结构抗震基础知识.ppt

工程结构抗震设计,盐城工学院 尹红宇,2010年2月,前言,学习本门课要达到如下目的,掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震 设计的一般规律；,培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算 能力；,了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法 的发展趋势。,目 录,第1章 结构抗震基本知识 第2章 建筑结构抗震概念设计 第3章 建筑场地、地基和基础 第4章 结构抗震计算 第5章 混凝土结构房屋抗震设计 第6章 砌体结构和底部框架、 内框架房屋的抗震设计,第1章 结构抗震基本知识, 掌握：地震的含义、地震的类型；地震波的 类型、震级的含义；地震烈度、基本烈度和 设防烈度的异同 理解：抗震设防目标、抗震设计方法以及抗 震设计的基本要求 了解：我国及世界的地震活动性；地震震害,本章要点,一、地震是群灾之首,人为灾害：,火灾、污染（大气、 水、海洋）、核泄 漏、战争等,自然灾害：,地震灾害是群灾之首它具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。,1.1 地震灾害概述,所罗门群岛4日发生里氏7.2级强烈地震，之后引发海啸，所罗门首都西部300公里处的Rendova和Tetepare岛受灾最严重，至少有一座村庄被毁。地震发生后余震不断，海啸带来的海浪高达2.5米。地震和海啸致1000人无家可归。但当地地震频发经验丰富，所幸没有人员伤亡。 海地于新年伊始便遭遇了200年来最强地震，震中距离首都太子港约16公里，政府陷入瘫痪，影响救援进展。截至2月23日，已有22.25万人遇难，太子港一片狼藉成“人间地狱”,汶川大地震,地震参数 时间：2008年5月12日14时28分04秒 纬度：北纬31.01 经度：东经103.40 深度：14km 震级：里氏震级8.0级，矩震级7.9级 最大烈度：11度 震中位置：四川省汶川县映秀镇 遇难：69227人 受伤：374640人 失踪：17939人 直接经济损失：8451亿元人民币,建县1300多年历史的北川羌族自治县，在地震中人员伤亡和建筑物损毁最为惨重，位于高山之间美丽的北川县城在顷刻间变成了废墟,四川境内寿江大桥与陆地接口处出现大裂口,地震造成山体滑坡，覆盖公路。图中可以清楚看到一辆小客车遭大石压毁,死亡2400人，经济损失94亿美元。,台湾集集大地震,九二一集集大地震是发生于1999年9月21日凌晨1时47分里氏规模达7.3级的大地震，造成罕见的重大损失。计有2412人死亡，11305人受伤；房屋全倒者有26831栋，半倒者有24495栋。,云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为12层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。,彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。,柱子内埋设管线（水、排水、电、煤气、电话）等，虽然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成破坏。,地震前后的武昌宫,唐山大地震,地震参数 时间：1976年7月28日3时42分54秒 纬度：北纬 39.4 经度：东经 118.0 深度：14km 震级：里氏震级7.8级 震中区烈度：11度 震中位置：河北省唐山、丰南一带 150万人口中死亡24万，伤16万 直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元,唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。,开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存 。,唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。,唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局部倒塌。,唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,唐山市机车车辆厂震后概貌。,震后工厂厂区,印 度 大 地 震,当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。,死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。,为了省钱，近年兴建的建筑物没有抗震结构，使地震的伤亡加重。,震后现场情况,座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。,7.8级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。,伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。,地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。,美国加州北岭地震（7.0级） 1994年1月17日，2400栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7300人，直接经济损失300亿美元，保险损失104亿美元。,日本阪神地震（7.2级） 1995年11月17日，22万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡6348人，伤4万人，经济损失1000亿美元。,由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：,地面破坏，如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等； 建筑物与构筑物的破坏，如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等； 山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等； 海啸，海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏。,直接灾害：,地震的破坏作用,次生灾害：,直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。,1、火灾 由震后火源失控引起；,1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。,主要的次生灾害有：,2、水灾。 由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；,3、毒气泄漏。 由建筑物或装置破坏等引起；,4、瘟疫。 由震后生存环境的严重破坏而引起.,次生灾害,我国的地震情况,1.我国是一个多地震国家,据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。,原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。,（1）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿 留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至 我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。 （2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸 至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经 中亚细亚到地中海及其附近。,全世界地震主要分布于以下两个带：,喜马拉雅地中海地震带,以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。,2.我国是一个地震灾害最严重的国家,1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。,中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。,20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。,2008年四川汶川地震(8.0级) 死亡7万人，直接经济损失达8452亿元。,3.我国的地震活动地区,台湾省及其附近海域 西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部 西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓 华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、 山东中部和渤海湾 东南沿海的广东、福建等地,我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。,这五个地区是：,4.目前的地震形势,地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段 时间内较平静。,我国目前处于地震活跃期。,抗震减灾的的任务,结构工程师的任务：,3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。,抗震减灾工作应依法进行。,中华人民共和国防震减灾法 (1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过),第十七条 新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。,第十九条 建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。,第四十五条 违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以上十万元以下的罚款：,1.对地震区域作抗震减灾规划；,2.对新建筑工程作抗震设计；,（一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的；,（二）不按照抗震设计进行施工的,地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 。