地震发生时，地面随时间变化的运动通过基础传入建筑，引起结构振动、变形和附加内力。以水平地震动为例，地面水平加速度引起上部结构产生惯性力，与基础之间产生相对运动加速度，使梁、柱、墙及其连接部位共同受力。建筑抗震不仅需要足够的强度，也需要合理的结构体系、连续的传力路径和可靠的构造措施，使结构协调受力，并具有必要的变形能力。

一、地震如何作用于建筑

地震时，地面带着基础来回运动，上部建筑由于惯性，不能与基础完全同步，因此产生晃动和变形。如图1所示，各楼层产生的水平惯性力，通过楼盖及其连接，传给框架、剪力墙等抵抗侧向变形的构件，再传至基础和地基。抗震设计要保证地震作用能够沿可靠的路径传递，同时避免变形和损伤过度集中在某一层或某个部位，使结构各部分共同抵抗地震。

二、不同结构体系如何抵抗地震

图2展示了框架、剪力墙和砖混三类常见结构。框架结构由梁、柱及其连接节点组成，通过梁柱共同受力抵抗水平地震作用，室内空间布置较灵活。抗震设计不仅要保证梁柱具有足够的承载能力，还要保证节点连接可靠，并使结构在发生较大变形时仍能保持必要的承载能力。

剪力墙结构主要依靠钢筋混凝土墙体抵抗水平地震作用。合理布置的剪力墙能够提高建筑抵抗侧向变形的能力，有利于控制地震时的楼层侧向变形。

砖混结构主要依靠砌体墙承重并抵抗水平地震作用，钢筋混凝土楼盖与墙体共同工作。圈梁和构造柱用于加强连接、约束墙体，提高建筑的整体性。砖混结构与以梁柱承重、砖墙主要用于围护或分隔空间的框架结构不同，构造柱不等同于框架柱。

不同结构体系各有适用条件，应根据建筑高度、使用功能、场地条件和抗震设防要求合理选择。建筑的实际抗震能力还取决于结构布置、构造措施和施工质量，不能仅凭材料名称或外观判断。

三、结构布置如何影响抗震表现

结构是否规则，不仅要看建筑外形，还要看质量、刚度的分布，以及框架、剪力墙等抗侧力构件在平面上如何分布、沿高度如何布置。图3展示了不同结构布置下可能出现的变形特点。

观察建筑在地震中的变形，不能只看楼顶移动了多远，还要看相邻楼层之间的相对水平位移，即层间位移。图3下方折线表示各楼层相对基础的水平位移，相邻节点的水平位移之差对应层间位移。图示规则结构的抗侧力构件沿高度连续布置，层间变形较均匀，但各层变形并不完全相同。

水平刚度反映结构抵抗水平变形的能力。图3中，底部两层采用框架、上部设有剪力墙的结构，底部水平刚度相对较小，层间变形集中在底部两层；下部四层设有剪力墙、上部四层采用框架的结构，水平刚度沿高度发生明显变化，上部刚度相对较小，层间变形也较大。结构布置应避免水平刚度沿高度发生过大的突变，尤其要关注刚度相对较小楼层的变形。

平面内的布置同样重要。楼层的质量中心取决于质量分布，抗侧刚度中心取决于墙、柱等抗侧力构件的布置及刚度。楼层水平地震作用的合力可视为作用于质量中心。当质量中心与抗侧刚度中心不重合时，其作用线会偏离刚度中心，楼层便可能在水平移动的同时发生扭转，使不同位置的水平位移产生差异。图3中的不规则平面及两个中心的偏离，示意了这种扭转效应。

四、为什么要重视延性并避免损伤集中

强震中，建筑不仅要能承受地震作用，还要在发生较大变形时继续支撑自身和楼内的重量。这种在发生较大变形后仍能保持必要承载能力的特性，可以理解为结构的延性。延性较好的结构，可以通过一定程度的变形消耗地震输入的能量，避免突然发生严重破坏。

以钢筋混凝土框架为例，工程师通常希望多个楼层的梁端逐步参与变形，避免损伤集中在某一楼层的柱上。这是因为柱支撑着上部楼层，一旦某层多根柱严重受损，该层就可能出现过大的侧向变形，影响整栋建筑的稳定。

为此，抗震设计强调“强柱弱梁”：通过合理配置梁、柱的承载能力，使梁端更容易先进入较大的变形状态，同时加强对柱的保护。“弱梁”并不是把梁做得不安全，而是让结构在强震中以更合理的方式承受变形、分散损伤。

因此，重视延性并不是允许建筑随意损坏，而是使结构在不可避免地出现损伤时，仍有一定的变形余地和支撑能力，降低突然倒塌的风险。

五、不同地震动水准下建筑要达到什么目标

建筑抗震并不意味着建筑在任何地震后都毫发无损。工程上常说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”，是针对不同地震动水准设定的分级目标。根据国家相关规范，建筑主体结构的抗震设防目标可概括为：

多遇地震下：主体结构不受损坏，或不需修理即可继续使用，即“小震不坏”。

设防地震下：主体结构可能发生损坏，但经一般性修理后仍可继续使用，即“中震可修”。

罕遇地震下：主体结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即“大震不倒”。

这里的“小震、中震和大震”不是按照某个固定震级划分，而是与建筑所在地的抗震设防要求相联系，分别对应多遇、设防和罕遇三个地震动水准。如图5所示，随着地震动增强，建筑的侧向变形和构件损伤逐渐增大：小震作用下主体结构基本完好；中震作用下允许出现经一般性修理可以恢复的局部损伤；大震作用下虽然结构损伤较重，但仍应保持整体稳定，避免倒塌和危及生命的严重破坏。

“大震不倒”并不意味着建筑震后仍能直接使用。经历强震后，即使建筑没有倒塌，也可能存在构件开裂、残余变形或承载能力下降等问题，需要经过检查和评估后，才能确定是否可以继续使用、修复后使用或需要采取其他处置措施。

可靠的抗震能力来自适宜的场地与基础设计、合理且规则的结构布置、连续明确的传力路径、各构件的整体协同和必要的延性，也离不开材料、施工和使用维护的质量。不同抗震设防类别以及具有特殊使用要求的建筑，还可能需要达到更高的性能目标。本文主要介绍常见结构抵抗水平地震作用的基本机制，实际设计还需按照规定考虑竖向地震作用等因素。

作者：李亚峰   广州大学工程抗震研究中心  副教授

谢佳衡   广州大学工程抗震研究中心  学生

徐丽  广州大学工程抗震研究中心  副研究员

审核：陈洪富  中国地震局工程力学研究所 研究员            

刘彦辉  广州大学工程抗震研究中心 教授

内容来自：中国地震学会

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