抗震设计(第一章)

1、建筑抗震设计第一章 抗震规范（GB500112010） 第第 1 1 章章 抗震设计原则抗震设计原则 根据发生原因的不同，地震主要有三种类型：根据发生原因的不同，地震主要有三种类型：构造地震、火山地震和诱发地震。其构造地震、火山地震和诱发地震。其 中构造地震与火山地震属于天然地震。中构造地震与火山地震属于天然地震。 第1章 抗震设计原则 1-11-1构造地震构造地震 tectonic earthquaketectonic earthquake 构造地震构造地震：由于地壳运动使深部岩石的应变超过容许值，岩：由于地壳运动使深部岩石的应变超过容许值，岩 层发生断裂、错动而引起的地面运动（板块的构造运

2、动）。层发生断裂、错动而引起的地面运动（板块的构造运动）。 全球6大板块划分图(欧亚、太平洋、美洲、非洲、印澳、南极) 全球6大板块划分图(欧亚、太平洋、美洲、非洲、印澳、南极) 第1章 抗震设计原则 全球地震带分布 环太平洋地震带 欧亚大陆地震带 第1章 抗震设计原则 术语术语 震源震源(hypocenter,focus)：地球内部断层错动并引起周围介质震动：地球内部断层错动并引起周围介质震动 的部位的部位; 震源深度震源深度(focal depth)：震源至地面的距离；：震源至地面的距离； 浅源地震浅源地震60km,中源地震中源地震60300km,深源地震深源地震 300km。我国绝。我国

3、绝 大部分为浅源地震，一般大部分为浅源地震，一般540km; 震中震中(epicenter)：震源正上方的地面成为震中；：震源正上方的地面成为震中； 震中区震中区(epicentral area)：震中邻近地区；：震中邻近地区； 震中距震中距(focal distance) ：地面上某点至震中的距离：地面上某点至震中的距离。 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震设计原则 1 12 2 地震波地震波( (wave ) )、震级、震级(magnitude)和烈度和烈度(intensity) 一、地震波一、地震波 分为体波和面波分为体波和面波 （一）（一）体波体波(body wave) 在地球内部传播

4、的波在地球内部传播的波,体波又分为纵波体波又分为纵波 和横波和横波 纵波纵波(压缩波压缩波,又称又称Primary 波波) :振动方向与波的传播方向振动方向与波的传播方向 一致。周期短，振幅小，波速一致。周期短，振幅小，波速 快，一般快，一般2001400m/s，纵波，纵波 引起地面引起地面垂直方向垂直方向的振动。的振动。 横波横波(剪切波剪切波,又称又称Secondary 波波) :振动方向与波的传播方向振动方向与波的传播方向 垂直。周期长，振幅大，波速垂直。周期长，振幅大，波速 慢，一般慢，一般100800m/s。横波。横波 引起地面引起地面水平方向水平方向的振动。的振动。 P波 S波 第

5、1章 抗震设计原则 （二）（二）面波面波( surface wave) 在地球表面传播的波称为面波。他是体波经地层界面多次反在地球表面传播的波称为面波。他是体波经地层界面多次反 射、折射形成的次生波。分为射、折射形成的次生波。分为瑞雷波（瑞雷波（Rayleigh波）波）和和勒夫波勒夫波 （Love波）波）。 R波在波的传播方向和地面法向组成的平面内作波在波的传播方向和地面法向组成的平面内作 与波前进方向相反的椭圆运动；与波前进方向相反的椭圆运动； L波在地面平面内做与波前进方波在地面平面内做与波前进方 向相垂直的运动。向相垂直的运动。 波速较慢，约为波速较慢，约为S波速的波速的90，振幅比体波

6、大，衰减慢，对，振幅比体波大，衰减慢，对 建筑物影响也比较大。建筑物影响也比较大。 面波 实测地震波曲线 第1章 抗震设计原则 二、二、震级震级 (magnitude) 衡量一次地震释放能量大小的等级称为震级（衡量一次地震释放能量大小的等级称为震级（M）。1935 年里克特年里克特(Richter)提出震级的定义：震级是利用地震仪（指周提出震级的定义：震级是利用地震仪（指周 期为期为0.8s，阻尼系数为，阻尼系数为0.8，发大倍数为，发大倍数为2800的地震仪）距震中的地震仪）距震中 100km处记录的以微米为单位的最大水平地面位移处记录的以微米为单位的最大水平地面位移(振幅振幅)A的常的常

