建筑物一般是建在地表的松散土层中的。地震波穿过土层后就可到达建筑物。那么建筑物受到的地震力有多大?应该是建筑物的质量乘以振动的加速度。地震波可以用位移表示，可以用速度表示，也可以用加速度表示。相应地，记录地震动的仪器有位移地震仪，速度地震仪和加速度地震仪。根据地震加速度记录，就可以用建筑物的质量计算出建筑物在地震中受到的地震力。

除了这种简单地计算房屋所受地震力的方法以外，还应考虑地震波的频率特性。任何楼房都有固有频率，对不同频率的地震波有不同的反应，当地震波的频率与楼房的固有频率接近时，楼房的反应最大，这时楼房的振动形式是整体左右摇摆，称为第一振型。楼房底部受到的地震剪力和弯矩最大。为了保证楼房底部能承受住地震剪力和弯矩，需要计算确定柱、梁等构件的尺寸及其内部钢筋的用量。除了计算以外，还要根据我国抗震规范的要求采取抗震构造措施，以增强楼房的整体性。如果注意观察汶川地震灾区楼房破坏的情况就会发现，有些楼房是中间的某一层垮塌了，而其上、下楼层并没有垮塌。这是因为当地震波的频率比楼房固有频率高一倍时，楼房的振动形式不再是整体左右摇摆，而是呈“S”形摆动，称为第二振型。当楼房以第二振型振动时，楼房中部某一层受到的剪力和弯矩最大，在进行第二振型的抗震计算时，需要找出受地震力最大的这一层，并根据对这层的计算结果确定楼房梁、柱的尺寸和钢筋用量。如果频率再提高，楼房将会以第三振动型振动。一般抗震计算只算前几个振动型就够了，因为更高振型的地震力已经不大了，对于抗震设计意义不大。

由此可见，对于建筑物的抗震设计来说，最重要的是要知道地震波的最大加速度和频率成分。其中频率成分又按照近震、中震和远震来考虑，因为不同频率的地震波随距离的衰减速度不同。

二、抗震设防标准是怎样确定的

根据抗震规范的要求，楼房应大震不倒，小震经修复后可继续使用。要满足这个要求，就得知道在建筑物的使用寿命期内将会遭受多大的地震。而不同的地区，遭受地震的可能性是不同的。如果房屋建得十分坚固，固然可以抵抗地震，但是造价太高，并不经济。有些地区，上千年来都没有发生过地震，今后几十年或100年内也不会发生地震的。因此就需要确定合理的抗震设防水平。

然而确定合理的抗震设防水平并不容易，因为不知道地震发生在何处、何时，震级、烈度有多大。如何解决这四个问题呢?

地震发生在何处的问题，可根据活动断裂带的位置来确定，因为只要是破坏性的构造地震，一定发生在活动断裂带上。例如前述四川境内的三条大断裂都是未来可能发生地震的潜在震源区。

对于时间和震级的问题，可以根据活动断裂带上已经发生过的地震进行统计。我国历史悠久，较大的地震一般都有记录，再加上现代地震仪记录到的地震，可以列出地震发生的时间表。根据时间表可以发现，大多数潜在震源区内的地震都具有周期性。对两次地震之间的时间间隔和震级进行统计，就可以得到震级——频度关系以及时间和震级的概率分布，于是，某潜在震源区内发生一次某级地震的可能性，就可以用各潜在震源区地震发生的概率来表示。

某地遭遇的地震烈度问题，也可以根据历史地震记录，统计地震烈度随距离衰减的情况，得到震级——距离——烈度关系。把这个关系代入到地震发生的概率模型中，就可以计算某地遭遇一次某烈度地震的可能性。还可以统计地震烈度与地震波加速度的关系，就可以得到某地遭遇一次某指定加速度的可能性。

计算结果表明，遭遇的烈度或加速度越大，可能性就越小。反之，如果给定一个烈度，则可计算出超过给定烈度的概率，这个概率叫超越概率。那么某地按多大的地震烈度设防最合理的问题，就转换成了取多大的超越概率最合理的问题。这样说还不太容易理解，举个简单的例子。人过马路时要冒被车撞的风险。车速越快，距离越近，冒的风险就越大。如果冒的风险在一定的水平以下，过线路就安全，超过这个风险水平，就危险。这个超过的风险水平就是超越概率。

如果将建筑物坚固程度相关的造价与遭遇某烈度地震的可能性联合起来考虑，就可以得到超越概率与造价之间的关系，计算结果表明，当超越概率取百分之十几时最合理。十分接近黄金分割。考虑到安全系数，抗震规范中规定取50年内超越概率为10％所对应的烈度作为设防烈度。例如北京地区的房屋是按地震烈度八度进行设防的。也就是说，在小于八度地震的作用下，房屋经过修复可以正常使用，遇到更大的地震烈度时不至于倒塌。