(1)地震动强度 

表征地震动强度常用的参数是最大幅值（峰值），如加速度峰值，速度峰值，位移峰值。峰值取值简单，直观明了，在地震工程研究和抗震设计中广泛使用。

加速度峰值是地震动加速度时程中最大幅值的绝对值，记为为PGA或 amax；单位为cm/s2（亦称gal），或m/s２，或重力加速度g。是地震工程中最常用的地震动参数。

加速度幅值反应地震动的高频特性。高频地震动具有强烈的随机性，震源、介质和场地的局部变化都可能引起很高的加速度值，是不稳定的参数，受岩石强度限制，大震的地震动峰值不随震级而增大。研究表明结构的地震反应并不取决于单个峰值，个别尖锐的峰值是超过结构自振频率很多的高频运动引起的，削去个别突出的峰值，结构反应几乎不受影响，实际上经常出现地震动峰值虽然很高而震害并不严重的现象。为克服这个缺点，从结构地震反应研究和抗震设计要求出发，提出了多种等效峰值的定义，试图代替峰值表示地震动强度，常用的是均方根加速度和有效峰值加速度，在研究文献中还提出过谱强度、阿里亚斯强度、等效反应谱加速度、等效谐振加速度、持续峰值、概率有效峰值加速度、静力等效加速度等。

(2)地震动频谱 

地震动频谱特性指组成地震动的各简谐振动振幅和相位特性，频谱显示不同频率分量的强度的分布，反映了地震动的动力特性。对于线性体系，结构地震反应取决于地震动频谱和结构体系传递函数的乘积，在时域表现为结构总体反应等于各简谐振动输入反应的叠加。如果地震动的某个简谐振动分量与体系固有频率相同，就产生共振，是引起结构破坏的关键原因。震害中有大量的软土地基高层房屋破坏严重，硬土地基上低矮房屋破坏严重的现象就是例证。地震动的频谱特性是结构抗震设计的反应谱理论和振型分解法的基础，在结构非线性反应分析中也有很大作用。

地震工程常用的频谱有：傅里叶铺，反应谱，功率谱。

(3)地震动持续时间 

地震动时间过程的持续时间有长有短，在结构地震反应进入非线性阶段后，地震动持续时间的长短对结构的最终损伤程度有影响；持续时间越长，造成累积损伤的可能性越大。工程中关心的是具有较高幅值的强地震动持续时间。

地震动持续时间有不同的定义，如绝对括弧持时，相对括弧持时，能量持时的等，强震段持时的定义是不统一而且困难的，目前的特定定义都不能满足分析的一般要求。随着计算机和计算技术的发展，直接用时程反应计算分析结构的地震反应已成为常用的分析方法，时程反应计算中已经包含持时的影响，将持时作为独立变量研究结构反应已不多见。 

影响强地震动的因素 

地震波从震源出发，经过地壳介质到达场地。震源、地壳介质、场地使地表的地震动过程非常复杂。

① 首先，震源对地震动有重要影响，研究震源（发震断层）附近的地震动不能将震源简化为点源，而要考虑断层的尺度和破裂过程的影响。

方向性效应是因断层破裂沿一个方向传播而引起破裂传播前方和后方地震动幅值、频率和持时出现显著差别的现象。当破裂在断层面上朝着一个方向传播、且破裂速度接近剪切波速时，将导致断层面辐射的能量几乎同时到达前方观测点（多普勒现象）；破裂后方观测点的能量随时间分布比较分散。因此，传播前方观测点的地震动较后方观测点地震动幅值大、持时短。

断层错动可造成的近断层地面永久位移（又称滑冲）。如1999年台湾集集地震中车笼埔断层产生的地表破裂长度达100多千米，断层东侧（上盘）15 km范围以内的地块都向西北方向移动并向上隆起，上盘相对于下盘错动产生的断层崖在南段高1 m，在北段则高达8 m。不少大地震都记录到类似的永久位移。

近断层地震动常出现大的速度脉冲，可由破裂传播的方向性效应和断层滑冲造成。

当发震断层为倾斜断层时，断层附近具有相同断层距的上盘地震动相对下盘强度可能更强，称为上盘效应。

②其次，地震波在地壳介质中的几何扩散和介质非弹性阻尼使地震动能量减少，随着震源距的增加地震动幅值呈减小趋势，且高频成分衰减迅速。地震波在地下界面反射和折射，形成P波和S波的转换和面波，改变地震波的强度和传播方向。复杂的传播介质使地震波的强度、频谱和持续时间都将发生很大变化。

