建筑结构抗震设计 (2).ppt

1、建筑结构抗震设计Seismic design of buildings,主讲：张美霞 中国地质大学（武汉）工程学院土木系,课程简介,地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极大的突发性自然灾害，地震造成生命、财产损失的直接原因是建筑物的剧烈震动、破坏倒塌。目前预测工作没有发展到准确预报的程度。随着我国城市化的发展，人口和财富向城市高度集中，基础设施高度发达，地震造成的后果将日益严重。我国是一个地震多发、震害严重的国家，抗震防灾是一项特殊的社会公益事业，它关系着经济发展和社会稳定。建筑结构抗震设防是减轻地震灾害的重要途径,课程简介续,科学界多年的研究成果形成了一门学科地震工程学。它包含工程地震和结

2、构抗震两方面内容。 工程地震主要研究：地震危险性分析、地震区划、潜在震源区地震活动规律、地震动工程参数的选择及估计等。 结构抗震主要研究：建筑场地动力性能与抗震设计关系、构件与结构动力特性、结构动力破坏机制、结构地震反应分析理论与抗震设计方法等。 我国自1976年唐山大地震后，结构抗震问题得到了普遍重视，科研部门大力开展结构抗震理论与实验研究，各高等院校先后都开设了“结构抗震”这门课程,课程简介续,建筑结构抗震设计是综合了地震成因，强烈地面运动，结构物的动力特性和地震反应等方面的研究成果而发展起来的一门多科性的学科，它涉及地球物理学、地质学、地震学、工程力学（结构动力学、材料力学、结构静力学）

3、、工程结构学（钢筋混凝土结构、钢结构、地基与基础）、施工技术等多方面的知识。 建筑结构抗震设计是一门新兴的学科，而且将随抗震经验的不断积累、抗震研究的不断深入而迅速发展。它主要介绍了地震作用的基本原理和计算方法，讨论了如何安全、经济、合理地设计位于地震区的各种结构的房屋建筑,课程性质和目的,建筑结构抗震设计是土木工程专业一门重要的专业主干课。学习本课程的主要目的是通过介绍地震作用计算的基本原理及结构抗震的设计方法，培养学习者掌握建筑结构抗震设计方面的基本理论知识和设计应用能力而设置的一门课程，从而能贯彻执行我国的相关法律、规范，对地震区作抗震减灾规划，掌握防止或减少建（构）筑物由于地震而造成的

4、破坏的技能，使建筑经抗震设防后，能尽可能地减轻震害，避免人员伤亡，减少经济损失,课程的研究内容,地震基本知识 地震地质背景、强震观测、地震动特性、地震波动理论、震害分析、抗震设防 工程结构地震反应 抗震试验、理论分析 抗震减灾理论及设计 抗震设计理论、结构振动控制理论及其设计方法,课程要求,掌握结构抗震的基本知识、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,前续课程,钢筋混凝土结构设计、单层工业厂房、砌体 结构、钢结构、材料力学、弹塑性力学、 结构力学、土力学与基础工程等课程。

5、 此外，还要求学生具有画法几何与工程制图、房屋建 筑学等方面的知识，以便于学习者对各种结构表达方法和 构造形式的认识,教材选择,教材选用：丰定国、王杜良主编，抗震结构设计第2版，武汉理工大学出版社，2003年8月。 本教材反映了我国新颁布的建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的内容及当前国内外的研究成果，使学生通过学习能掌握结构抗震的基本理论和实践，从而不但能遵循规范而且能高于规范进行结构的抗震设计,参考书,中华人民共和国建设部：建筑抗震设计规范(GB50011-2001) ，中国建筑工业出版社2001年10月。 高小旺、龚思礼、苏经宇 等编：建筑抗震设计规范理解与应用，中国建筑工业出

