工程抗震研究方法

1. 建設工程抗震包括哪幾個方面工作

（一）高層建築工程超限設計可行性論證報告應說明其超限的類型（如高度、轉換層形式和位置、多塔、連體、錯層、加強層、豎向不規則、平面不規則、超限大跨空間結構等）和程度，並提出有效控制安全的技術措施，包括抗震技術措施的適用性、可靠性，整體結構及其薄弱部位的加強措施和預期的性能目標。 （二）岩土工程勘察報告應包括岩土特性參數、地基承載力、場地類別、液化評價、剪切波速測試成果及地基方案。當設計有要求時，應按規范規定提供結構工程時程分析所需的資料。 （三）結構設計計算書應包括：軟體名稱，力學模型，電算的原始參數（是否考慮扭轉耦連、周期折減系數、地震作用修正系數、內力調整系數、輸入地震波和峰值加速度等），結構自振周期、振型、位移、扭轉位移比、結構總重力和地震剪力系數、樓層剛度比、牆體（或筒體）承擔的地震傾覆力矩等整體計算結果，主要構件的軸壓比、剪壓比和應力比控制等。 對計算結果應進行分析。採用時程分析時，其結果應與振型分解反應譜法計算結果進行比較。對多個軟體的計算結果應加以比較，建議選擇專業而有經驗的咨詢公司進行計算分析。 上海凱德數值提供專業的地震彈塑性時程分析報告，和抗震設防專項審查報告的咨詢。 （四）初步設計文件的深度應符合《建築工程設計文件編制深度的規定》的要求，設計說明要有建築抗震設防分類、設防烈度、設計地震分組或設計地震動參數、混凝土結構的抗震等級等內容。 （五）抗震試驗數據和研究成果，要有明確的適用范圍和結論。

2. 防震措施分兩大類分別是工程防震和什麼

防震措施分兩大類分別是工程防震和非工程防震

防災措施可分兩大類:即工程防災和非工程防災。工程防災是防震減災的重要方面。因為地震所造成的人員傷亡和財產損失,主要是因建築物倒塌和工程設施破壞造成。

工程防災措施主要包括:

(1)制定工程建設抗災規劃;

(2)制定各種工程抗災技術規范和法規;

(3)工程設防。工程設防的重點在於生命線工程,易產生次生災害的工業系統,以及水庫,水壩,防汛抗洪工程等。

(4)工程鑒定與加固。對達不到抗震要求的工程實施加固措施,提高建築物抗震性能。

工程防災是防震減災的重要方面。因為地震所造成的人員傷亡和財產損失,主要是因建築物倒塌和工程設施破壞造成。

一、工程防震

1.開展活斷層研究的重要性

地下活斷層是地震災害之源。唐山大地震就是在地震前沒有發現地下活斷層，只按烈度六度進行建築設防，因此造成了巨大損失。為了抗禦地震災害，保障社會穩定和經濟發展，我們天津市應加強對地下活斷層的研究，開展這項工作是非常重要的。

2.為什麼要進行地震小區劃

地震小區劃更有小區域的特點，為場地工程建設提供防震減災技術，其技術水平約超前建築規范十年左右。這項工作可盡快的把先進技術轉化成生產力。國家也要求大、中城市都要開展地震小區劃工作。它可為工程抗震設計、防震減災規劃、土地利用規劃、地震保險等提供可靠的依據，社會效益、經濟效益、環境效益顯著，也是"以預防為主"防震減災工作方針落實的重要措施之一。

3.工程場地的地震安全性評價

由於建築物的破壞往往與建築物所在的場地和地基的抗震性能有關，因此為了減輕地震災害，減少經濟損失和人員傷亡，在工程建設時需要考慮工程建設場地可能遭遇到的地震危險程度(即地震危險性)。

二、非工程防震

非工程性防禦措施是指旨在增強全社會的防震減災意識，提高避險、自救、互救的能力，以及抗震救災准備等方面的災害預防活動。非工程性防禦措施主要內容涉及應急避難場所規劃和建設、抗震救災資金、物資儲備、地震應急知識宣傳普及活動和地震應急救援演練、地震災害保險等方面的制度和規定。

3. 誰能告訴我關於混凝土細觀力學方面的知識

混凝土細觀力學研究進展及評述

(1.北京工業大學分部，北京 100044；2.中國水利水電科學研究院 工程抗震研究中心，北京 100044)

摘要：本文介紹了混凝土細觀力學的研究方法，總結了到目前為止在細觀層次上對混凝土實驗研究和數值模擬的研究成果，詳細分析討論了格構模型、隨機骨料模型和隨機力學特性模型3種細觀力學數值模型的優缺點。目前混凝土細觀力學的研究主要集中對細觀數值模型的研究，已建立起來的細觀數值模型仍待完善，同時尚缺乏系統的各相材料力學特性參數試驗測定成果。用細觀力學數值模擬取代部分試驗任務還要做很多工作。
關鍵詞：混凝土；細觀力學；數值模擬；試驗研究
中圖分類號：TV313 文獻標識碼：A

1 引言

混凝土是由水、水泥和粗細骨料組成的復合材料。一般從特徵尺寸和研究方法的側重點不同將混凝土內部結構分為三個層次(如圖1)：(1)微觀層次(Micro-level)。材料 的結構單元尺度在原子、分子量級，即從小於10-7cm～10-4cm著眼於水泥水化 物的微觀結構分析。由晶體結構及分子結構組成，可用電子顯微鏡觀察分析，是材料科學的研究對象；(2)細觀層次(Meso-level)。從分子尺度到宏觀尺度，其結構單元尺度變化范圍在10-4厘米至幾厘米，或更大些，著眼於粗細骨料、水泥水化物、孔隙、界面等細觀結構，組成多相復合材料，可按各類計算模型進行數值分析。在這個層次上，混凝土被認為是一種由粗骨料、硬化水泥砂漿和它們之間的過渡區(粘結帶)組成的三相材料。砂漿中的孔隙很小而量多，且隨機分布，水泥砂漿力學性能可以看作細觀均質損傷體。相同配合比、相同條件的砂漿試件，通常其力學性能也比較穩定，可以由試驗直接測定。由泌水、干縮和溫度變化引起粗骨料和水泥砂漿之間產生初始粘結裂縫，而這些細觀內部裂隙的發展將直接影響混凝土的宏觀力學性能；(3)宏觀層次(Macro-level)。特徵尺寸大於幾厘米，混凝土作為非均質材料存在著一種特徵體積，一般認為是相當於3～4倍的最大骨料體積。當小於特徵體積時，材料的非均質性質將會十分明顯；當大於特徵體積時，材料假定為均質。有限元計算結果反映了一定體積內的平均效應，這個特徵體積的平均應力和平均應變的關系成為宏觀的應力應變關系。

