步。单向受迫振动产生的刚度不能代表结构最薄弱的方向。比如L形、弧形、三叉戟形等平面，如果不采用考虑耦联扭转的抗震设计方法，将很难找到结构刚度最弱的方向。考虑平移和扭转耦合的刚度，不仅考虑了各方向位移之间的相互作用，而且是一种自由振动。它的振动不是单一方向的受迫振动，而是最弱方向和次弱方向的自由振动。因此，耦合抗震计算是一种更为实用的设计方法。它产生的每个周期和振型都是三维的，有三个分量，一般无法严格区分某个方向的振型。可见，在抗震设计中，即使是对称规则结构也要考虑。一般来说，结构越不规则，平扭耦合反应越大，地震力也越大。

第二，考虑偶然的偏心

由于地震作用的不确定性，常引起一些结构的扭转反应，如地震波中的扭转加速度，在设计计算中很难准确考虑。此外，计算中假设的结构刚度和质量分布不能很好地符合实际情况，在结构发生屈服或损伤的非线性响应过程中，各构件的刚度退化程度不同，使得计算假设更加偏离实际情况。这些实际的偶然因素和计算假设的缺陷必须在设计过程中得到适当的修正。国外抗震设计规范大多规定，应考虑施工、使用或地震地震动扭转分量引起的偶然偏心的不利影响。对于平面规则(包括对称)的建筑结构也规定了偶然偏心；对于平面布置不规则的结构，除自身偏心外，还应加上偶然偏心。在抗震规范中，对于平面规则结构，采用增加侧部结构地震内力的简化方法来考虑偶然偏心的影响。对于高层建筑，增大边框架结构内力的简化方法是不合适的。因此，在《高层建筑混凝土结构技术规程》(3-2002)中，直接取每层的质量偏心距为0.05 Li(Li为垂直于地震作用方向的建筑总长度)来计算地震作用。而且高规明确提出排量比计算要考虑偶然偏心。可见，结构的扭转控制应在考虑偶然偏心的前提下进行。

2.3地震中砂土液化的工程防治方法

在过去的大地震中，有很多砂土液化的例子。砂土液化作为地震灾害的一种主要形式，常常引起建筑地基的不均匀沉降和结构破坏，造成严重的灾害和人员伤亡，给人类带来了巨大的灾难。

如果评价结果表明砂土地基有液化破坏的危险，首先应尽量避免直接使用液化砂土作为建筑基础。如果做不到，可以采取适当的措施提高砂土的抗液化能力，以防止或减少建筑物在地震中的破坏。

加密是目前应用广泛且有效的措施，采用的方法有几种，如振冲密实法、砂桩密实法、强夯法和爆炸加密法。

第一，振冲加密法。将圆柱形振动器插入砂地基。其下端和上部分别设有喷水嘴。气缸内的立轴带动偏心块高速水平旋转，产生水平高频振动。振动器可以同时振动和发射水，并沉入预定深度。在沙子被强烈振动后，土壤颗粒被振动重新排列并变得密实。在振冲形成的孔中注入碎石形成碎石桩，可以消散地震时砂土地基中产生的超孔隙水压力。

二、砂桩夯实法。通过振动将一根钢管打入土中，然后将粗砂灌入管中。一边振动，一边把钢管拉起来，把沙子压实，把周围的砂层压实。由于砂桩内往往填充粗砂粒，桩身可加速地基排水，砂粒被振动密实，所以处理效果显著。

第三，强夯法。即强夯法，即8 t ~ 30 t重锤从6 m ~ 30 m高度自由下落，在土体中产生压缩波和巨大应力，使土体密实，以提高其承载力，降低其压缩性，提高其抗液化能力。

第四，爆炸加密法。在需要增密的地基土中，按照规定的深度埋设一定量的炸药，使地基土密实，提高其抗液化能力。

此外，筏形基础和箱形基础对提高液化地基和软土地基上基础的抗震性能有显著作用。筏形基础和箱形基础整体性好，能更好地调节地基压力，有效减少大范围振动下沉引起的地基不均匀沉降，从而减少上部结构的破坏。

3.地震损失评估

震害评估包括对地震烈度、结构破坏形式、人员伤亡和经济损失的评估，并提出可能的抗震救灾措施。震害评估可分为三种形式:震害预测(震前评估)、震时评估和震后评估。震害预测主要是基于一定的地震分析方法，根据城市的地质构造条件、结构抗震性能分析和历史地震等因素，对可能发生的震害进行评估。震时评估是指地震学家在主震发生后，对震害和可能发展趋势的实时评估。震后评估是指地震发生后，通过全面细致的现场调查和计算，对地震损失进行综合评估。

在传统的震害评估方法中，建筑物的破坏程度分为五个等级，即倒塌、严重破坏、中度破坏、轻微破坏和基本完好。地震烈度的程度可以用宏观烈度来表示。然而，传统的方法效率低下，难以满足抗震救灾的要求。GIS、GPS、RS等高新技术的出现可以提高地震灾害评估的速度。GIS已经应用于震前和震后评估，但GPS还没有广泛应用。一些地震工程专家利用遥感技术进行了震后评估研究。目前，在震后评估研究中，遥感大多侧重于识别房屋的倒塌率。理想的“3s”技术是将GIS、GPS和RS有机地结合和集成起来，形成一个“3s”系统。这种集成可以是“松散集成”，也可以是“紧密集成”。由于GIS、GPS和RS各有优势，单独使用其中一种技术进行震害评估存在不足。如果将“3s”技术与传统的震害评估方法相结合，将会提高震害评估的效率。

GIS、GPS、RS等高新技术的出现可以提高地震灾害评估的速度。然而，这些方法本身有许多缺点。除了整合和互补之外，还需要用传统的方法进行补充和修正。高新技术与传统方法相结合是数字防震减灾的发展方向。

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