6、版社，2002年4月。 郭继武 编著：建筑抗震设计，中国建筑工业出版社，2002年6月。 郭继武 编著：建筑抗震设计疑难释义，中国建筑工业出版社，2003年6月。 曹资、朱志达编著，建筑抗震理论与设计方法，北京工业大学出版社，1998年2月。 滕家禄、溪毓堃主编，混凝土结构（二）高层建筑结构抗震设计，北方交通大学，1997年1月。 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32002 建筑地基基础设计规范GB50072002,建筑结构抗震设计内容,第一章 绪论(重点) 第二章 场地、地基与基础(重点) 第三章 结构地震反应分析与抗震验算(重难点) 第四章 建筑抗震概念设计 (重点) 第五章 多层和高层钢

7、筋混凝土房屋抗震设计(重难点) 第六章 多层砌体结构房屋的抗震设计 (重点) 第七章 高层及多层钢结构房屋的抗震设计 第八章 单层钢筋混凝土柱厂房的抗震计 第九章 隔震与耗能减震房屋设计,第1章 绪 论,1.1 地震灾害概述（了解内容） 1.2 地震基本知识（重点掌握） 1.3 地震的震害（了解内容） 1.4 结构的抗震设防（重点掌握,1.1 地震灾害概述（了解内容,1.1.1 地震是群灾之首 1.1.2 我国的地震情况 1.1.3 抗震减灾的的任务,1.1.1 地震是群灾之首,一、灾害概述 人为灾害：火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等。 自然灾害,1.1.1 地震是群灾之首续,世界

8、十大自然灾害（据联合国，1947-1980） 热带气旋（飓风、台风）、地震、洪涝、雷暴与龙卷风、雪暴、火山爆发、热浪、雪崩、滑坡、潮汐与海啸 灾害日趋频繁 产生自然灾害的直接原因自然现象 产生自然灾害的结构原因 “社会”本身的弱点 灾情日趋严重 城市“黑洞”现象日益加剧 生命线系统的脆弱 近年来的五大自然灾害 火山爆发、地震、风灾、陨石袭击、温室效应,1.1.1 地震是群灾之首续,二、地震是群灾之首 地震是一种突发的自然灾害。 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。现代科技的发展，虽能对地震的发生进行预测，但准确地预报何时

9、、何地将发生何种强度的地震一般是很困难的。这主要是由于地壳运动的复杂性，以及现代科学技术水平的局限性。 但是，地震是一种普遍的自然现象 地震是地球内部构造运动的产物，是一种普遍的自然现象。全世界每年发生约500万次地震。其中：破坏性的大地震平均每年约1820次。因此，破坏性地震常常是突然发生的。 目前，科学技术上还无法控制地震的发生。每次地震都会给人类社会带来灾难,1.1.1 地震是群灾之首续,三、近代历史上大地震 唐山大地震：1976年7月28日，在河北省唐山一带发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。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。 集

10、集大地震：1999年9月21日台湾发生7.3级地震，死亡24人，经济损失94亿美元。 印度大地震：当地时间2001年1月26日上午，在印度西北部古吉拉特邦发生里氏7.9级的强烈地震。死亡人数达16000多人，受伤人数达55800多人，经济损失45亿美元,1.1.1 地震是群灾之首续,四、全世界地震带 主要分布于以下两个带： （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）欧亚地震带 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。 这两个地

11、震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的 98%。 另外,还有沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅震 活动带；地震相当活跃的断裂谷,1.1.1 地震是群灾之首续,1.1.2 我国的地震情况,1. 我国是一个多地震国家分布广 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。 2.我国是一个地震灾害最严重的国家之一成灾比率高 我国地震活动频度高、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%。20世纪全球两次死亡20万 人以上的大地震均发生于我国。 1920年宁夏海原地

12、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，伤20余万,1.1.2 我国的地震情况续,3.我国的地震活动地区 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： 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,1.1.2 我国的地震情况续,1.1.2 我国的地震情况续,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。世界以及我国

13、目前均处于地震活跃期，抗震 任务不容忽视,1.1.3 抗震减灾的的任务,1.1.3 抗震减灾的的任务续,结构工程师的任务： 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； 3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固,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,抗震减灾工作应依法进行,1.1.3 抗震减灾的的任务续,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

