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引言
板块构造理论将地球视为有一定流动性的，熔融的岩浆上漂浮着一些低密度的岩石板。板块的暴露表面形成了大陆和海洋的底部。随着时间的推移，板块彼此相对移动，在某些区域发生分裂，与此同时，对其他区域产生某些干扰。在板块移动的地方，这种运动会导致裂缝（或裂痕）在海洋床中形成。在某些情况下，熔融的岩浆从这些裂谷中流出。板块彼此移动或相互滑动的区域称为断层带。压应力和剪切应力在板中产生，在板的边缘处产生应变。 在某一时间点，锁定断层的应力和应变能超过断层沿断层破裂或滑动的极限阻力。一旦开始，能量迅速释放，引起强烈的振动从断层中传播出来。三种主要类型的应力波穿过岩石层：初级（压缩）波、二次（剪切）波和每一个不同速度的表面波。因此，这些地震波和局部土壤条件的影响将导致在不同地点的不同地面运动。地震可能涉及沿地表断层滑动和/或偏移的区域。
地震地面运动赋予垂直和水平加速度a，到结构的底部。如果结构是
完全刚性的，则在其内产生大小为F＝ma的力，其中m是结构的质量。
由于实际结构不是刚性的，实际产生的力将不同于这个值，这取决于
建造周期和地震地面运动的卓越周期。地震力的确定E更复杂，因为
记录的地震地面运动包含广泛的频率和基加速度的最大值。
定义
地震强度—地震的强度通常用释放的总能量来量化。
震级—地震的震级是地震事件期间释放的总能量的估计值，通常
由李希特震级M[19-1 ]给出。例如，一个数字从6增加到7，意味
着能量的释放增加了101.5倍。
烈度—地震的烈度是给定地点震动的量度，有时以观测到的损伤
来表示。一个常用的尺度称为修正的MelCALI，MM尺度[19-2 ]。
因为这些语言描述是不可量化的，所以可以使用类似于豪斯纳光
谱强度（19-3）的更精确的工程测量。
地震的定位—地震发生的地点称为震源。震源的位置由地表下的
纬度、经度和深度决定。震中是地球表面直接位于震源之上的点。
抗震设计要求
分析并进行设计结构以抵抗地震地面运动的影响的程序处于不
断发展的状态。除了ACI代码委员会的工作之外，其他几个监管
机构[19-4]、[19-5]和研究开发组[19-6]、[19-7]不断地评估和
更新代码类型分析和设计要求。因此，对代码要求的重大变化继
续以很快的速度出现。由于这个原因，本章中提到的一些设计要
求将在几年内修改。 然而，钢筋混凝土构件的设计理念和一般
设计程序已经很好地建立，并且不会随着时间的推移而发生显著
改变。本章集中讨论了这些原则，并给出了钢筋混凝土构件抗震
设计的最新ACI规范要求。对钢筋混凝土构件的非弹性变形和钢
筋混凝土建筑物的抗震设计程序进行了更深入的讨论，这是由
Sozen和加西亚[19-8]，[19-9]给出的。
地震反应谱
在给定的地震中释放的振动波的大小和类型的影响可以被归类，
以便在给定的地震或常见地震的反应谱方面在设计上更有用。
图19-1A示出了一系列倒立的阻尼摆，每个摆具有不同的振动周
期T。为了导出反应谱上的点，这些假想摆结构中的一个被分析
地经受在特定地震期间记录的振动。如图19-1b所示，在整个地
震记录中，这种钟摆结构的最大加速度可以被绘制，如图19-1A
所示的每个其他摆结构重复这个，并绘制每个摆结构的峰值来产
生一个加速度反应谱。
通常，通过表达由于重力引起的加速度的计算加速度，频谱的纵
轴被统一化。 例如，如果给定周期T的反应谱上的点的纵坐标为
- 则意味着该T值和该地震的钟摆结构的峰值加速度是重力的
两倍。地震的随机波含量导致导出的加速度反应谱绘制为锯齿
线，如图19-2C所示。 图19-1b中的光谱曲线已化为平滑曲线。
图 19-1
地震反应谱
速度谱和位移
在用于获得加速度谱的过程中，另一方面获得了在整个地震中绘
制相对于地面的峰值速度，相对于整个钟摆结构的周期，给出了
速度反应谱。在整个地震过程中，结构相对于地面的最大位移图
称为位移反应谱。在图19-2中示出了在岩石或坚硬土壤场地上测
量的特定地震的这三个谱。
影响反应谱峰值的因素
建筑的周期
侧向地震力与建筑物的基本振动周期密切相关。在小于约0.5秒的
时间内，在坚实的土壤场地上的结构的最大效应是由加速度的放
大率引起的，如图19-2C中的最大尖峰所示。对于中等周期的结构
（从约0.5秒到约2秒），结构响应最大。图19-2B中的ARS，速度
反应谱。最后，在长时间（高于约2秒），主导结构响应出现在位
移谱中。第一振动模式的周期，称为基本周期或自然周期，可以
从ASCE /SEI 7 [19-4]中给出的经验方程或Rayleigh方法[19-10]
中估计。对于混凝土结构，可以用公式估算周期T，单位为秒。
T = CT hn3gt;4 (19-1a)
20
15
10
Sd, in.