圖1 混凝土的層次結構示意

長期以來，人們對混凝土材料和構件宏觀力學性能的劣化直至破壞全過程的機理、本構關系、力學模型和計算方法都非常重視，並且用各種理論和方法進行了研究。為了研究其材料組織結構和裂縫的開展以及在單軸、雙軸、三軸應力的作用與強度之間的關系，人們作了大量試驗。強度理論也從最簡單的最大拉應力理論、最大拉應變理論，發展到單剪應力系列、八面體剪應力系列、雙剪應力系列，直至現在的統一強度理論[1]。關於混凝土本構關系的研究也有大量文獻，概括起來混凝土本構關系模型[2,3]主要有以下三種：(1) 彈性本構模型，包括線彈性和非線性彈性本構模型；(2)以經典塑性理論為基礎的本構模型；(3)基於不可逆熱力學的本構模型，包括內蘊時間模型和損傷力學模型。

對混凝土細觀結構的研究表明，即使在載入以前，混凝土內部已有微裂縫存在。這種微裂縫一般首先在較大骨料顆粒與砂漿接觸面(粘結帶)上形成，即所謂的初始粘結裂縫。這是由於水泥砂漿在混凝土硬化過程中干縮引起的。砂漿和粗骨料接觸面處是混凝土內部的薄弱環節，正是這種接觸面導致混凝土具有較低的抗拉強度。粘結裂縫的數量取決於許多因素，包括骨料尺寸及其級配、水泥用量、水灰比、固化強度、養護條件、環境濕度和混凝土的發熱量等。由於骨料和砂漿的剛度不同，在載入過程中，這種裂縫還將進一步發展，以致使混凝土在宏觀上的應力應變曲線呈現出非線性。不均勻性是混凝土材料的最本質的特點，微裂縫是決定其性能的主導因素。

材料和物理學家從微觀的角度研究微缺陷產生和擴展的機理，但是所得結果不易與宏觀力學量相關聯。而著眼於宏觀裂紋分析的混凝土裂斷力學理論和方法，主要研究裂紋尖端附近的應力場、應變場和能量釋放率等，以建立宏觀裂紋起裂、裂紋的穩定擴展和失穩擴展的判據。但是斷裂力學無法分析宏觀裂紋出現以前材料中微缺陷或微裂紋的形成及其發展對材料力學性能的影響。

為了建立混凝土細微觀結構各種缺陷及其特性的不均勻性與其在宏觀力學特性的關系，自20世紀70年代末[4]，人們發展了混凝土細觀力學研究方法。

2 混凝土細觀力學的研究方法

細觀力學將混凝土看作由粗骨料、硬化水泥膠體以及兩者之間的界面粘結帶組成的三相非均質復合材料。選擇適當的混凝土細觀結構模型，在細觀層次上劃分單元，考慮骨料單元、固化水泥砂漿單元及界面單元材料力學特性的不同，以及簡單的破壞准則或損傷模型反映單元剛度的退化，利用數值方法計算模擬混凝土試件的裂縫擴展過程及破壞形態，直觀地反映出試件的損傷斷裂破壞機理。由於細觀上破壞或損傷單元剛度的退化，使得混凝土試件所受荷載與變形之間的關系表現為非線性。

細觀力學的研究需要將試驗、理論分析和數值計算三方面相結合。試驗觀測結果提供了細觀力學的實物物性數據和檢驗判斷標准；理論研究總結出細觀力學的基本原理和理論模型；數值模擬計算是細觀力學不可少的有效研究手段。人們可以在細觀層次上合理地採用各相介質本構關系的情況下，藉助於計算機的強大運算能力，對混凝土復雜的力學行為進行數值模擬，而且能夠避開試驗機特性對於試驗結果的影響。數值模擬可直觀再現混凝土細觀結構損傷和破壞過程。

當前混凝土細觀力學數值模擬主要沿著兩個方向進行：(1)將連續介質力學、損傷力學和計算力學相結合去分析細觀尺度的變形、損傷和破壞過程，以發展較精確的細觀本構關系和模擬細觀破壞的物理機制；(2)基於對細觀結構和細觀本構關系的認識，將隨機分析等理論方法與計算力學相結合去預測材料的宏觀性質和本構關系，對混凝土試件的宏觀響應進行計算模擬。

3 混凝土細觀力學的試驗研究

隨著自動控制系統和電液伺服載入系統在結構試驗中的廣泛應用，從根本上改變了試驗載入的技術，由過去的重力載入逐步改進為液壓載入，進而過渡到低周反復載入、擬動力載入以及地震模擬隨機振動台載入等。CT掃描，微波內部成像，聲發射以及光纖應變感測器等已應用於解決應力、位移、裂縫、內部缺陷、損傷及振動的量測問題[5～14]。在試驗數據的採集和處理方面，實現了量測數據的快速採集、自動化記錄和數據自動處理分析等。與計算機聯機的擬動力伺服載入系統可以在靜力狀態下量測結構的動力反應。由計算機完成的各種數據採集和自動處理系統可以准確、及時、完整地收集並表達荷載與試件材料行為的各種信息。

試驗的作用有兩個方面：一方面，為細觀數值模擬提供基礎數據，包括試樣組成材料的細觀力學性質、試樣的尺寸等；另一方面，檢驗數值模擬結果的可靠性。在從細觀層次入手進行混凝土的斷裂過程模擬時，混凝土被視為由砂漿基質、粗骨料以及兩者之間界面組成的復合材料，必須通過試驗確定這三相組成材料的力學性質(包括 彈性模量、強度、本構關系等)，以此為基礎才能進行混凝土試樣的斷裂過程模擬，但是模擬結果還必須與真實試件的宏觀試驗結果進行比較，以驗證其正確性和適用性。