14、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： （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,1.2 地震基本知识1.2.1 地球内部构造,地球是一个平均半径约6400km的椭圆球体，内部由三个圈层组成。 1、地壳 地球最表面的一层，很薄，厚度各处不一，约5-40km,平均 厚度约为30km。主要由各种不均匀的岩石组成。地面为沉积 岩，地壳上部为花岗岩岩层，地壳下部为玄武岩岩层（海洋下 只有玄武岩岩层）。 世界上绝大部分的地震都发生在这一薄 薄的地壳内。（地壳岩石长期积累的变形 在瞬间内转换为动能而产生地震,1.2.1

15、地球内部构造续,2、地幔 中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。主要由具有粘弹 性性质的质地比较坚硬的橄榄岩组成。其上部存在一个约几百 公里厚的软流层。 由于地球内部放射性物质不断释放能量，地球内部的温度也随深度的增加而升高，地下200Km到700Km其温度由600升至2000 ，在这一范围内的地幔中存在着一个厚约几百公里的软流层，因温度分布不均匀，就发生了地幔内部物质的对流；另外地球内部的压力也是不均衡的，在地幔上部约900MPa,地幔中部为3700MPa。 地幔内部物质在高温状态下和不均衡 压力作用下产生缓慢的运动，即所 谓地幔对流。 地幔对流是地壳运动的主要根源,1.2.1 地球内部

16、构造续,3、地核 地球最里面的一层，半径约为3500km，是地球的核 心部分。可分为外核（厚2100km）和内核（厚1400Km）， 其主要构成物质是镍和铁。 根据推测，外核可能处于液 态，内核可能处于固态。 地震观测发现：地震横波 不能通过外核（即不能通过 液体）。 地震仅发生在地球的地壳和 地幔上部,1.2.2 地震的基本概念,1、什么是地震？ 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

17、最大地震是8.9级，发生于1960 年5月22日的智利地震,1.2.2 地震的基本概念续,2、什么叫震源、震中、震中距？ 震源：地壳岩层发生断裂破坏、错动，产生剧烈振动的地方。 震中：震源正上方的地面位置。 极震区：在震中附近，振动最剧烈、破坏最严重的地区。 震中距：地面某点至震中的距离称。 震源距：地面某点至震源的距离。 震源深度：震中到震源的距离 或震源到地面的垂直距离,1.2.3 地震成因和分类,一、地震成因 地震是地球动力作用的产物 内动力构造地震、火山地震 外动力塌陷地震（地下溶洞、矿坑、矿井的崩塌） 人类工程活动诱发地震（水库，城市、油田的抽 水、注水，人工爆破、爆炸等） 二、地震

18、的分类 按成因（构造EQ、火山EQ、陷落EQ、诱发EQ） 按发震位置（板边EQ、板内EQ） 按震源深度（浅源EQ、中源EQ、深源EQ） 按地震序列（主震型、震群型、单发型,1.2.3 地震成因和分类续,1、按成因分类： 1）构造地震：由于地壳构造运动使深部岩石薄弱部位的应变超过容许值，岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。 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。 构造地震的成因 板块构造运动假说 地壳由六大板块组成。这些板块在地幔对流等因素产 生的巨大能量作用下产生运动，使板块之间相互挤压和错 动，致使其边缘附近的岩石层脆性破裂而引发地震,由洋中脊，海沟和转换

19、断层构成边界的主要构造板块,1.2.3 地震成因和分类续,欧亚大陆板块 太平洋板块 美洲板块 非洲板块 印澳板块 南极板块,1.2.3 地震成因和分类续,大陆漂移假说：它是德国气象学家魏格纳（Wegener）(18801930年)在讲课中提出来的。 这一假说在约10年时间内没有受到地质界的重视。在1922年2月16日有一篇评述魏格纳的书的一无人署名的短文，发表于著名的科学杂志自然上，说“该书直接应用了物理学原理，但遭到许多地质学家的强烈反对”。 魏格纳假定一个超级大陆于3亿年前破裂，其碎块漂移出去形成现今的大陆。作为证据，他指出不同大陆的大型地质构造，如非洲西海岸和南美的东海岸似乎可以吻合。这