③ 场地的土层构造对地震动特性也有重要影响。软弱土层会放大地震动的低频成分，如1985年墨西哥地震中，距震中约400公里的墨西哥城软土场地的地震动强度远高于岩石场地的强度，造成许多10层左右的楼房倒塌或严重破坏；相反，坚硬场地会放大地震动的高频成分，危及刚性建筑。上述现象称为场地的选频放大作用。土层的阻尼使地震动幅值减小，砂土液化将使地震动卓越周期显著加长。震害和研究还表明，地表地形起伏、地下介质特性的横向变化也对地震动有非常大的影响，如高耸山脊的地震动一般较强，地震波在盆地内的往复传播会加大地震动强度和持续时间，后者称为盆地效应。 

抗震措施大体可包括三部分内容：其一涉及工程结构的选型选址，含结构高度和层数的限制，结构类型、基础类型、平立面布置的确定，防震缝的设置和场地、地段的选择等，这部分内容在中国建筑抗震设计规范中称为抗震设计一般规定。其二涉及工程结构的细部设计，旨在加强构件连接、提高结构整体性和构件延性，实现预期的破坏模式，如构造柱、圈梁的设置和构件配筋等，称为抗震构造措施。其三为抗震计算中有关地震作用分配和地震作用效应调整的人为规定，如采用地震作用效应增大系数等，旨在体现抗震概念设计原则，可称为计算措施。

采用被震害经验证明行之有效的细部构造，加强构件及构件间的连接，旨在提高建筑物抗震能力称为工程抗震措施。抗震构造措施是抗震经验的总结，它所涉及的细部构造一般难以在计算模型中被具体模拟，但能以其确实可靠的效能弥补计算分析的不足与简化模型的无法顾及之处，是抗震设计中实现抗震概念设计原则、提高结构抗震能力的重要内容。

建筑抗震构造措施主要包括构件之间的连接方法，圈梁、构造柱、芯柱、抗震支撑等辅助构件的设置要求，构件尺寸与配筋的基本要求，结构易损部位的加强措施等。采取抗震构造措施，可提高建筑物抗御地震的整体稳定性，提高结构、构件与节点的变形能力与耗能能力，提高薄弱部位的强度。

配筋是在钢筋混凝土构件中合理配置钢筋，使钢筋与混凝土共同工作实现预期性态的抗震构造措施。钢筋和混凝土分别是以承受拉力和压力为主的建筑材料；在混凝土构件中合理设置钢筋，可充分发挥钢筋和混凝土两者的力学性能，使构件具有适当的刚度、强度、延性和耗能能力。钢筋混凝土构件中有关钢筋设置位置、设置方式、配筋数量、钢筋直径、分布间距、钢筋连接与锚固、箍筋设置等的规定，是抗震构造措施的重要内容。

箍筋亦称钢箍，是设置在钢筋混凝土构件纵向钢筋的垂直面内、紧贴纵向钢筋的环状封闭形钢筋。箍筋可承受剪力或扭矩，亦可防止受压纵筋压曲，箍筋还具有固定纵筋的位置、便于混凝土浇灌的作用。箍筋有普通箍、复合箍及复合螺旋箍等不同形式。在体积配箍率相等的情况下，箍筋形式不同，对混凝土核芯的约束作用也不同。复合箍和螺旋箍与普通矩形箍相比具有更好的抗震效能。

圈梁是为加强房屋的整体性和提高变形能力，在砌体房屋中设置的水平约束构件，是经实践考验有效的砌体结构房屋的抗震构造措施。圈梁作为楼屋盖的边缘约束构件，可限制装配式楼屋盖的移位，防止预制楼板散开坍落；可提高楼屋盖的水平刚度，更有效地传递并分配层间地震剪力。圈梁与构造柱一起约束墙体，可限制墙体裂缝的开展和延伸，使墙体裂缝仅发生于局部墙段，并防止开裂墙体的倒塌，基础圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响。圈梁有现浇钢筋混凝土圈梁，钢筋砖圈梁和木圈梁等多种，以现浇钢筋混凝土圈梁应用最多，木圈梁可用于生土房屋。

构造柱是为加强结构的整体性和提高变形能力，在砌体结构房屋的特定部位设置的钢筋混凝土竖向约束构件，是经实践检验有效的砌体房屋的抗震构造措施。构造柱可大幅度提高砌体结构的变形能力，有构造柱的墙体的极限变形可达普通墙体的1.5~2倍，使砌体结构得以满足抗震延性的一般要求；构造柱与圈梁一起形成砌体墙的约束边框，可阻止裂缝发展、限制开裂后砌体的错位，使破裂的墙体不致散落、维持一定的竖向承载力。构造柱不但是防止砌体房屋倒塌的有效措施，还能在有限程度上提高墙体的抗震承载能力。

抗震支撑是为提高单层工业厂房和结构类似的单层空旷房屋的整体性、抗震稳定性和耗能能力，在屋盖构件间和柱间设置的支撑构件，是重要的抗震构造措施。抗震支撑包括屋盖支撑和柱间支撑，柱间支撑可设置阻尼器成为耗能支撑。