但在細觀層次上，研究混凝土各相材料的試驗資料並不多。進行細觀力學數值模擬試驗要以基本試驗數據為基礎，數值模擬的結果最終還要得到宏觀試驗結果的驗證。作者所見的國內最早進行水泥漿體與骨料界面結合能力試驗研究是同濟大學的吳科如等人[15]，文獻[15]設計了4種結合類型，分別測定了大理石粗骨料與水泥漿體結合面的劈拉強度和斷裂能，並討論了增強硬化水泥漿體-粗骨料界面結合力對混凝土斷裂能的影響。劉光廷等[16]給出了粗骨料、水泥漿體及其結合面的抗拉強度、彈模等統計參數。宋玉普[17]介紹了全級配混凝土試件進行的系列試驗，研究了全級配混凝土試件單軸抗拉、抗壓、襞裂抗拉和抗折的強度及變形等特性，對試件的破壞形態及裂紋傳播路徑等進行了統計處理。van Mier J G M[18] Horsch T和Schlangen E[20,21]等[19]給出了混凝土三相組成材料的力學特性具有參考價值的試驗資料。文獻[18]系統地討論了混凝土單軸壓、單軸拉，剪切(Ⅱ，Ⅲ及混合型)微裂縫產生、擴展過程和細觀力學機制，研究了骨料尺寸、類型、水灰比、養護條件以及壓板摩擦約束和剛度對試驗結果的影響。Hordijk D A[22]基於非線性斷裂力學，比較系統地進行了素混凝土試件單軸拉伸和疲勞載入以及四點彎曲梁循環載入試驗及數值模擬，繪出了應力變形全曲線，並總結了相應的本構關系。應該指出，上述文獻有關骨料、固化水泥砂漿基質的力學特性都有一些試驗統計數據，而水泥骨料結合面力學特性指標的試驗研究則較為少見。組成混凝土各相材料的力學特性是進行數值模擬的基礎。為了獲得這些基本參數，有針對性地進行試驗，特別是對水泥骨料結合面的力學特性開展研究是必不可少的。

「九五」期間，中國水利水電科學研究院結合小灣高拱壩工程，進行了大壩全級配混凝土靜、動態試件的試驗研究[23]。該項試驗研究試件樣本容量較少，但據此得出的初步結論表明：在與高拱壩長周期相應的載入速率下，全級配混凝土和濕篩混凝土的動態抗壓強度及動態抗壓彈性模量較靜態值提高幅度不等，但都低於目前規范所規定的30%；在試驗的載入速度下，全級配混凝土的動態彎拉強度和動態彎拉彈性模量較靜態值提高幅度均低於30%。另外，特別值得注意的是，具有初始靜載試驗的極限彎拉強度並不小於動態彎拉強度，不同初始靜載對極限彎拉強度未見有不利的影響。

混凝土是一種多相介質的復合材料，其力學特性與所採用的水泥標號、骨料質量、水灰比、混凝土的配合比、製作方法、養護條件以及混凝土齡期等有關。試驗時採用的試件尺寸和形狀、試驗方法和載入速度不同，測得的數據也不同。因此，深入系統地進行全級配大壩混凝土的靜、動態試驗研究，弄清全級配混凝土和濕篩混凝土的力學特性及其在不同初始靜載時的動強度變化規律對高拱壩抗震設計是至關重要的。這是我國強震區高拱壩抗震研究中的薄弱環節，急需加強。

4 細觀力學數值模擬研究

混凝土力學試驗是研究其斷裂過程和宏觀力學性質的基本手段。但是，由於試驗條件的限制，往往其試驗結果不能反映試件的材料特性，而只能反映整個試樣-載入系統的結構特性。細觀力學數值模擬，在計算模型合理和混凝土各相材料特性數據足夠精確的條件下，可以取代部分試驗，而且能夠避開試驗條件的客觀限制和人為因素對其結果的影響。Wittmann F H[24]和Zaitsev Y V[4,25]把混凝土看作非均質復合材料，在細觀層次上研究了混凝土的結構、力學特性和裂縫擴展過程。隨著計算技術的發展，在細觀層次上利用數值方法直接模擬混凝土試件或結構的裂縫擴展過程及破壞形態，直觀地反映出試件的損傷破壞機理引起了廣泛的注意。近十幾年來，基於混凝土的細觀結構，人們提出了許多研究混凝土斷裂過程的細觀力學模型，最具典型的有格構模型(Lattice model)、隨機粒子模型(Random particle model)[26]、Mohamed A R[27]等提出的細觀模型、隨機骨料模型(Random aggregate model)及唐春安等人[28,29]提出的隨機力學特性模型等。這些模型都假定混凝土是砂漿基質、骨料和兩者之間的粘結帶組成的三相復合材料，用細觀層次上的簡單本構關系來模擬復雜的宏觀斷裂過程。另外，文獻[30～32]根據混凝土材料特性與分形維數的相關關系，運用分形方 法定量描述了混凝土的損傷演化行為。

4.1 格構模型 格構模型將 連續介質在細觀尺度上被離散成由彈性桿或梁單元連結而成的格構系統，如圖2。每個單元代表材料的一小部分(如岩石、混凝土的固體基質)。網格一般為規則三角形或四邊形，也可是隨機形態的不規則網格。單元採用簡單的本構關系(如彈脆性本構關系)和破壞准則，並考慮骨料分布及各相力學特性分布的隨機性。計算時，在外載作用下對整體網格進行線彈性分析，計算出格構中各單元的局部應力，超過破壞閾值的單元將從系統中除去，單元的破壞為不可逆過程。單元破壞後，荷載將重新分