20、一原理能够解释许多地质学问题，在以后几十年代中成为辩论的主要焦点,来自以色列的精彩实例 原来水平的刚性岩石层在长时期作用的构造力挤压下褶皱,1.2.3 地震成因和分类续,板块学说的佐证,1.2.3 地震成因和分类续,1.2.3 地震成因和分类续,断层假说 在自然界，大规模的破裂面被称为地质断层。在地幔对 流等因素产生的巨大能量作用下，使地壳和地幔上部的岩 石层发生皱褶变形，当积聚的地应力超过岩石的极限强度 时，岩石层便发生脆性断裂，猛烈回弹错动,从而引起振 动，以波的形式向地面传播，形成地震。 一条断层的两侧可以逐渐地并难以察觉地互相滑过；也 可以突然破裂,以地震形式释放能量,犹他州喀那布附近

21、的切过岩层的小而清晰的正断层,1.2.3 地震成因和分类续,1988年亚美尼亚地震造成的新鲜断崖,1.2.3 地震成因和分类续,在海滨地区跨圣安德烈斯断裂的篱笆 在1906年旧金山地震时错动了2.6米，远处的土地向右移动,1.2.3 地震成因和分类续,1.2.2 地震的基本概念续,埃莫森断裂崖的新鲜断面显示：1992年兰德斯地震后的滑移 (称之为擦痕,1.2.3 地震成因和分类续,1.2.3 地震成因和分类续,2）火山地震 ：由于火山作用，如岩浆猛烈冲出地面、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右，在我国很少见。 1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.

22、7级 地震,1.2.3 地震成因和分类续,3）诱发地震： 因人为因素如由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。 1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我 国最大的水库诱发地震，震级为6.1级,1.2.3 地震成因和分类续,4）陷落地震 ：由于地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震，如地下溶洞或旧坑崩塌引起。这类地震的震级很小，造成的破坏很少，次数也很少，约占3% 。 构造地震破坏力大，影响范围广，建筑抗震设计中仅 限于讨论构造地震作用下建筑的设防问题。 后两种地震影响范

23、围和破坏程度相对较小,1.2.3 地震成因和分类续,2、按震源深度分类： 1）浅源地震：震源深度小于70千米的地震。 全世界85%以上的地震都是浅源地震。浅源地震波及范围小，但破坏力大。 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。 2）中源地震：震源深度在70至300千米的地震，占12%，破坏性大。 3）深源地震：震源深度300km，占3%。震源深，波及范围大，破坏性小。 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。 92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部。 目前观

24、测到的最深地震发生在地下720km左右,1.2.3 地震成因和分类续,3、按地震序列分类： 地震时弹性应变能，以波的形式释放扩散，经多次反射、 折射形成持续过程，加之断裂错位不是瞬间完成的，故在一定 时间内（几十天或数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地 震称为地震序列。 在一个地震序列中，最大的一次地震称为主震。 主震之前发生的地震称为前震。 主震之后发生的地震称为余震。 主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。这是一种常见的破坏性地震类型,1.2.3 地震成因和分类续,震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级 不突出，主要地震

25、能量是由多个震级相近地震释放出来 的。 孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余 震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是通过主震 一次释放出来的。 三种类型地震中：主震型地震约占60%，多发型地震约 占30%，单发型地震约占10%。 地震序列的认识和判别对预报地震和预防地震都很重要,1.2.4 地震波动理论,地震波：地震产生的地壳运动（振动）以波的形式从震源 向各个方向传播并释放能量，这种波称为地震波。 地震波包含：体波和面波。 1、体波：在地球内部传播的波。 体波在地球中的传播速度将随深 度的增加而加快。 纵波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，又称为压缩波或疏密