屋盖支撑包括屋架上弦的横向和纵向支撑，下弦的横向和纵向支撑，竖向支撑、水平系杆和天窗架支撑。

柱间支撑是设置在房屋纵向柱间的重要抗侧力构件，它可提高房屋的纵向稳定性和刚度，抵抗纵向地震作用并将吊车纵向刹车力和山墙风力传递至基础。不设支撑或支撑过弱，地震时会导致柱列纵向变位过大，柱子开裂甚至倒塌；如支撑设置不当或支撑刚度过大，则可能引起柱身和柱顶联接的破坏。吊车梁以上的柱间支撑称为上柱支撑，吊车梁以下柱间支撑称下柱支撑。

消能支撑是在柱间交叉支撑的斜杆交接处设置框形软钢滞变阻尼器吸收地震能量的一种支撑形式。消能支撑的延性系数、阻尼比均比普通交叉支撑高，但刚度略低。在正常使用条件下，消能支撑处于弹性受力状态；在强大侧力作用下，阻尼器屈服耗能、减少支撑的拉压变形；震后支撑易于修复，适于高烈度地震区采用。

构件材料的弹性应力达到开裂强度后、构件承载力瞬间丧失或急剧下降、缺乏塑性变形和耗能能力的破坏形态。

脆性破坏发生前多无明显的变形或其他宏观预兆，难以修复，是抗震结构应避免的破坏形态。

延性破坏

构件材料受力达到屈服强度后，构件仍具有适当的变形能力和部分承载力，破坏前有明显变形或裂缝等预兆的破坏形态。

延性破坏可延缓承载力完全丧失的极限破坏状态，是一般抗震结构在强烈地震作用下允许发生的破坏形态。

剪拉破坏

地震作用下结构构件沿斜截面突然发生宽度较大的裂缝，构件剪断、承载力急剧下降的具有脆性特征的破坏形态。斜裂缝主要因构件微元体斜截面受拉断裂所致。如地震中墙体出现大宽度的X形裂缝。

抗震结构设计应尽可能避免构件发生剪拉破坏。

压剪破坏

地震作用下与结构构件横截面平行的裂缝斜向发展，构件沿斜面错断、开裂面材料被压碎的破坏形态，是稍具延性的脆性破坏。

弯曲破坏和塑性鉸

地震作用下结构构件产生弯曲裂缝。钢筋混凝土梁柱弯曲破坏的典型形态是在杆端出现多道与横截面平行的水平裂缝，这些裂缝一般分布在两倍截面高度范围内形成塑性鉸。塑性鉸仍可传递弯矩，构件承载力并不完全丧失，具有延性破坏特征。

短柱效应

剪跨比小于2的柱通称短柱，其中剪跨比小于1.5者又称极短柱，在水平地震作用下产生的剪切斜拉破坏形态，具有典型的脆性破坏特征。

结构设计中应尽量避免出现短柱；在必须使用短柱时，可采用高强度的结构材料、减少构件轴压比并加强配置箍筋。

应力集中

地震作用下应力集中造成的破坏常发生于墙板开洞处、构件或体系的变断面处以及构件的刚性约束处，应力集中产生的裂缝始于边角并向构件内部发展。

鞭梢效应

结构顶部或顶部局部突出物在地震作用下产生比其他部分更强烈的振动反应、甚至发生破坏的现象。

鞭梢效应常发生于房屋的女儿墙、出屋面烟囱、避雷针、天线塔架、屋顶建筑、高耸结构的顶部或其他工程结构的顶部突出物。

累积损伤

构件的累积损伤在约百次以上应力循环后发生，破坏前无明显塑性变形，即使延性材料也会呈现脆性断裂特征。地震考察中见房屋在主震中发生损伤、而在余震中倒塌的现象。

黏结失效

钢筋混凝土构件中钢筋与混凝土脱离不能协同承载的破坏现象。

黏结失效有两种形态，其一是钢筋因锚固力不足从混凝土中拔出；其二是混凝土开裂后在往复荷载作用下沿钢筋产生细微裂缝，进而酥裂脱离钢筋。

构件失稳

构件应力未达屈服强度、却不能保持平衡状态、突然丧失承载能力的破坏现象，亦称构件屈曲。

构件失稳常发生于薄壁构件和细长杆件，是可能导致体系失稳丧失功能的严重破坏。

  单自由度弹性系统在谐波地面运动作用下的运动方程为： 

                            或                                               

  当地震动的频率ω接近单自由体系的自振频率ω₀时（即ω/ω₀→1.0），其振动幅值的放大倍数最大，这一现象称为共振。共振是振动系统的重要性质，共振将产生结构的破坏，人工结构应避免危险的共振现象（如房屋自振频率与地震动卓越频率接近）造成的危害；也可利用共振现象吸收能量（如在工程结构上设置调谐质量阻尼器），保护主体结构。 