圖2 格構模型

配，再次計算以得出下個破壞單元。不斷重復該計算過程，直至整個系統完全破壞，各單元的漸進破壞即可用於模擬材料的宏觀破壞過程。

格構模型思想產生於50多年前，當時由於缺乏足夠的數值計算能力，僅僅停留在理論上。20世紀80年代後期，該模型被用於非均質材料的破壞過程模擬[18,20,21,33～36]。後來，Schlangen E等人[20,21,33～36]將格構模型應用於混凝土斷裂破壞研究，模擬了混凝土及其它非均質材料所表現的典型破壞機理和開裂面的貫通過程。van Mier J G M在文獻[18]中用該模型模擬了單軸拉伸、聯合拉剪、單軸壓縮試驗。在國內，楊強等人[37-39]採用格構模型模擬了岩石類材料開裂、破壞過程以及岩石中錨桿拔出試驗。上述研究都是針對平面問題進行的，據有關資料介紹，van Mier J G M等人正將格構模型應用於混凝土開裂的三維問題研究。有關研究表明，利用格構模型模擬由於拉伸破壞所引起的斷裂過程是非常有效的，但用於模 擬混凝土等材料在壓縮荷載(包括單軸壓縮和多軸壓縮)作用下的宏觀效應時，結果不夠理想。另外，用該模型得到的荷載-位移曲線呈脆性，與混凝土的實際不符[35]。實際上，格構模型採用的桿單元的本構關系和破壞准則較為簡單，但不能反映單元實際變形形態，單元的破壞為不可逆過程，因此很難反映卸載問題。

4.2 隨機骨料模型 將混凝土看作由骨料、硬化水泥膠體以及兩者之間的粘結帶組成的三相非均質復合材料。藉助由富勒(Fuller)三 維骨料級配曲線轉化到二維骨料級配曲線的瓦拉文公式[40]確定骨料顆粒數，按照蒙特卡羅方法(Monte Carlo Method)在試件內隨機生成骨料分布模型。將有限元網路投影到該骨料結構上(如圖3)，或對試件剖面內的粗骨料及水泥砂漿基底直接進行有限元網格剖分，然後根據骨料在網格中的位置判定單元類型(如：骨料單元、固化水泥砂漿單元及界面單元)，並依單元類型賦予相應的材料特性。由於各相材料的彈性常數、強度不同，以及破壞單元剛度的變化，使得混凝土試件所受荷載與變形之間的關系表現為非線性。利用考慮混凝土彈性模量或強度退化的非線性有限元方法計算模擬混凝土試件的裂縫擴展過程及破壞形態，直觀地反映試件的損傷斷裂破壞機理。隨機骨料模型未考慮各相材料力學特性分布的隨機性，如何合理地選擇破壞單元的本構關系和破壞准則或各相材料的損傷演化模型也需要進一步研究。
骨料單元(灰色)；砂漿單元(無色)；
界面單元(黑色)
圖3 隨機骨料模型及單元屬性定義

目前的研究基本上限於平面問題。劉光廷[16]用隨機骨料模型數值模擬了混凝土材料的斷裂。宋玉普[17]基於隨機骨料模型模擬計算了單軸抗拉、抗壓的各種本構行為，計算了雙軸下的強度及劈裂破壞過程，並引入了斷裂力學的強度准則，模擬了各種受力狀態下的裂紋擴展。黎保琨等人[41～43],對碾壓混凝土細觀損傷斷裂進行了研究，模擬了碾壓混凝土靜力特性及試件尺寸效應。以上研究基於瓦拉文公式所確定的圓形骨料模型都假定骨料顆粒為球型。為了盡可能模擬實際骨料的形態，王宗敏[44]利用一種凸多邊形骨料模型，按正交異性損傷本構關系，數值模擬了混凝土應變軟化與局部化過程。高政國等[45]進一步研究了二維混凝土多邊形隨機骨料的投放演算法，確定了以面積為標度的骨料侵入判斷准則和凸多邊形骨料生成方式，在此基礎上形成二維混凝土骨料投放演算法。現已提出以體積為標度的三維混凝土骨料隨機投放方法[46]。

4.3 隨機力學特性模型 該模型是唐春安等人[28,29]提出的(如圖4)。為了考慮混凝土各相組分力學特性分布的隨機性，將各組分的材料特性按照某個給定的Weibull分布來賦值。各個組分(包括砂漿基質、骨料和界面) 投影在網格上進行有限元分析，並賦予各相材料單元以不同的力學參數，從數值上得到一個力學特性隨機分布的混凝土數值試樣。用有限元法計算這些細觀單元的應力和位移。按照彈性損傷本構關系描述細觀單元的損傷演化。按最大拉應力(或者拉應變准則)和摩爾庫侖准則分別作為細觀單元發生拉伸損傷和剪切損傷的閾值條件。文獻[29]利用該模型分別對混凝土單軸拉壓、雙軸拉壓組合、拉伸Ⅰ型斷裂、三點彎拉以及剪切斷裂進行了較為系統的數值模擬。但沒有考慮試件內各級配骨料分布的隨機性。實際上混凝土的骨料級配及骨料空間分布的隨機性，對計算結果均有影響。

圖4 隨機力學特性模型

到目前為止，在細觀層次上對混凝土數值模擬大都為平面靜力問題，並僅限於少級配小尺寸混凝土試件的研究，多數文獻注重對破壞過程的數值模擬，距可以替代部分試驗的目標還相差甚遠，而模擬全級配混凝土在靜、動力作用下的破壞過程仍是一項空白。

5 結束語

迄今為止，盡管應用格構模型進行數值模擬的成果較多，並且有很多優點，但該類模型不能反映單元實際變形形態，單元的破壞為不可逆過程，很難反映卸載和動力反復載入問題。隨機骨料模型未考慮各相力學特性在計算域內的隨機分布，而隨機力學特性模型未考慮骨料顆粒在計算域內的隨機分布。實際上，粗骨料顆粒在試件域內的隨機分布及各相細觀材料的力學特性在試件域內的隨機分布對混凝土試件的宏觀力學特性均有一定影響，因此，這些細觀模型均有待改進。混凝土細觀力學是建立在實際試驗基礎上的，混凝土各相介質的力學特性、損傷本構關系及其損傷演化規律都必須經過試驗測定。 將連續介質力學、損傷力學和計算力學相結合，輸入參數的不定性與概率統計理論相結合，試驗與計算相結合的細觀力學方法，已經架起了混凝土微觀結構與宏觀力學特性的連接橋梁，試驗觀測手段的改進和計算機技術的飛速 發展給混凝土細觀力學的研究展示了廣闊的前景。

http://www.cws.net.cn/Journal/iwhrxb/200402/09.html
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4. 如何減少地震造成的損失