26、波。特点：周期短，振幅小，波速快, 引起地面竖向颠簸。纵波也叫初波,1.2.4 地震波动理论续,横波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，故又称为剪切波。特点：周期较长，振幅较大，波速慢, 引起地面水平摇晃。横波也叫次波。 根据弹性理论，纵波的传播速度大约为横波的1.67倍，说明纵波的传播速度快，因此也把纵波叫初波，横波叫次波,1.2.4 地震波动理论续,地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态,1.2.4 地震波动理论续,假设一弹性体，如岩石，受到打击，会产生两类弹性波从震源向外传播。第一类波的物理特性恰如声波。声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和

27、扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩，同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。在地震时，这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，换句话说，这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫P波，即纵波，它是首先到达的波。 弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S波，即横波。液体或气体内不可能发生剪切运动，S波不能在它们中传播,1.2.4 地震波动理论续,为什么地

28、震时人的感觉是先颠后晃？ 地震时，震中及其附近的人们先感觉到上下颠簸，然后感 到前后或左右摇晃。这是因为地震发生时，地震波主要有两 种，一种是纵波，它传播的速度快，可达56Km/秒；另一种 是横波，它的速度较慢，达34 Km/秒。因为纵波先到，使 人们产生上下颠簸的感觉；而横波后到，让人们感到水平摇 晃，对建筑物的破坏主要是 横波。人们在感觉到“颠”的 时候，要马上就地避震，因 为大的破坏力马上就要到了,1.2.4 地震波动理论续,2、面波：当P波和S波到达地球的自由面或位于层状地质构造的界面时，在一定条件下会产生其他类型的地震波。这些波只限于在地面附近传播，也就是体波经过地层界面多次反射形成

29、的次生波。特点：周期长，振幅大，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。岩石振动振幅随深度增加而逐渐减小至零。 建筑物破坏主要是由面波造成,1.2.4 地震波动理论续,瑞雷波：于1885年首次由瑞雷（Lord Rayleigh）描述，是地震波中最近似水波的。岩石质点向前、向上、向后和向下运动，沿波的传播方向作一垂直平面，质点在该平面内运动，描绘出一个椭圆。即质点在波的传播方向和地面法线组成的平面内（XZ）做椭圆形运动，而在与XZ平面垂直的水平方向（Y）没有振动，质点在地面上呈滚动形式,1.2.4 地震波动理论续,洛夫波：是以1912年首次描述它们的洛夫的姓名命名的。 洛夫波传播时将使质点在平面内做与

30、波前进方向相垂直的水 平方向（Y方向）的运动，即在地面上呈蛇形运动形式，运 动没有垂向位移。洛夫波在地震中可以成为最具破坏性的波， 因为常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切,vR=vL=0.9vs,1.2.4 地震波动理论续,从实际地震时记录到的地震波可以看出，首先达到的是纵波（初波、P波），接着是横波（次波、S波），面波达到的最晚。 一般情况下，当横波或面波达到时，振动最猛烈， 纵波使建筑物产生上下颠簸，横波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃，一般在横波和面波都到达时振幅增大，地面振动最为激烈造成的危害也最大。 因面波的能量比体波的大，所以造成建

31、筑物和地表的破坏以面波为主,地震波记录图,1.2.5 震级与烈度,1、地震震级 定义：震级是表示一次地震本身强弱程度或大小的尺度，也是表示一次地震释放能量的多少用M表示。 一次地震只有一个震级。 目前，国际上比较通用的是里氏震级，在1935年由查 尔斯里克特（19001985年）给出定义，即地震震级为 式中 A是标准地震仪（周期0.8s，阻尼系 数0.8，放大倍数2800倍的地震仪）在距 震中100km处记录的以微米（1微米=10-6m） 为单位的最大水平地动位移（单振幅,1.2.5 震级与烈度续,震级与能量的关系 能量E的单位：尔格（1尔格=10-7 J） 震级与震源释放能量的大小有关。能量