  多自由度体系可做类似的分析，只是过程更为复杂。 

反应谱

计算不同自振周期单自由度弹性体系在基底输入地震动作用下的动力反应，得到反应最大值的绝对值随体系自振周期的变化关系称为反应谱。反应谱与输入地震动的特性和单自由度弹性体系的动力特性有关。反应谱描述了地震动的特性（但未反映持时和相位特性），也是结构抗震设计的工具。

反应谱曲线的纵坐标表征地震反应（加速度、速度或位移），横坐标是单自由度体系的自振周期或频率。单自由度体系可视为滤波器，如果地震动某一频率分量强，由于共振原理，相应单自由度体系的反应大，反应谱值在这一频率的数值亦大。常见远震、大震或软土地基地震动的反应谱曲线在低频段高，近震、小震或基岩地震动的反应谱峰值出现在高频段；反应谱的形状反映了地震动的谱特性。结构的阻尼特性影响反应谱的谱值。

计算反应谱时假设结构的基底是刚性的，没有考虑地基土和结构的相互作用。反应谱只考虑了最大反应，没有考虑结构反应随时间的变化过程；与傅立叶谱相比，则失去了地震动的相位信息。  

反应谱概念和生成方法示意图

刚体的固有周期为零，刚体随地面一同运动而本身没有变形，故在T=0时，相对位移、相对速度和相对加速度反应谱值均为零，绝对加速度反应谱值等于地震动加速度。对于无限柔性结构，其固有周期为无穷大（T→∞），此时相对位移反应将趋于地震动位移、相对速度反应趋于地震动速度，相对加速度反应趋于地震动加速度，绝对加速度反应则趋于零。

埃森特罗地震记录南北分量的加速度、速度和位移反应谱 

   工程中直接应用最多的地震反应谱是地震绝对加速度反应谱。绝对加速度是结构相对于地面的加速度与地面地震动加速度之和，结构质量乘以绝对加速度就是结构承受的惯性力，是造成结构破坏的重要原因。

  抗震设计在着重关注实践经验的同时，需以地震作用理论和工程设计理论为基础。地震作用和地震作用效应的定量计算需利用结构动力学、结构力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、土力学、土动力学和计算力学的基础知识。在确定设计地震动参数、进行抗震分析和实施结构抗震验算时，概率论、随机振动理论、结构可靠度理论和能量理论具有广泛的应用价值。结构振动控制理论为开辟抗震设计新途径提供了基础。

抗震设计包括规划、选址、选型、初步设计、计算设计和细部设计等内容，应遵循抗震概念设计的各项原则。抗震设计计算本质上是结构动力分析，区别具体情况可采用拟静力法、振型叠加反应谱法、振型叠加法、逐步积分法、静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法计算结构体系的地震作用；再利用结构力学方法计算地震作用效应，进行必要的强度、变形和稳定性验算。抗震设计的重要内容是采取适当的抗震措施。

地震具有罕遇、强烈、复杂和不可准确预知的特性，故抗震设计具有与一般工程结构设计不同的特点和困难。土木工程抗震设计一般允许结构在设计地震动作用下进入非线性变形状态；抗震设计在关注结构体系承载力（强度）的同时，尤其强调延性和非线性耗能能力。地震作用下结构体系的破坏模式十分复杂；小震验算对应的结构承载力极限状态，其可靠度远低于静力荷载作用下的可靠度；大震验算则对应弹塑性变形极限状态，这一状态在一般结构设计中是不允许出现的。地震作用比风、浪和机械振动更为复杂，抗震设计在考虑地震动频谱的同时，也关注与强地震动持续时间有关的低周疲劳效应和脉冲作用效应。结构与地基、流体等构成动力体系，其相互作用分析也是抗震设计中的难点。另外，在结构进入非线性变形阶段后，结构的地震动多维输入反应分析和长大结构的地震动多点输入反应分析也是有待解决的问题。

基于震害和工程经验的总结以及抗震设计理论的发展，当代工程结构抗震设计已经形成了较为系统的科学方法，并体现于各类抗震设计技术标准。然而，鉴于地震动和地震作用效应极其复杂以及新型、重大、复杂工程结构的不断发展，涉及安全性、适用性和经济性的抗震设计尚有不完善之处。有待深入研究的主要问题包括：考虑地震作用和结构体系的不确定性，基于概率理论、随机振动理论和极限状态理论的抗震设计方法和可靠度研究。传统和新型结构材料、结构构件和结构体系的非线性力学特性及数值模拟研究。以实现性态抗震设计为目标的基于位移和能量的设计理论和方法研究，以及基于振动控制理论的抗震控制设计方法的研究等。

①抗震设防目标

抗震设防目标是对人类社会抗御地震灾害的预期能力的概略表述。破坏性地震具有罕遇、强烈和不可准确预知的特点,未来地震可能造成的人员伤亡、经济损失和社会影响也很难评价,因此,抗震设防目标乃是基于对未来地震活动性的估计、考虑当前社会经济技术发展水平做出的风险决策。与抗震设防的广义和狭义理解相对应,抗震设防目标有社会综合抗震设防目标和工程抗震设防目标之分。