5
0
0 1 2 3
固有振动周期, T (s)
-
-
- 位移.
-
50
40
30
Sv, in./sec
20
10
0
0 1 2 3
固有振动周期, T (sec)
-
-
- 速度.
-
1.5
1.0
Sa, g
0.5
图 19-2
给定地震下的位移，速度，和加速度谱0
0 1 2 3
固有振动周期, T (sec)
-
- 加速度.
场地特征
T=几秒钟的时间
hn=建筑物底部以上的高度
CT=混凝土结构的抗弯框架提供了100%的所需的横向力抵抗的0.030倍
CT = 0.020倍其他混凝土结构
在最近版本的ASCE/SEI 7中，指数和CT系数被改变为变量。
另一方面，建筑物的基本周期不超过12层，完全由具有至少10英尺的楼层 高度的混凝土抗弯框架来估计，其中n是外部坡度以上的楼层数。
T = 0.1N (19-1b)
从1985次智利地震后的一系列研究中，怀特等人。[19-11]报告说，对于
侧向抗力体系由结构高度高的建筑物构成的建筑物，可以估计这样的建
筑物的基本周期。
T 0.05N (19-1c)
阻尼对反应谱的影响
图19-1b中的每个曲线对应于特定的阻尼大小。阻尼是结构中能量耗散
能力的量度，是由于裂纹、裂纹上的滑动摩擦以及与非结构元件的连接
滑移而产生的。随着阻尼的增大，反应谱的纵坐标减小。通常情况下，
钢筋水泥大厦将有1至2%的临界阻尼之前，建筑物暴露于地震。随着地
震裂缝和结构和非结构损伤的发展，阻尼增加到5%左右。根据定义，
临界阻尼作用迅速阻尼结构振动。
延性对地震力的影响
当无阻尼弹性摆向右偏转时，能量以应变能的形式储存在其中。在图
19-3A所示的负载偏转图下，所存储的能量等于阴影区域。当摆锤突然
释放时，该能量作为速度能量重新进入系统，并有助于将钟摆向左驱动。
这个钟摆将沿着所示的荷载-挠度图来回摆动。
如果摆在基座上形成一个塑性铰，同样的侧向挠度的载荷挠度直径将如
图19-3B所示。当摆锤突然释放时，只有三角形A—B—C所指示的能量
作为速度能重新进入系统，其余的BED主要通过裂纹发展和强化屈服来
耗散。
假设弹性和弹塑性建筑在不同地震记录下的研究表明，弹性和弹塑性结
构的最大侧向挠度在中长期结构中大致相同。图19-4比较了弹性结构和
弹塑性结构在相同的侧向挠度下的载荷-挠度图，Delta;u. 最大挠度比，Delta;u,
对于非弹性结构屈服时的挠度，Delta;y,称为位移延性比，m:
从图19-4中可以看出，对于4的延性比，作用在弹塑性结构上的侧向荷载将
是：即在弹性结构上相同的最大挠度。因此，如果一个结构是延展
性的，它的地震力可在设计时进行一定的缩小。
图19-3
a
b
c
振动中的能量。
（从19-12]，拷贝
右约翰威利父子公司）
图 19-4
H
H
Au
Ay
Ue
H
Ue
Au
Ay
Au
延性比m对横向相
同结构的横向力和
应变能的影响（来
自19-12]，版权所有
John威利amp; Son，Inc.）
地基刚度对反应谱的影响
基岩的反应谱通常绘制在基岩和建筑地基之间的底层土壤层上的结构
的反应谱以下。对于冲积层土壤的结构，反应谱纵坐标的增加是由各
种土层引起的放大作用的函数。自1995以来，抗震设计规范要求设计
者认识地基土对地震反应的影响。
抗震设计要求
抗震设计类别
抗震设计规范[19-4]，[19-5]要求所有的建筑结构被分配给一个特定的
抗震设计类别。这一任务是根据三个关键参数，即地震地面运动的预
期强度、场地类别和建筑物的重要因素来完成的。ASCE/SEI 7标准
[19-4]，对于整个美国的所有地点，地震响应加速度，连同场地分类，
被用来建立结构的设计反应谱，给出了0.2秒和1秒期间的多个光谱响应
加速度图。场地分类是一种结构的局部土壤性质的函数。分类有别于A
级硬岩、E类软粘土和F类土，需要特殊的场地响应分析。建筑物的重
要因素与建筑占用类别有关，这是在[19-4]中定义的。这些类别的范围
从I类-建造和其他结构，代表了在发生故障时对人类生命的低危害，属
于第四类——被指定为必要设施的建筑物和其他结构。居住在第四类
中的建筑物具有最高的重要程度，反之亦然。
基于设计的反应谱，它是预期的地震地面运动和局部场地分类的函数，
以及建筑物的重要因素，ASCE/SEI 7 [19-4]将建筑物分配到从A到F的
特定抗震设计类别。 抗震设计类别A是位于坚实土壤上的结构，其中
预期的最大地面运动相当低。地震设计类别B、C、D、E和F代表结构，
其中较大的地面运动是预期的，或者场地由较软的土壤条件构成，或
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