32、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。 一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹,1.2.5 震级与烈度续,地震按震级大小分类 （1）微震：小于2级，人感觉不到，只有仪器才能记录下来。 （2）有感地震：2-4级，人能感觉到。 （3）破坏性地震：5级以上地震，能够引起不同程度破坏。 （4）强烈地震或大震：7级以上地震。 （5）特大地震：8级以上地震。 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,1.2.5 震级与烈度续,2、 地震烈度 定义及影响因素 指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影

33、响的强 弱程度，简称为烈度。 由地面建筑的破坏程度，人的感 觉，物体的振动及运动强烈程度而定。现在主要由地面震 动的速度和加速度确定。 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、地震的传播介质、表土 性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素有关,1.2.5 震级与烈度续,注意烈度与震级区分 一次地震的震级只有一个，但距离震中不同的地点， 地震的影响不同，地震烈度就不同。震级与震中烈度的关 系： 粗略估算方法：震级减1后乘1.5即为震中烈度,1.2.5 震级与烈度续,地震烈度表 地震烈度表是评定地震烈度的标

34、准和尺度。它以描述 震害宏观现象为主，即根据建筑物的破坏程度、地貌变化 特征、地震时人的感觉、家具的动作反应等进行区分。 现在主要由地面震动的速度和加速度确定。 我国在1980年制定的中国地震烈度表将地震烈度 分为1-12度（不同的国家的分度方法不同），1999年11月 1日起实施修订后的新烈度表中国地震烈度表 （GB/T17742-1999,无感,1,室内个别静止中的人感觉,2,悬挂物微动,门、窗轻微作响,室内少数静止中的人感觉,3,悬挂物明显摆动，器皿作响,门、窗作响,室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒,4,3 （2-4,31 （22-44,不稳定器物翻倒,门窗、屋顶、屋架颤动

35、作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝,室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒,5,6 （5-9,63 （45-89,河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头,损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝,惊惶失措，仓皇逃出,6,13 （10-18,125 （90-177,河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏,轻度破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用,大多数人仓皇逃出,7,25 （19-35,250 （178-353,干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏,中等破坏结构受损，需要修理,摇晃颠簸，行走困难,8,50 （36-71,500 （35

36、4-707,干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌,严重破坏墙体龟裂，局部倒塌，修复困难,坐立不稳。行动的人可能摔跤,9,100 （72-141,1000 （708-1414,山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁,倒塌大部倒塌，不堪修复,骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感,10,地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏,毁灭,11,地面剧烈变化，山河改观,12,个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上,注意： 12度分。 评定标准：人的感觉，房

37、屋破坏，其它现象，物理指标。 6度开始有破坏。 加速度：10度为1000cm/s2 9度为500 cm/s2 8度为250 cm/s2 7度为125 cm/s2 6度为63 cm/s2,问题：一建筑物可假定为刚体，质量为100t，问该建筑的地震力在69度时，分别为多少,1.2.5 震级与烈度续,1.2.5 震级与烈度续,3、基本烈度和地震区划 地震烈度不同，建筑物的地震力不同。一个地区的抗震设计应取多大的地震烈度合适？设防烈度基本烈度 基本烈度：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。 基本烈度也称为偶遇烈度 或中震烈度。相当于475年一

38、 遇的最大地震的烈度,1.2.5 震级与烈度续,地震区划：是指根据历史地震、地震地质构造和地震观测资料，在地图上按基本烈度划分为不同的区,做为抗震设计的依据。 编制步骤：1、确定地震危险区；2、预测地震影响范围。 中国地震动参考区划图（1990）根据地震基本烈度划分； 2001年版的中国地震动参考区划图，是按照地震动参数（即地震动峰值加速度和加速度反应谱）确定我国城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组的依据，具有法律效应。 如武汉地区抗震设防烈度为6度，地震动加速度为0.05g,抗震设防烈度和设计基本地震加速度的对应关系,1.2.5 震级与烈度续,规范附录中列出了我国主要城镇的抗震

39、设防烈度。 湖北省 1.抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g: 竹溪，竹山，房县； 2.抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g: 武汉（13个市辖区），荆州（ 2个市辖区），荆门 注：全省县级及县级以上设防城镇，设计地震分组均为第一组,1.2.5 震级与烈度续,4、地震烈度、震级与地震影响的关系 （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