一、吸收工程抗震的研究成果，保障建設工程抗震能力：第一，今後災區重建，新農村建設，城市建設中應使已有的研究成果得以落實；第二，在隧道、城市地下鐵路（比如石家莊地下鐵路線的）以及其他地下工程建設中，也應充分吸收工程抗震的研究成果；第三，人居工程要注意地震等地質災害的規避和防治，比如新農村建設，應該請地質專家選址。
二、建立抵禦地震災害的公共安全體系：第一，城市規劃、建築物規劃、管網設置，應考慮防震需要，並設置必要疏散場地；第二，加大宣傳教育力度，實施經常性的警報、演習，增強全民的安全意識和應對災害的自救互救能力；第三，以科技為支撐，構建應對災害保障公共安全的預測、評估、決策和調度體系；第四，加大對應急救援專用技術和設備的研究開發力度。
三、建立地震等巨大災害的保險保障制度：第一，對地震等巨大災害更應建立風險分擔和分散機制，應加快我國的巨災保險法律制度的建設，可以考慮採用商業保險與政策性保險相結合的思路，對特殊地區的特定建築物進行政策性的強制保險。第二，加強宣傳，提高百姓的保險意識，意識到保險在現代社會中的重要價值。
四、加強與建設工程質量相關的立法：第一，我國已基本建立了建設工程抗震減災的法律體系，但應進一步完善；第二，進一步提高生命線工程（如人員集中活動或居住的學校、醫院等建築物）抗震設防等級標准；第二，制定《建設工程質量責任法》，強化工程質量終身責任；第二，對公共建築的建設引入社區監督機制；第四，加強鄉村建築的防震減災立法；第五，修訂並嚴格執行招投標法，力促解決建築市場惡性競爭帶來的工程質量問題。
五、修改地震預報制度和地震局名稱，修改防震減災法：第一，改變地震預報方式和統一發布制度，像天氣預報和空氣質量預報那樣進行地震概率預報；將地震預報的發布權力下放交給省級地震局；第二，修改地震局名稱為「防震減災局」；第三；以建築質量為核心修改《防震減災法》，完善配套法規

5. 地震動的主要特性有哪些基本要素簡述他們是如何影響地震動的

一、地震動是指由震源釋放出的能量產生的地震波引起的地表附近土層（地面）的振動，是工程地震研究的主要內容，地面運動就是對結構的輸入。地震動可以用地面的加速度、速度或位移的時間函數表示。

地震動：加速度a(t)，速度v(t)，位移u(t)，通稱為地震動時程。地震地面運動（Earthquake ground motion）有時也簡稱地震動。

地震動是引起震害的外因，其作用相當於結構分析中的荷載，差別在於結構工程中常用荷載以力的形式出現，而地震動以運動方式出現，常用荷載大多數是豎向作用，地震動則是豎向、水平甚至扭轉同時作用的。

二、對工程抗震而言，地震動的特性至少需要用三個參數來描述，即地震動三要素：

振幅－工程中最感興趣的量；

頻譜－使破壞有選擇（對結構）；

持時－影響結構的累積損傷破壞。

地震經驗表明，各類結構的震害表現是這三個基本要素綜合影響的結果，而單一因素與震害表現之間的關系往往缺乏明顯的統計規律。

例如，僅僅依靠振幅的大小有時不能很好的解地震引起的破壞程度，因為中等振幅am

＋長持時Td的地震引起的破壞可能大於大振幅am＋短持時Td地震引起的破壞。

圖5.6給出了一地震動的時程曲線，從中可以直觀觀測到地震動的振幅和持時，也可以粗略發現地震動頻譜在隨時間的延續而發生變化，但對頻譜的詳細和深入的分析還需進一步藉助譜分析理論和方法。

6. 建築如何防震

這個問題很大，我還是簡單說幾句。建築防震對一般的建築抗震如住宅樓抗震要求7級在設計的時候把地震荷載考慮進去，再進行配筋就行了；對已有的建築物進行抗震設防時，可以通過建築加固的方式如進行基礎加固，柱樑的加固等等。當然對於抗震要求特別高的如台北101，也可以通過阻尼器來調節震動頻率從而減小地震對建築物的影響；還可以通過改變建築基礎的自由度來進行抗震如地震發生時建築基礎及其上部主體作為一個整體允許發生一定的移動從而來減小地震的作用，當然這種方法對建築基礎的要求會特別的高。

7. 地震預測

地震預測從時間尺度來說可分為長期預測和短期預測。在我國的地震預測工作中又分為長期、中期、短期和臨震四個層次。從強度來說，則可分為特大地震預測（8～8.5級）、大震預測（7～8級）、強震預測（6～7級）和中等地震預測（5～6級）四個層次。就預測的方法、思路來分，有確定性地震預測和概率性地震預測。前者認為按成因觀點去預測更具有物理意義，後者認為在成因不明情況下用概率預測更現實。

圖13.3.3 中國地震帶分布（指發生7級以上地震的地震帶）

13.3.2.1 在工程抗震意義上的地震預測——長期預測

這個預測主要是指地震烈度區劃工作。即把國土上今後某時段內可能遇到不同強度的地震區域劃分出來，以供建設單位參考進行設計抗震。在大震後重建家園時也要考慮較長時間可能遇到的地震及強度，這也是長期地震預測。關於中國的地震烈度區劃工作，建國以來曾進行過四次。下面我們從科學思路上加以介紹。1955～1957年，在蘇聯專家幫助下，由李善邦先生領導完成了中國第一代地震烈度區劃圖。該圖的區劃原則是「重演類比原則」，即歷史上某地遭遇過多大地震，將來還會重演；已知在什麼地質構造條件下發生了某種強度的地震，別處類似地質構造條件的地方將來可能也會發生類似強度的地震。第二代中國地震烈度區劃圖是1977年編制出版的。它的區劃原則沒有關鍵詞表達，我們按其實質稱其為「缺震找主原則」，即在一個地震帶和地震區內統計它們已經發生的不同震級地震的數目比例和活動水平，即所謂的b值曲線；然後按此曲線去外推未來一定時段內可能還會發生不同震級的地震多少次；再按地震活動的指標和發震構造的指標去找這個缺的地震可能在哪個具體地段發生，這就是「找主」。一旦認定，即把該強度的地震安放在這個具體地段，然後按它們發生時的波及情況去區劃其影響范圍內的地震烈度。以上兩代地震烈度區劃圖，都是具有一定成因背景來做未來地震烈度區劃的。