7、用对数值：用对数值： )(lgRAM 震级增加一级，振幅震级增加一级，振幅(amplitude)增加增加10倍，释放的能量增加倍，释放的能量增加 30倍。倍。 一一般来说，般来说，M5的地震，对建筑物就要引起不同程度的地震，对建筑物就要引起不同程度 的破坏，统称为的破坏，统称为破坏性地震破坏性地震；M7的地震称为的地震称为强烈地震或大地震强烈地震或大地震； M8的地震称为的地震称为特大地震特大地震。 历史上最大地震是历史上最大地震是1960年年5月月22日的智利日的智利8.9级大地震。级大地震。 第1章 抗震设计原则 一次地震释放的能量与震级的关系由下式计算：一次地震释放的能量与震级的关系由下

8、式计算： 8 .115 . 1lgMEs 第1章 抗震设计原则 三、三、地震烈度地震烈度(intensity)、烈度表和平均震害指数、烈度表和平均震害指数 （一）（一）地震烈度和烈度表地震烈度和烈度表 地震烈度是指地震时在一定地点震动的强烈程度地震烈度是指地震时在一定地点震动的强烈程度。2008年国年国 家地震局颁布家地震局颁布中国地震烈度表中国地震烈度表本书附录本书附录A （二）烈度（二）烈度 IM 3 2 1 震中烈度震中烈度 （16） 地震烈度概率分布地震烈度概率分布 k e Ik If k k ) 1 ( 1 )( )( )( （17） 第1章 抗震设计原则 四、烈度衰减规律和等震线四

9、、烈度衰减规律和等震线 等烈度线或等震线等烈度线或等震线 烈度相同的区域的外包线。由于地烈度相同的区域的外包线。由于地 质条件不同，为不规则的封闭曲线。也会在某一烈度区域内出质条件不同，为不规则的封闭曲线。也会在某一烈度区域内出 现一小块高现一小块高1度或低度或低1度的异常区。度的异常区。 1976年唐山地震的等震线见下图。年唐山地震的等震线见下图。 1-3 地震地震基本烈度基本烈度(basic intensity)和地震烈度区划图和地震烈度区划图 一、地震基本烈度一、地震基本烈度 一个地区的一个地区的基本烈度基本烈度是指该地区在今后是指该地区在今后50年年期限内，在期限内，在 一般场地条件下

10、可能遭遇一般场地条件下可能遭遇超越概率为超越概率为10的地震烈度。的地震烈度。 二、地震烈度区划图二、地震烈度区划图 制定方法：制定方法：1.先预测未来先预测未来50年可能发震的地段及最大地年可能发震的地段及最大地 震，从而确定震中烈度；震，从而确定震中烈度；2.预测其影响范围，根据地震衰减预测其影响范围，根据地震衰减 规律确定其周围地区的烈度。规律确定其周围地区的烈度。 地震烈度区划图是建筑物抗震设防、制定减轻和防御地地震烈度区划图是建筑物抗震设防、制定减轻和防御地 震灾害对策的依据。震灾害对策的依据。 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震设计原则 1-4 1-4 建筑抗震设防分类、设防标准和

11、设防目标建筑抗震设防分类、设防标准和设防目标 一、建筑抗震设防分类一、建筑抗震设防分类 甲类建筑甲类建筑属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生 灾害的建筑。灾害的建筑。 乙类建筑乙类建筑属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的 建筑。建筑。 丙类建筑丙类建筑属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑。属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑。 丁类建筑丁类建筑属于抗震次要建筑。属于抗震次要建筑。 建筑抗震设防分类标准建筑抗震设防分类标准 二、大震和小震二、大震和小震 地震烈度的概率分布函数符合地震烈度的概率分布函数符合 极值极

12、值III型分布。型分布。 规范规范取取50年超越概率年超越概率23 的地震作为的地震作为大震大震（罕遇烈度罕遇烈度）的水）的水 准准,重现期重现期2000年年; 中震中震（基本烈度基本烈度）取）取50年超越概率年超越概率 10%的烈度值，重现期的烈度值，重现期475年；年； 小震小震（多遇烈度多遇烈度）取）取50年超越概率年超越概率 63.2%的烈度值，重现期的烈度值，重现期50 年。年。 小震小震基本烈度基本烈度1.55度度 大震大震基本烈度基本烈度1度度 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震设计原则 三、建筑抗震三、建筑抗震设防标准和目标设防标准和目标 （一）建筑抗震设防标准（一）建筑抗震设

13、防标准 抗震设防烈度抗震设防烈度(seismic fortification intensity)：是指按国家规：是指按国家规 定的权限作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。定的权限作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般采用地一般采用地 震烈度区划图的震烈度区划图的基本烈度基本烈度。 抗震设防标准抗震设防标准：1. 甲类建筑甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震，地震作用应高于本地区抗震 设防烈度的要求；其值按设防烈度的要求；其值按“地震安全性评价地震安全性评价”确定抗震措施，确定抗震措施， 当为当为68度时，按本地度时，按本地提高一度提高一度要求，当为要求，当为9度时，应符合比度时，应符合比9