40、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,1.2.5 震级与烈度续,5、震级与伤亡的关系 （1）5.0-5.9级地震造成人员伤亡者占24%。而仅引起人员死亡的地震更少，只占11.5%。一次5级多地震中死亡人数最多为117人，而死亡29人以上的地震都发生在夜间。 （2）6.0-6.9级地震有43%造成人员伤亡，而只有人员死亡的仅占35%，一次地震死亡人数最多为600人,1.2.6 设计

41、地震分组,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,1.2.6 设计地震分组续,不同大小的地震对某一地区所引起的相同烈度，对不同动力特性的结构的破坏作用是不同的。一般来讲，震级较大、震中距较远的地震对长周期的高柔结构的破坏，比同样烈度的震级较小震中距较近的破坏要重。对周期较短的刚性结构则有相反的趋势。 原因：地震波频谱特性不同。地震波中的高频分量随传播距离的衰减比低频分量要快，故震级大、震中距长的地震波主要为低频分量，对长周期的高柔结构的地震影响大；而震级小、震中距短的地震波高频分量没有被衰减或衰减较少，对短周期的刚性结构的地震影响大些,1.2.6 设计地震分组

42、续,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. 湖北省各地震设防地区均属 第一组,1.2.7 地震地面运动的一般特征,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，它是由一系列非周期性的加速度脉冲所组成。 地震地面运动的一般特征概括为： 1.地面运动最大加速度：决定强震时作用于结构的地震力 2.地面运动的周期：对结构地震反应起重要作用 3.强震

43、的持续时间：对建筑物的破坏程度有较大的影响,1.3 地震的震害1.3.1 概述,一次大地震可在数10秒钟之内使一座繁荣的城市变成废墟，人们几代人的积累和财富化为乌有。 地震震害包括地表破坏、建筑物的破坏及次生灾害造成的 破坏等。 一、地表破坏 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： 1、地面破坏如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等,1.3.1 概述续,地面裂缝按成因分： 构造裂缝：不受地形地貌影响的裂缝（是地震断裂带在地表的反映）； 非构造裂缝：受地形、地貌、土质条件等限制的裂缝（由于地表受到挤压、伸张、扭矩等力作用的结果,1.3.1 概述续,2、山体

44、等自然物的破坏：如山崩、滑坡等,1.3.1 概述续,二、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，主要有水灾、火灾、毒气污染、滑 坡、泥石流和海啸等。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比 直接灾害还大。主要的次生灾害有： 1、火灾：由震后火源失控引起。 1923年日本关东地震，倒房13 万幢，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，火灾烧毁房屋 45万栋,1.3.1 概述续,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

45、破坏而引起,1.3.1 概述续,5、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,1.3.1 概述续,海啸的起因： 海啸是一种灾难性的海浪，通常由震源在海底下50千米以内、里氏震级6.5以上的海底地震引起。水下或沿岸山崩或火山爆发也可能引起海啸。在一次震动之后，震荡波在海面上以不断扩大的圆圈，传播到很远的距离，正象卵石掉进浅池里产生的波一样。海啸波长比海洋的最大深度还要大，轨道运动在海底附近也没受多大阻滞，不管海洋深度如何，波都可以传播过去。 2004年12月26日，印度洋发生强烈地震并引发海啸，造成周边国家重大人员伤亡和财产损失。印度洋海啸造成近30万人遇难,1.3.1 概述续

46、,三、工程结构破坏现象 1、结构丧失整体性。如房屋倒塌,1.3.1 概述续,房屋倒塌,1.3.1 概述续,铁轨变形过大导致破坏,1.3.1 概述续,2、承重结构强度不足。桥梁断落、水坝开裂等,1.3.1 概述续,水坝开裂,1.3.1 概述续,柱子根部强度不足,1.3.1 概述续,3、结构构件连接支撑失效,1.3.1 概述续,4、地基失效 5、非结构构件破坏,1.3.2 工程地质条件对震害的影响,1、局部地形条件的影响：孤立突出的山梁、山包、条状山嘴、高差较大的台地、陡坡及故河道岸边等，均对建筑物的抗震不利。 2、局部地质构造的影响：主要指断层，断层为地质构造的薄弱环节，分发震断层和非发震断层。