第三代地震烈度區劃圖是1990年問世的。考慮到現時地震成因還不很清楚，因之把地震發生的事件當作隨機性事件來考慮，並借鑒美國學者Cornell提出的地震危險性概率方法加以改進和充實編制了中國第三代地震烈度區劃圖。具體做法是通過區域地震活動性、地球物理場和地震地質條件的認識，劃分出能反映地震活動特徵和地震活動水平的統計單元，即地震區和帶（共得出27個帶）。再以地震帶為基礎，統計大小地震的震級-頻度關系，分析未來100年內該帶的地震活動趨勢，由此確定該地震帶的地震年平均發生率。在地震帶中以強震發生的地質標志和地震活動圖像為依據，進一步劃分出具有不同震級上限的潛在震源區（共得733個潛在震源區）。對於這些潛在震源區，考慮各種預測因素，按震級間隔分檔，分配地震年平均發生率於每個潛在震源區內。以上是從發震的震源來講的。對於某地點上遭遇的地震烈度來說，則當地發生的地震與外來地震的波及烈度都要考慮，這就涉及到等震線衰減的研究。在進一步預測未來各潛在震源區地震發生時強調了地震發生的隨機性，此時如知道某種震級地震的年平均發生率，則可用分段的泊松過程來求未來一定時段內不同震級地震發生的概率。對某一點上的地震烈度來說，凡影響到該點達6度破壞的地震，包括當地和周圍地震帶和潛在震源區發生的地震概率都要考慮。這就要把各概率迭加起來，即所謂該點上的全概率。在全國3萬個控制點上都求全概率，最後把超越概率達10%的那個烈度定為該點上今後50年內的烈度，並把同樣烈度的點連起來即得到全國地震烈度區劃圖。這個圖上的烈度與第一代、第二代烈度區劃圖上的定義不同。第一代和第二代為今後一定時段內的最高烈度，而第三代圖上的烈度是概率性的，其中還包含有10%的概率可能超過此烈度。在地震烈度區劃中有用烈度表示的，還有用振動三參數（最大振動的加速度值，最大振動的持時，和最大震動的周期）表示的。這兩個表示是有關聯性的，但也各有其優缺點。烈度值的優點是綜合性的，它可包括振動、地裂、地陷、崩塌等，但物理意義含混。三參數物理思路明確，但卻不能包括大量其他現象。因之前者可稱為綜合烈度，後者可稱為物理烈度。

第四代地震烈度區劃圖的編圖思路是與第三代相似的，但不再用烈度表示了，而是用加速度峰值A和地震反應譜特徵周期T_g來表示。這些值是與烈度有一定關系的。概率的規定仍是採用50年超越概率為10%來考慮，即某地點所定的A和T_g在今後50年內超過它們的概率為10%。由於不同的場地其地震波的反應譜不一樣，所以規定這個圖上所標的加速度峰值A和T_g是在平均場地上，即中硬場地上的數值。另外，由於我國缺乏全國各地點上實際觀測到的A和T_g值，烈度值是有的；於是把美國的不同烈度下的A和T_g值經過轉換而成為中國不同烈度所相應的A和T_g值。鑒於中國東部和西部同樣震級的地震其烈度衰減不同，所以又分別對中國東西部定出了不同A和T_g的衰減關系，以用於中國地震動參數區劃圖。這個中國地震動參數區劃圖與以前三次區劃圖不同的地方是，它作為中華人民共和國國家標准，從2001年2月2日起強制執行。這個圖公布後不久，2001年11月14日昆侖山口西發生的8.1級地震和2003年2月24日新疆巴楚伽師發生的6.8級地震都超過了該圖上的標准。因此，我們認為，地震烈度區劃或地震動參數區劃工作還需進一步深入研究。

我國海域也有強地震活動，有關人員也在1987年作了一個較概括的海域地震烈度區劃圖。海域區劃圖與陸地區劃圖的最大不同處是海區內有的地方組成岩石圈上層的花崗岩層很薄或缺失，稱為海洋型地殼，那裡不發生大震。

13.3.2.2 監測、預測意義上的地震預測

這是指中期（數年尺度）、短期（數月尺度）和臨震（數天尺度）三個時間尺度的地震預測。現在人們習慣於把這三個時間段的預測稱為地震預測。下面我們分別作些討論。

預測的物理基礎有以下幾個方面。

a.大震前震源區有微裂縫出現。這個現象是人們從岩石模擬實驗中得出的，即岩石加壓後快接近岩石大破壞時，岩石中先有小破裂發生，並伴有聲發射現象。這相當於地殼中完整岩石破裂錯動發生大地震前，震源地方先有小破裂發生。這種小破裂包括剪切型小破裂，引張型小破裂和擴容型小破裂。所謂擴容型小破裂是裂縫面走向平行於壓力方向的破裂。以上幾種類型的小破裂發生則會伴有波速異常、前震、地聲以及電磁波前兆等。另外，也可能伴有重力異常前兆。

b.大震前的預滑（或稱預位移）出現。在地質上老斷層因受構造力的正壓力分量作用粘住的情況下，當構造力的剪切應力促使斷層大錯動前，斷層面上就先有慢慢的小幅滑動，這就是預滑或稱預位移。預位移的發育程度與作用在斷層面上的構造壓力大小有關，壓力太小了，預位移和大錯動就重合在一起同時發生了。另外預位移大小也與後面主震震級大小有關。震級大時預位移的幅度也越大。根據實驗和天然地震可知，預位移的幅度約為後面大震時錯動幅度的2%～5%。預位移的發生可引起地形變、地傾斜、地應力、地下水位變化以及長周期地震波等前兆。

c.大震前的讓位運動。大震發生前與震源相關聯的周圍構造環境要發生變動，特別是在大震斷層盤欲錯動的方向上構造運動產生的讓位更為重要，它使斷層盤體緩慢向前運動最後發生大錯動。這種讓位運動也是大震發生的前兆基礎之一，它可在GPS測量、基線測量、地下流體逸出等方面表現出前兆。一般讓位的范圍越大，後面的地震也就越大。這就導致了前兆范圍越大，後面地震越大的關系。它是震級預報的基礎之一。1976年唐山大震前，在其震源斷層東南盤欲錯動的方向上有大范圍地裂縫發生，這可能就是構造讓位的表現。