综合抗震设防目标一般表述为:逐步提高社会综合抗震能力,最大限度减轻地震灾害,保障地震作用下人类生命安全和社会运行；在预期地震作用下,重要设施和系统可保持功能或迅速恢复功能,一般设施不发生严重破坏,社会生活可维持基本正常。预期地震作用常用震级或地震动强度表示，如未来某个时期内可能发生的确定性的最大地震或以某个超越概率发生的地震动。中国将预期地震作用表述为震级6级左右、与地区设防烈度相当的地震作用。

工程抗震设防目标是对预期地震作用下工程结构所应具备的抗震能力的概略表述,旨在维持地震作用下工程设施的运行、保障生命安全、防止次生灾害并减少经济损失。工程抗震设防目标的表述包含设防地震动（又称防御目标或设防水准）和在相应地震动作用下工程结构性能要求这两个因素。设防地震动是未来可能发生并造成灾害的地震动,可采用确定性方法或概率方法估计；世界各国多将未来50年内以10%超越概率发生的地震动作为基本设防地震动。使工程结构在设防地震动下不受损失、保障绝对安全是不现实和不合理的；工程抗震设防目标规定了不同工程结构所应达到的最低性能要求。

工程抗震设防目标的表述具有如下特点：①语言高度概括,定性阐明工程结构抗震设防基本目标；②表述通俗简练,便于政府部门和一般民众理解；③对象分门别类,考虑不同工程结构的重要性和成灾后果的差别,如房屋和设备的抗震设防目标通常有明显不同；④设防地震动分级,一般将设防地震动区别为2~3个等级（如小震、中震和大震）；但也有只对单一等级设防地震动规定设防目标的做法。

②抗震设防标准

抗震设防标准是基于工程结构分类、权衡工程可靠性需求和经济技术水平规定的抗震设防基本要求,与抗震设防目标准密切相关。抗震设防目标是对某一类工程结构预期抗震能力的一般概略表述；抗震设防标准则是再区别此类工程结构中不同工程的重要性及其成灾后果的差异,通过采用不同的设计地震动和抗震措施等,实现、调整和细化抗震设防目标的决策。

同类工程中不同具体工程的功能、规模、构造类型和设计使用年限不同,遭遇地震后所造成的损失及相应社会经济影响也不同,故应区别这些差异采用不同的设计地震动参数、抗震措施以及有关场地选择等的其他抗震设计要求,使某些重要的特殊的工程结构具有更强的抗震能力,同时适当放宽对较次要工程结构的抗震要求。抗震设防标准的采用,有利于合理使用建设经费等社会资源,实现防震减灾的总体目标。

中国工程抗震设防标准是在工程结构分类（如抗震设防分类）的基础上制订的，有建筑抗震设防标准、构筑物抗震设防标准、桥梁抗震设防标准、混凝土坝抗震设防标准等。其他国家工程结构的抗震设计虽不使用抗震设防标准这一术语,但也有类似的规定。如美国根据建筑功能的重要性和设防地震动参数,将建筑结构分为4~6类，分别采用不同的结构类型、计算方法和细部构造。欧洲规范将工程结构依重要性分为4类,采用不同的抗震设计系数。日本的新耐震设计法（1980）依结构类型和高度将建筑分为4类,采用不同的设计要求；日本道路桥梁设计规范将桥梁分为2类,规定了不同的抗震设防目标。

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）的抗震设防标准

③抗震设防分类

抗震设防分类是考虑各类工程结构重要性、使用功能、震害后果、损坏后修复难易程度以及在救灾中的作用的差异,从抗震角度对工程结构所作的分类,通称抗震类别。该术语首先用于现行中国建筑抗震设计规范,与中国其他工程抗震设计规范和其他国家抗震设计规范中使用的抗震重要性分类和抗震设计分类具有相似的含义。抗震类别划分是制定抗震设防标准的基础。

抗震类别的表述往往是原则和定性的,中国颁布了若干抗震设防分类技术标准。如《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2004）规定:依照建筑物使用功能的重要性将建筑物分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别。甲类建筑为重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害及社会影响的建筑,如存放剧毒生物制品的建筑、中央和省级的电视调频广播发射塔建筑、国际电信楼、国际卫星地球站等。乙类建筑为地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,如大中城市的三级医院的住院部和门诊部、中央级广播发射台和广播中心、大区和省中心长途电信枢纽等。丙类建筑为甲、乙、丁类之外的一般建筑。丁类建筑为抗震次要建筑和临时建筑。抗震设防类别不同的建筑采用不同的抗震设防标准。