47、具有潜在地震活动的断层为发震断层，多数浅源地震与发震断层有关。因此，在选择建筑物的场地时，应尽量使房屋远离断层及其破碎带。 3、地下水位的影响：地下水位越浅震害越重，地下水位深度在5m以内时，对震害影响最为明显,1.4 结构的抗震设防,1、工程抗震设防人类减轻地震灾害的基本对策 地震预报 人类研究地震虽已取得大进展，但对地球本身的了解还太少，还不能准确预报地震，目前的水平是“偶有成功，错漏甚多”。 地震转移、分散 将地震能量转移到其它地方释放。目前的水平“前期研究，尚在探索”。 地震工程 通过工程技术提高城市综合抗震能力，提高各类建筑的抗震水平。目前的水平是：“屡见成功，偶有失败,1.4 结构

48、的抗震设防续,a 、地震工程的内容：震害预测，地震区域划分，城市抗震规划，抢险救灾措施，灾后重建措施。 b、工程抗震设计、研究。 2、地震运动对建筑物的危害及对策 由于地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等，通过选择场地来解决（避） 失效或沉陷而造成，如软弱地基沉陷、砂土液化。通过地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决,由于建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。 通过设计中选择合理的结构方案、合理的布置、合理的抗震措施解决,由于主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。 通过结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施

49、保证强度、延性、构造等,1.4 结构的抗震设防续,1.4 结构的抗震设防续,3、现行抗震规范的基本做法 一是采取抗震构造措施，二是进行抗震验算，此外做了一些宏观的原则性规定（概念设计），以达到抗震的目的。这就是抗震设防。 指导思想 预防为主 减轻结构震害 避免人员伤亡 减少经济损失 使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行 趋势 使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵 抗能力,1.4.1 抗震设防目标及方法,抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构 造措施，以达到结构抗震的效果和目的。 1、总目标 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。具体通过“三水准”

50、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 近年来，国内外抗震设防目标的发展总趋势是要求建筑物 在使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗 能力，即“小震不坏，中震可修，大震不倒,1.4.1 抗震设防目标及方法续,我国抗震规范中抗震设防的目标如下,1.4.1 抗震设防目标及方法续,3、三种水准地震烈度的标定 基于上述抗震设防目标，建筑物在使用期间对不同强度 的地震应具有不同的抵抗能力，用三个地震烈度水准来考 虑，经研究我国地震烈度的概率密度函数可用极值III型表 示。 其分布函数 地震烈度上限值， =12 Im 众值烈度，由各地地震区 在设计基准期内

51、统计确定。 I地震烈度 k形状参数,1.4.1 抗震设防目标及方法续,三种水准地震烈度的标定,一般关系 烈度：Im=I0-1.55, Is=I0+1 加速度：PGAm=PGA0*1/3, PGAs=PGAm*(4-6,1.4.1 抗震设防目标及方法续,4、 “两阶段”抗震设计方法 为保证抗震设防的目标，规范规定了“两阶段”抗震设计方法 第一阶段：截面设计和变形计算 对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施，保证小震不坏和中震可修。 第二阶段： 对一些规范规定的结构(有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等)进

52、行大震作用下的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证,1.4.2 抗震设防范围和依据,一、抗震设防范围 规范规定： 抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。 6度一般只需按构造考虑。 规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。 超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行,1.4.2 抗震设防范围和依据续,二、抗震设防依据 设防烈度：按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度。 设防烈度的取值一般情况下，可采用中国地震动参数区划图中的地震基本烈度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值）。 对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防,1.4.3 抗震设防分类及抗震设防措施,一、抗震设防分类 国家技术监督局和建设部在1995年