d.預測地震的外因條件。在大量前兆現象出現的情況下，估計可能要發生地震了，但哪一天或哪幾天發生還是不知道的。於是人們就參考可能觸發地震的外因（如引潮力大的初一和十五，易於發生氣象過程變化的節氣以及可能觸發地震的磁暴等）出現的時間，來預測這個地震可能出現的時間。以上這種預測是把前兆和外因單獨考慮的。如果認為臨震前震源地方已經很不穩定了，平時不起作用的微小外因此時可激勵震源過程從而表現出與外因同步的較明顯的前兆，則可認為大震快要發生了，並用外因再出現的時間預測大震發生的時間，這就是「調制模式」預測地震的思想。

e.關於地震的地點預測。地震預測必須是時間、地點和強度的三要素預測。其中地點預測更難。對於這個問題，一般認為地點可能會在地震帶交會區、以往震中遷移所至地區、能量未釋放的地震空區、前震發生地區和能圈定應力積累單元的震源孕育模式所代表的地區。另外，大震平靜期中發生過6級地震的地方在下一個大震高潮來臨時該地方也是大震預測的選擇區之一。

f.關於特大震和大震的預測。這里談的是7級到8.5級大地震的預測問題。我們認為對如此大的地震必須專門研究，其規律不宜與中小型地震預測指標和思路混在一起。對於這種特大震和大震的預測首先要用歷史上的震例建立起預測模式，例如三性法，即周期性、倍周期性和黃金分割性組合的方法是可用的，它在預測實踐中曾取得了較好的效果。

預測地震的戰略有以下幾個方面。

a.塊、帶、源、兆、場、觸、報的預測思路。即塊體與塊體之間有相對運動，遂成為地震帶，而帶中有積累應力的地段和調整應力的地段，因之就有若干個震源。找到源後，再研究它孕育和發生時牽動的地區范圍多大，這就是場。在震源地方有預滑或其附近有讓位時就會出現前兆，這就是兆，然後考慮外因的觸發，最後預測和預報地震。

b.關於漸近式預測與跨越式預測。所謂漸近式預測就是在中期預測有可能發震的地區，不斷加強監測和追蹤以實現地震預測。所謂跨越式預測就是根據地震活動周期和外因調制觸發地震的周期跨越式地預測何時可能發生地震。在這里要討論一下混沌問題。現代物理學中發現了事物確定性演變過程中會出現混沌，有混沌就不易作早期預測了。對於地震來說，混沌的原因是因為震源演變過程中出現了原來不知道的變化（漲落），它改變了以前按確定性演化所作的預測。這就是早期不可預測的混沌。漸近式預測是不斷追蹤的，如有原來不知道的變化就可監測到，從而在新的條件下作預測仍是可能的。另外震源地方在臨震前有外因在震源區和其周圍大范圍作用，它可協同震源地方各個不穩定處共同進入劇烈不穩定而發震，這樣亦可用外因再出現的時間作跨越式地震預測。

c.關於短臨地震預測的戰略。這個戰略是：抓短期、捕臨震、以場求源、以源求源、源場結合求強度，因地制宜、不斷攔截、綜合分析。所謂以源求源就是大震震源區的預測或前震都屬於源的前兆，研究它就可圈定震源所在地段。所謂不斷攔截就是前兆可能幾起幾落，我們不知道哪一次發震，所以我們要每出現一次就作三要素的考慮。可能虛報，但一旦報准，就能減少損失。