综上所述，抗震设防目标和抗震设防标准的制定是涉及地震危险性、以及经济、技术和社会诸多复杂因素的综合风险决策，其中并无可供遵循的系统理论和数学方法。

制定抗震设防目标和抗震设防标准的决策框图

抗震设防的基础----地震区划

地震危险性分析是对地震区中具体地点未来可能遭遇的强地震动的估计，地震区划则是依据地震危险性分析的结果、对地震区内强地震动程度不同的地段的划分，两者均是实施抗震设防的依据。

地震区划图为各地区实施抗震设防提供了基本依据，可用于城市规划、土地利用、场址选择、一般工程结构的抗震设计和应急救灾准备，在地震保险中也有潜在的应用价值。预测未来发生的强地震动是中长期地震预报向工程领域的延伸，是联系地震学、地震地质学和地震工程学的纽带，也是一件十分困难的工作。

根据地震危险性分析结果，可以绘制地震区划图和地震小区划图。

地震区划图是针对地域范围很大的一个国家或地区绘制的 , 可给出一般场地条件 ( 或基岩场地 ) 下地震烈度 , 地震动加速度、速度或反应谱特征周期的分区、即地震动参数分区。由于地域范围大,不可能细致描述各具体地点的场地差异。

中国地震烈度区划图

中国地震动加速度峰值区划图         中国反应谱特征周期区划图

地震危险性分析方法

进行地震危险性分析必须首先估计未来可能发生的地震，目前，这种估计基于以下两个基本原则：其一，地震重复（历史重演）原则，即某一地区历史上曾经发生的地震将在未来重复发生；其二，构造类比原则，即地震构造类似的地区，将发生同样的地震。这两条原则在逻辑上似乎有可以接受之处，但严格讲并不具备科学的理论基础，也并没有得到充分的观测资料的支持；然而，不采用这两条原则，预测未来地震便无从着手。基于上述两个原则，可以对未来发生的地震做出确定性估计，也可以做出概率性估计；但其最基本的数据都只能来自历史地震。

显然，采用确定的、无时限的未来最大地震动进行抗震设防是难以实施的，人们倾向于用概率方法描述未来地震的发生规律。地震危险性分析和地震区划方法的重要演进是1968年美国学者科内尔（Cornell）提出概率地震危险性分析方法。该法是根据地震地质构造和地震活动性，采用概率理论估计场地地震动的方法，主要包括划分潜在震源区、建立地震发生的时间和空间概率模型、确定区域地震动衰减关系，以及最终计算场地地震危险性概率曲线四个环节（见如下框图）： 

  地震危险性分析框图   

在地震危险性分析中，我国首先根据地震地质构造和地震活动性进行地震区带划分，再进一步区分地震活动性不同的潜在震源区。地震区是指区域地震活动性、地震孕育的地质环境和发生地震的构造条件相类似的地区；地震带一般指地震集中成带分布，并受活动构造带或地壳结构变异带控制的地带。地震活动的时空不均一性是通过地震区与地震带合理的划分来体现的。每一个地震区或地震带就是一个含有一定数量历史地震的统计单元；它不仅反映区、带内地震活动的区域特点，而且要使地震活动性参数具有相对的稳定性和代表性。

每个潜在震源区的地震活动性参数，包括震级上限M_u、起算震级 M₀ 、震级-频度关系中的 b 值、地震年平均发生率 v 和空间分布权函数 w 等。

概率方法假定地震是随机事件，即未来地震发生的时间、地点和大小都是不确定的，但可以用一定的概率分布来描述。在此基本假定下，地震发生过程可用三维随机过程{ L_i,T_i,M_i} 描述，其中i表示一次地震事件，L_i表示地震的震源位置，T_i表示地震i的发生时间，M_i是地震i的震级。地震发生过程的完整的统计分析需要考虑这三个参数的联合概率分布。这种分布模型是非常复杂的，在缺少地震数据的情况下，模型建立是非常困难的；实际应用中通常分别研究三个参数的统计特征。目前，一般通过划分潜在震源区来描述地震发生空间分布的非均匀性，用古登堡-里希特(Gutenberg-Richter)震级-频度曲线来描述地震震级与发生频度之间的关系；用泊松过程描述地震发生时间分布。

地震活动区中表示地震震级与相应发生次数的经验关系（即震级频度曲线）为：

7.2.1-2

式中：N(M)为震级M的地震发生次数，a、b为统计常数。具体到某个潜在震源区，基础数据十分有限。在这种情况下，上述关系只能采用更大地域范围内（地震区、带）的总体统计关系，这一关系用于各潜在震源区的可靠性是值得怀疑的。

地震发生的时间概率模型常用均匀泊松模型。未来T时间内，发生n次地震的概率为：

式中；为地震年平均发生率。该模型的基本假定为：第一，任意两次相继地震事件的发生是互相独立的；第二，两个或两个以上地震事件同时发生的概率趋于零；第三，地震发生时间序列是平稳随机过程。即地震年平均发生率是不随时间变化的常数。这些假定并不符合实际情况。尽管理论上可以采用其他更复杂的概率模型，但目前并无法确定模型的合理参数。