,地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是 8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,什么是地震？,1.2 地震基础知识,地球构造,92%的地震发生在地壳中， 其余的发生在地幔上部,地球是一个半径约为6400Km的椭圆球体，物体组成： 地壳：平均厚约30Km 地幔：平均厚约2900Km 地核：平均厚约3500Km, 震源：地球内部发生地震的地方； 震中：震源在地面上的投影点； 震中距：从震中到地面上任何一点的距离； 震中区：震中及其附近的地方，也称极震区； 震源深度：震源至地面的垂直距离； 等震线：地面上破坏程度相同或相近的点连成的曲线。,地震的基本术语,地震类型及其成因,1.按成因划分的类型： 构造地震：地壳构造作用，分布最广，危害最大。 火山地震：由火山爆发引起。 陷落地震：由溶洞或古旧矿井等塌陷引起。 诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起。 破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约占世界地震总数的90%以上。 特点：分布广，危害大，是抗震结构设计研究的主要对象。 在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题,构造地震成因, 原因：岩层发生突然断裂或猛烈错动，产生振动源，振动以波的形式传播到地面，形成构造地震。 地下岩层断裂时，往往不是沿着一个平面发生，而是形成一个一系列裂缝组成的破碎地带，并且这个破碎地带的所有岩层不可能同时达到新的平衡。因此，每次大地震的发生一般都不是孤立的，大地震前后总有很多次中小地震发生。,地球表面的岩石层不是一块整体，而由六大板块和若干小板块组成，这六大板块即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。地球上的主要地震带就位于这些大板块的交界地区。,2、按震源深浅划分的类型,浅源地震震源深度小于70千米的称为浅源地震。 全世界85%以上的地震都是浅源地震。,中源地震震源深度在70至300千米的称为中源地震。,深源地震震源深度在300千米以上的称为深源地震。,浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范 围大，但破坏力小。,2002年6月29日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。,目前有记录的最深震源达720公里。,1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震， 深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。,地震波,地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。,地震波分为体波和面波。,横波特点:周期长、振幅大、 波速慢,100-800m/s,纵波特点:周期短,振幅小, 波速快,200-1400m/s,面波比体波衰减慢、振幅大、 周期长、传播远。建筑物破坏 主要由面波造成。,杂波,P波开始,S波开始,面波开始,地震震级,1.定义,能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。,反映一次地震本身大小的等级，用M表示,式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地 动位移，单位为微米。,2.震级与能量的关系,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,能量E的单位：尔格( ),3.按震级的地震分类,微震- 2级以下 人感觉不到,有感地震- 2-4级 人有感觉,破坏性地震- 5级以上 有破坏,强烈地震- 7级以上 有破坏,特大地震- 8级以上 有破坏,由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。,地震烈度,一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。,1.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度， 简称为烈度。用I表示。,2.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在1980年制定了中国地震烈度表。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上,一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。,相当于475年一遇的最大地震的烈度。,各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,（下图是原中国地震烈度区划图）,基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,3.基本烈度,中国地震烈度区划图,按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度。）,规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图 中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的 城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。,4.设防烈度,设防烈度的取值依据：,规范规定： 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,规范附录中列出了我国主要城镇的 抗震设防烈度,江苏省,1.抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g: 第一组：宿迁、宿豫；,3.抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g: 第一组：南京(11个市辖区），盐城，,2.抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g: 第一组：新沂、邳州、睢宁；,建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度 最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率 为63.2%，重现期为50年。,5.多遇烈度,6.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越 概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为 2000年。,（1）5.0-5.4级地震，震中烈度多为六度，其面积小于500平方公里。 （2）5.5-5.9级地震，震中烈度多为七度，其面积不超过200平方公里；六度区面积也只有数百平方公里。 （3）6.0-6.4级地震，震中烈度多数为八度，其面积几十平方公里；七度区不超过200平方公里，六度区数百平方公里，如震中烈度为七度，则与5.5-5.9级地震结果相同。 （4）6.5-6.9地震，震中烈度一半为八度，结果与6.0-6.4级地震一样；另一半为九度，其面积小于100平方公里，八度区不超过500平方公里，七度区则在1500平方公里以内。,地震烈度、震级与地震影响的关系,请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作 用下，那座建筑更易破坏？,设计地震分组,设计地震分组是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。,在宏观烈度大体相同 条件下，处于大震级远离 震中的高耸建筑物的震害 比中小级震级近震中距的 情况严重的多。,设计地震分三组,对于类场地，第一、二、三组 的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.,1.地面运动最大加速度,2.地面运动的周期,3.强震的持续时间,地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。,1.3 地震动的特性,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。,一、抗震设防目标及方法,1.总目标,具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗 震设计方法实现。,2.“三水准”抗震设防目标,当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时， 一般不受损坏或不需修理可继续使用。,当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时， 可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。,当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震 影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。,1.4 工程结构的抗震设防,3.“三水准”抗震设防是对单一水准设防的改进， 是向“性能设计”发展的重要步骤,单一水准设防思想是我国74规范、78规范 和目前许多国家采用的设防思想。,设防目标是：当遭遇相当于设计烈度的地震时，建筑 物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害， 建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用。,1989年美国Loma Preita地震(7.1级），死亡65人，直 接经济损失（建筑物破坏重建）80亿美元，间接经济损失150亿美元。,1994年美国Northridge地震(6.7级),伤亡不多，经济 损失为200亿美元。,1995年日本阪神地震(7.2级),经济损失为1000亿美元。,1999年台湾集集地震(7.3级),经济损失为94亿美元。,单一设防目标不适合当前现代化发展要求，应研究开 发下一代性能设计规范和抗震设计方法。,“性能设计”要点,（1）.对抗震设计规定相应的地震作用标准,（2）.建立建筑应满足的性能水准,（3）.确立设防性能目标,基本目标,一般使用要求的建筑应具备a、b、c、d项的组