8. 中國建築學會抗震防災分會的學術活動

1978年5月地震工程學術委員會在徐州成立，193人參加，收到論文93篇。1981年12月在無錫召開了學術會議，76人參加，收到論文五十餘篇，其內容主要有以下幾個方面：抗震設計理論及計算方法、農村建築抗震、抗震加固技術和工程結構抗震試驗研究。1984年6月由建設部抗震辦公室委託中國建築科學研究院工程抗震所及分會在北京舉辦了：「城市抗震防災研究班」，會上就地震危險性分析、地震小區劃、生命線工程抗震、震害預測、工程決策等專題作了報告，並結合我國在這方面的情況作了介紹。1984年11月第2屆委員會換屆大會暨城市抗震防災學術研討會在黃山召開，97人參加，收到論文四十餘篇。1984年與中國地震學會在上海聯合舉辦了全國地震工程會議，會議印發了兩本《地震工程論文集》，收入論文85篇，另外還有七十多篇論文和報告以單行本形式進行了交流。1984年8月由建設部抗震辦公室和研究會聯合主辦的《工程抗震》雜志第1次編委會在北京舉行。1985年年會在漳州召開，109人參加。1986年為總結唐山地震以來的抗震工作經驗，先後召開了兩次國內和國際唐山地震10周年學術交流會，國內會議名為「唐山地震10周年抗震防災經驗總結暨第8次全國抗震工作會議」，會議印發了「中國抗震防災論文集」，約有90篇論文，主要內容有：抗震防災工作綜述、地震危險性分析及小區劃、場地地基與基礎抗震、結構抗震計算方法及抗震可靠度、工業與民用建築抗震、抗震鑒定與加固、橋梁與水工結構抗震、管道井架高爐與儲倉結構抗震、試驗設施與試驗技術；國際會議名為：「城市抗震防災學術討論會」，參加會議的有日本、美國、加拿大、紐西蘭、前南斯拉夫、羅馬尼亞、阿爾及利亞、埃及等國家。會議主要討論了3個方面的內容：唐山抗震防災的經驗及教訓、建築結構的抗震鑒定與加固和建築結構及公共設施的抗震設計、地震工程方面的研究發展方向和國際合作。1987年在武漢舉辦了第2屆全國地震工程學術會議，235人參加，收到二百三十多篇論文和8篇特約報告稿。1989年舉辦了全國首屆構築物抗震學術交流會，72人參加，這次交流會的徵文范圍主要是圍繞《構築物抗震設計規范》的內容，收到論文63篇，其中有關場地、地基及尾礦壩方面的14篇、結構抗震理論研究的5篇、框排架結構7篇、貯倉通廊與支架15篇、井塔井架8篇、儲液槽罐5篇、電視塔及煙囪6篇、抗震加固實例及其它3篇。1991年11月召開了第3屆高層建築抗震技術交流會，一百六十多人參加，收到論文97篇，分為結構抗震理論及試驗分析、工程抗震設計與研究、結構振動控制等。1991年11月第3屆地震工程委員會第1次會議在哈爾濱舉行，與會同志聽取了「關於第3屆地震工程委員會的工作總結報告」。1991年11月在寧波召開了「地基抗震學術交流會」。1998年8月在昆明舉辦了第3屆生命線地震工程學術研討會，來自美國、日本和我國的學者、專家共七十多人參加，會議由日本負責出版了論文集，2003年10月在青島召開了第4屆研討會。1998年10月在北京舉行第5屆全國地震工程會議，這次會議上，在綜合抗震防災和強震地面運動、震害調查，場地效應及地基抗震，城市及企業的抗震防災技術，建築結構的地震反應，建築結構的抗震設計、施工、鑒定、加固與改造，重大工程、生命線及設備抗震，工程結構隔震、控震技術以及結構和構件的試驗技術等幾個方面進行了大會交流，並出版了兩本論文集，收入152篇論文。1999年11月在南京召開了學術報告會，請若干抗震界專家對最新抗震理論與實踐作了詳細報告，有近一百人參加。2000年8月在昆明市召開了全國學術研討會，研討內容主要圍繞新修訂的建築抗震設計規范第4章有關問題進行研討，60人參加，提交了7個專題的報告，本次會議出版了「工程抗震」增刊，登載了17篇論文。2000年9月在蘭州舉辦了現代地震工程研討會，一百餘人參加，這次會議對近些年國內國外大地震對城鎮的危害進行了深入的總結與交流，發表論文二十多篇，由《工程抗震》雜志分3期發表。2001年1月在北京召開了一次小型專題專家研討會，二十餘人參加，主要圍繞新規范增加的「斷裂工程影響評價」相關條文進行專項研討，為這些條文的最後確定奠定了基礎。2002年11月在南京舉行第6屆了全國地震工程會議，這次會議上就強震觀測、地面運動與震害，場地和地基基礎，結構地震反應分析，結構抗震設計、鑒定、加固和改造，隔震與振動控制理論和應用，工程結構性態檢測與健康診斷，生命線工程和重大工程抗震，抗震試驗技術和結構試驗研究，城市防震減災及標准規范等方面進行交流。正式出版了兩本論文集。1998年和2000年先後在汕頭和杭州，研究委員會的工作和進行學術交流。1999年和2001年先後在大連和南寧舉辦了較大規模的學術研討會，兩次研討會均有一百多人參加，每次交流五十多篇論文，也均有論文集出版。

9. 建設工程的抗震要求，應當什麼部門確定

建設工程的抗震要求由當地地震局確定。應當進行地震安全性評價的建設工程，其抗震設防要求必須按照地震安全性評價結果確定；其他建設工程的抗震設防要求按照國家頒布的地震動參數區劃圖或者地震動參數復核、地震小區劃結果確定。

應當進行地震安全性評價的建設工程的建設單位，必須在項目可行性研究階段，委託具有資質的單位進行地震安全性評價工作，並將地震安全性評價報告報送有關地震工作主管部門或者機構審定。

下列地區應當根據需要和可能開展地震小區劃工作：

(一)地震重點監視防禦區內的大中城市和地震重點監視防禦城市；

(二)位於地震動參數0.15g以上(含0.15g)的大中城市；

(三)位於復雜工程地質條件區域內的大中城市、大型廠礦企業、長距離生命線工程和新建開發區；

(四)其他需要開展地震小區劃工作的地區。

(9)工程抗震研究方法擴展閱讀：

《建設工程抗震設防要求管理規定》第一條 為了加強對新建、擴建、改建建設工程(以下簡稱建設工程)抗震設防要求的管理，防禦與減輕地震災害，保護人民生命和財產安全，根據《中華人民共和國防震減災法》和《地震安全性評價管理條例》，制定本規定。

第四條 建設工程必須按照抗震設防要求進行抗震設防。應當進行地震安全性評價的建設工程，其抗震設防要求必須按照地震安全性評價結果確定;其他建設工程的抗震設防要求按照國家頒布的地震動參數區劃圖或者地震動參數復核、地震小區劃結果確定。

10. 圖元抗震考慮與工程抗震考慮有什麼區別

1、箍筋彎鉤長度不同

選擇「圖元抗震考慮」則非框架梁、基礎梁等非抗震構件的箍筋彎鉤長度按非抗震考慮；如果選擇「工程抗震考慮」則非框架梁、基礎梁等非抗震構件的箍筋彎鉤長度按抗震考慮。

2、基礎梁鋼筋量不同

選擇圖元抗震考慮與工程抗震考慮，軟體計算的基礎梁鋼筋量是不同的。

3、箍筋彎鉤平直段長度不同

圖集里箍筋彎鉤長度的平直段長度，圖元抗震和工程抗震是不一樣的。

(10)工程抗震研究方法擴展閱讀：

工程抗震主要有以下基礎工作：

1、開展活斷層研究的重要性

地下活斷層是地震災害之源。唐山大地震就是在地震前沒有發現地下活斷層，只按烈度六度進行建築設防，因此造成了巨大損失。

2、要進行地震小區劃的重要性

地震小區劃更有小區域的特點，為場地工程建設提供防震減災技術，其技術水平約超前建築規范十年左右。這項工作可盡快的把先進技術轉化成生產力。國家也要求大、中城市都要開展地震小區劃工作。

它可為工程抗震設計、防震減災規劃、土地利用規劃、地震保險等提供可靠的依據，社會效益、經濟效益、環境效益顯著，也是「以預防為主」防震減災工作方針落實的重要措施之一。

3、工程場地的地震安全性評價

由於建築物的破壞往往與建築物所在的場地和地基的抗震性能有關，因此為了減輕地震災害，減少經濟損失和人員傷亡，在工程建設時需要考慮工程建設場地可能遭遇到的地震危險程度（即地震危險性）。