根据地震发生的强度概率模型、时间概率模型和地震动衰减关系，按照概率理论计算场地地震动参数在一定年限内的超越概率，得到地震危险性曲线。

与传统抗震设计不同，结构振动控制技术可大幅度改变结构体系的动力特性（周期和阻尼），通过隔离、转移和耗散地震能量减小结构体系的地震反应、保护主体结构，也更有利于满足不确定的地震作用下结构的安全性和使用性要求。

隔震技术通过设置在被分隔的结构部分之间的隔震装置改变结构体系的自振特性、减少和耗散输入结构的地震能量。耗能减振是在结构体系中设置阻尼器或吸振器，吸收并耗散结构振动能量。以上两类控制无需监测体系运动状态、且无需外界能源的支持，均属被动控制（亦称无源控制）范畴。主动控制应监测体系运动状态、通过伺服反馈系统对结构施加控制力，需借助外界能源的支持。半主动控制只需很少的能量调节控制器的参数、通过改变结构振动周期或增加阻尼减小地震反应.主动和半主动控制一般均属反馈控制系统.智能控制是人工智能与控制理论的结合属主动控制范畴.混合控制是不同控制技术的组合。

振动控制技术应用示意图

（1）主动控制  主动控制是借助外界能源的支持，通过监测控制装置抑制结构体系有害振动的理论和方法，又称有源控制。

实施结构主动控制需利用传感器实时监测受控结构的振动反应(或地震动等环境干扰),控制器根据监测信号和预定的控制算法计算控制力,作动器利用外界能源将该控制力施加于受控结构，达到减小结构体系振动的预期目标（见图1）。基于结构振动反应监测的主动控制称为反馈控制或闭环控制；基于外界环境干扰监测的主动控制称为前馈控制或开环控制(图2)；结合上述两者的主动控制称为开-闭环控制。结构地震反应主动控制多为反馈控制。

图3  半主动变刚度装置

图4  半主动变阻尼装置

（2）半主动控制    半主动控制是借助少许能量调节控制装置、通过改变振动体系刚度或阻尼特性实施反馈控制的技术。半主动控制亦称参数控制，其反馈控制原理与主动控制相同；然而，它并不直接向受控结构输入强大的机械能，控制装置一般为参数可调的被动装置。半主动控制有变刚度控制、变阻尼控制和变摩擦控制等多种。一些文献中常将半主动控制称为主动变刚度（或变阻尼）控制。

图5  基底隔震建筑

图6  隔震桥梁

图3所示变刚度装置是设置在受控结构层间的一个变孔流体阻尼器。液压缸旁通回路上设有电磁阀开关。液压缸缸体由水平刚度为K的斜撑支撑于楼层下部；液压缸的活塞杆则与楼层上部固定连接。在水平地震动作用下，受控结构层间发生相对运动。此时，若调节电磁阀开关处于开启状态，液压缸内的油将由活塞带动经旁通回路自由流动，结构层间刚度不变。在忽略液流阻力的情况下，液压缸和支撑对结构振动没有影响；若考虑液流阻力，液压缸可视为阻尼器。相反，若调节电磁阀开关处于闭锁状态，由于油液不可压缩，活塞在液压缸内不能移动，此时结构层间必然增加水平刚度K。这样，只须按某种控制策略调节电磁阀的启闭状态，就可令结构体系在线改变刚度，达到控制地震反应的目标。电磁阀启闭所需的能量很小、可由电池供给。

图4所示变阻尼装置是设置在结构层间的可调磁流变液阻尼器。当结构层间发生相对运动时，缸体中的磁流变液将经旁通回路流动。改变旁通回路励磁线圈的磁场强度，磁流变液的性态将发生变化，产生不同的阻尼效应。故可根据控制体系的实测状态、按照某种控制算法调节磁场强度，增加阻尼耗能，达到减振目的。

（3）被动控制  被动控制是在结构体系中设置控制装置，通过改变结构体系动力特性减小结构振动反应的技术。与主动控制相比，被动控制无需外部能源支持，控制体系不含信号采集与反馈控制系统。

土木工程地震反应被动控制技术可分为隔震和消能减振两大类。基于控制机理的细化分类见如下。

① 隔震  隔震依机理的不同可作如下分类：a)柔性隔震。利用叠层橡胶支座、软钢支座等的柔性延长体系的水平自振周期，避开地震动的高频卓越频段，减少体系地震反应；这类支座具有水平弹性恢复力。b）摩擦隔震。利用金属摩擦板、聚四氟乙烯（特氟龙）滑移层和滚球、滚轴等装置的水平运动，借助适当小的摩擦系数，限制、减小上部结构承受的地震剪力。单纯的滑动隔震支座或滚动隔震支座不具恢复力。c）摆动隔震。利用摩擦摆和短柱摆等的曲面运动，延长体系自振周期；这类支座的恢复力来自结构重力。悬吊隔震与摆动隔震具有相同的机理。

