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----结构倒塌案例分析系列 终篇
地震是地球释放能量的一种方式，像是地球的脉动、大地的狂怒。
对于地震的最早记载可以追溯到很久以前，现代结构抗震理论从20世纪初两次大地震的反思开始，至今经过了一百年曲折的发展。
描述地震的插图，发生于公元前4世纪,意大利
在有准确记载的20世纪里，平均每年发生18次7.0~7.9级的大地震，每年发生1次超过8.0级的特大地震。
进入21世纪之后，大地震似乎更加频繁了。
2001-2015年 世界上震级大于6.5的地震分布
限于篇幅，这里只简要介绍一点地震知识，以及对工程抗震设计有较大推动作用的几次地震。
地震ABC
按成因分类，地震可分为塌陷地震、火山地震和构造地震。地壳运动引起的构造地震，占总地震数的90％以上。
绝大部分的破坏性地震为构造地震。
全球地壳可以分为六大板块，太平洋、欧亚、美洲、非洲、印度－澳洲、南极板块，各大板块内部又有一些较小的板块。
板块间的不协调的相对运动，引起岩层变形积累，达到一定程度突然破裂释放的巨大能量，形成了地震。
地球板块构造及1963-1998年世界地震分布
从世界地震的分布图上可以看到，大小板块边缘都是地震集中处，最主要的地震带有两条：
1.环太平洋地震带,约占世界地震总数75％以上.
2.欧亚地震带(至印度与环太平洋地震带相遇).
板块构造地震几种形式
世界上受地震威胁较多的国家有中国、日本、智利、墨西哥、美国、新西兰、意大利、土耳其等。
我国位于欧亚板块东南端，东为太平洋板块和菲律宾板块，南为印度洋板块，欧亚板向东、太平洋板块向西、印度洋向北挤，造成我国是地震多发、分布范围。
地震对建筑的破坏程度与地震震级、震源深度、震中距、场地特性、建筑特性等多因素相关,影响关系也比较复杂。
推动结构抗震设计的地震
回头看工程抗震发展的历史，也是人类从历次地震中吸取经验和教训，不断前进的过程。
1906年 美国旧金山地震 [M7.8]
发生在20世纪初的两次大地震，1906年的美国旧金山地震[震级M7.8]、1908年的意大利Messina地震[M7.1]，被认为是现代建筑结构抗震理论的起点。
1906年的美国旧金山地震
San Andreas断层错动长达7m
大量建筑倒塌，80%城区被毁
震后发生了严重的次生火灾
人们开始注意到，地震引起的水平惯性力对结构造成破坏。于是，提出把地震作用看成一个水平力，取值为建筑物总重量乘以一个系数。
静力法最早由日本学者大房森吉提出，佐野利器教授到旧金山考察震害后，于1914年建议地震系数取K=0.1。
静力法将整个建筑假定为一个刚体，只随地面同步运动。根据牛顿运动定律，最大地震作用力等于建筑总质量m与地面最大加速度a的乘积。
静力法的概念清楚、原理简单，第一次将力学概念引入到抗震设计中，具有划时代的意义。
1923年 日本关东地震 [M7.9]
1923年，日本关东地区发生7.9级的大地震，属于城市直下型地震。地震和次生火灾对东京和横滨两座城市造成了毁灭性的破坏。
当时以钢筋混凝土建造的建筑物很少，大部分砖造房屋倒塌毁坏，木造建筑则毁于大火。
日本关东大地震,1923年,M7.9,横滨震后场景
以关东大地震为契机，1924年日本建筑法规正式引入“地震作用系数”，将建筑物重量的10%作为地震水平力作用于结构上(K=0.1)。
此外，建议尽量增大建筑物刚度的刚性设计法，以及限制建筑高度在31m以下。1927年美国UBC规范第一版也采用了静力法(K=0.1)。
静力法将建筑视为刚体的假设是有问题的。对于高度很低、刚度非常大的建筑，这一假设尚可。但是，当建筑高度略微增加、刚度有限时，作用在结构上的加速度呈放大的趋势。
注：本图不够严谨，大家轻拍
经过数次地震检验后人们发现，静力法按K=0.1并不能保证建筑安全。1950年代，日本建筑法将地震作用系数法提高，取K=0.2。
考虑到建筑自身自振频率的不同对地震作用的影响，20世纪中期，美国学者M.A.Biot提出由实测地震波计算反应谱的概念。
美国学者Housner将多个实测的地震波代入单自由度动力反应方程，计算最大弹性地震反应，从而得出结构最大地震反应与结构自振周期的关系曲线。
Housner教授的反应谱
之后，许多学者相继提出用于抗震设计的设计反应谱。反应谱理论较真实地考虑了结构振动特点，计算简单实用，目前仍是各国抗震规范中的主要方法之一。
Housner和Newmark教授各自关于反应谱的著作
后来，伴随着计算机和结构分析理论的发展，多自由度复杂体系的时程分析得以实现。
人们也发现结构的地震作用随着自振周期增加而减小，柔性设计成为一种新的思路。
1963年，日本施行了新的建筑基准法，废止了建筑高度限制，城市高层建筑开始发展。然而，随后发生的一系列地震又暴露出许多设计问题。
1964年 美国阿拉斯加地震 [M9.2]
1964年 日本新泻地震 [M7.6]
从1964年美国阿拉斯加地震[M9.2]、1964年日本新泻地震[M7.6]、1968年十胜冲地震[M7.9]中砖石结构和混凝土结构损伤较为严重，而钢结构建筑的震灾相对较小。
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