实际使用的隔震装置，可能是具有不同机理的隔震装置的组合，隔震支座多与阻尼器、抗风装置和限位装置结合使用。目前工程应用的隔震装置绝大多数是叠层橡胶支座隔震装置；少数是橡胶支座与摩擦支座的结合。桩基隔震在新西兰有工程应用，俄罗斯砌体结构的短柱摆隔震颇具特色。

② 消能减振  消能减振依机理不同可作如下分类：a)吸振器  此类装置利用阻尼调谐振子的大幅振动吸收能量，从而减小主体结构的振动。吸振器主要有调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器两类。b)阻尼器  此类装置利用结构体系振动产生的相对位移、速度等吸收和耗散能量。其中粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器被称为速度相关型阻尼器，软钢滞变阻尼器、铅阻尼器和摩擦阻尼器被称为位移相关型阻尼器。另外还有形状记忆合金阻尼器。有些阻尼装置（如耗能限位器）包括多种耗能机制。

 另外一些消能减振装置，如质量泵和调谐液柱阻尼器等具有吸振器和阻尼器的双重功能。部分隔震支座也可作为消能减振装置使用。

被动控制与传统抗震技术相比，可因改变结构体系动力特性、增加耗能而减小地震反应，具有提高结构抗震能力的更大潜力和灵活性；与主动控制结构相比，又有结构简单、使用维护方便、无须外界能源支持和不存在动力失稳问题等优点；故具有广泛的应用前景。包含多维（含水平方向和竖向）隔震在内的新隔震技术的开发、新的耗能减振装置的开发和产业化、被动控制体系设计方法的完善和规范化，将推动被动控制获得更加广泛的应用。

（1）综合考虑平时和震后的功能，应注意避免导致地震次生灾害或使次生灾害限于局部。

（2）工程建设应选择抗震有利场地，避开不利地段，如可能产生强震地表破裂地段，难以治理的地质灾害多发场所，软弱土地基，古河道，湖盆沉积，突出的山梁、高耸孤立的山丘、陡坡等。

（3）结构布置宜均匀规整，结构体型力求简单，并选择有利抗震的建筑平面和立面；抗侧力构件的质量、刚度和强度分布宜均匀对称；尽量减少扭转效应，并避免因局部强度或刚度突变形成薄弱部位、产生过大的应力和变形集中。

（4）应有合理的结构体系，应具有明确的力学计算简图和合理的地震作用的传递途径；避免因部分结构或构件破坏引起结构倒塌；应具有尽可能多的冗余度；用多道抗震设防体系，各体系应能协同工作。

（5）尽可能使结构的自振周期避开场地卓越周期，防止因共振加重震害。

（6）应具有良好的整体性和变形能力，抗震设计遵从强柱弱梁，强剪弱弯的原则。有意识地设计一系列分布的塑性区，提高耗能能力。

（7）非结构构件（围护墙、隔墙、填充墙等）的设计应避免设置不合理导致主体结构构件的破坏。女儿墙、雨蓬等非结构构件和装饰物应与主体结构可靠连接，防止在地震中坍落伤人。

（8）建筑应合理选用建筑材料并保证施工质量，采用轻质材料构件有利于减小地震作用。

  单自由度振动体系具有自身固有的振动特性，最主要的动力特性参数是固有周期（或称自振周期），描述该体系做一次完整的往复运动（振动）所需要的时间，其倒数为固有频率（自振频率），表示单位时间内振动的次数。计算公式为：

  式中：k为刚度（体系单位位移所需的恢复力）。m为质量。可见自振频率特性取决于自身的性质。建筑的自振周期随建筑高度而增加，随重量增大而降低。实际的建筑和工程结构受到材料等的阻尼影响，振动后幅度逐步衰减，表述结构振动衰减特性的参数有临界阻尼或阻尼比。阻尼越大，振动衰减越快。

  对于多层房屋，是多自由度振动体系，此时体系有多个自振频率，频率的个数与质量块的个数系统，例如四层建筑有三个楼板和屋顶，可简化为4质点体系，只考虑平动，就是4个自由度。其中最小的一个称为基（本）频（率）。对应每个自振频率，各个质点（楼板和屋顶）的位移方向有不同的组合，每个组合描述这些质点振动的形态，称为振型。振型的个数与自振频率个数相同。

    分析建筑和工程结构的动力特性就是建立不同建筑和工程结构的多质点振动体系模型，用实验或模型计算方法，求解体系的自振频率，阻尼，和相应振型。求解和测量的方法过程，称为模态分析。