14、度抗震设防更高的要求。度抗震设防更高的要求。2. 乙类建筑乙类建筑,地震作用符合本地抗震设地震作用符合本地抗震设 防烈度；抗震措施防烈度；抗震措施,当为当为68度时符合本地设防烈度度时符合本地设防烈度提高一度提高一度的要的要 求，当为求，当为9度时，符合比度时，符合比9度抗震设防更高的要求。对较小的乙度抗震设防更高的要求。对较小的乙 类建筑按本地区设防烈度设计。类建筑按本地区设防烈度设计。3. 丙类建筑丙类建筑，地震作用和抗震，地震作用和抗震 措施均应符合本地区措施均应符合本地区抗震设防烈度抗震设防烈度的要求。的要求。4. 丁类建筑丁类建筑，一般，一般 情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈

15、度的要求；抗震情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震 措施允许比本地区抗震设防烈度措施允许比本地区抗震设防烈度适当降低适当降低，但当为，但当为6度时不应降度时不应降 低。低。 抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度时，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震度时，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震 作用计算。作用计算。 第1章 抗震设计原则 （二）（二）抗震设防目标抗震设防目标 “三水准，两阶段三水准，两阶段”抗震设防目标抗震设防目标 “三水准三水准”设计原则：设计原则： 第一水准第一水准：当遭遇到多遇的：当遭遇到多遇的低于低于本地区设防烈度的地震本地区设防烈度的地震 （小震小震）影响时，建筑一般

16、应）影响时，建筑一般应不受损坏或不需要修理仍能继续不受损坏或不需要修理仍能继续 使用。使用。 第二水准第二水准：当遭遇到本地区：当遭遇到本地区设防烈度设防烈度的地震（的地震（中震中震）影响）影响 时，时，经一般修理或不修理仍能继续使用经一般修理或不修理仍能继续使用。 第三水准第三水准：当遭遇到：当遭遇到高于高于本地区设防烈度的罕遇地震（本地区设防烈度的罕遇地震（大大 震震）时，）时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 即即“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒” 抗震规范抗震规范采取了采取了两阶段设计法两阶段设计法： 第一阶段设计第一

17、阶段设计：按按小震小震作用效应和其他荷载的基本作用效应和其他荷载的基本 组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算 结构的弹性变形结构的弹性变形。以满足。以满足第一水准第一水准抗震设防目标的要求。抗震设防目标的要求。 第二阶段设计第二阶段设计：在在大震大震作用下验算结构的弹塑性变形，作用下验算结构的弹塑性变形， 以满足以满足第三水准第三水准抗震设防目标的要求。抗震设防目标的要求。 至于至于第二水准第二水准抗震设防目标的要求，是以抗震设防目标的要求，是以抗震构造措抗震构造措 施施来加以保证的。来加以保证的。 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震

18、设计原则 1-5 1-5 地震的破坏作用地震的破坏作用 一、地表的破坏现象一、地表的破坏现象 1. 1. 地裂缝地裂缝 2. 2. 喷砂冒水喷砂冒水 3. 3. 地面下沉地面下沉( (震陷震陷) ) 4. 4. 河岸、陡坡滑坡河岸、陡坡滑坡 二、建筑物的破坏二、建筑物的破坏 1. 1. 结构丧失整体性结构丧失整体性 2. 2. 承重结构强度不足引起破坏承重结构强度不足引起破坏 3. 3. 地基失效地基失效 三、次生灾害三、次生灾害 海啸海啸 水灾水灾 火灾火灾 毒气毒气 临临 近近 悬悬 崖崖 容容 易易 滑滑 坡坡 萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有萨尔瓦多地震

19、引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有 1200多人遇难多人遇难 地地 裂裂 第1章 抗震设计原则 两栋两栋12层建筑中一栋倒向另一栋层建筑中一栋倒向另一栋 断裂带附近的简支梁桥的破坏断裂带附近的简支梁桥的破坏 唐山地震中房屋倒塌唐山地震中房屋倒塌 台中某台中某4层建筑边柱的压溃破坏层建筑边柱的压溃破坏 FengYuan断裂带处断裂带处 Shihkang大坝破坏大坝破坏 第1章 抗震设计原则 1-6 1-6 建筑抗震设计的总体要求建筑抗震设计的总体要求 抗震设计分为抗震设计分为：概念设计概念设计和和抗震计算抗震计算与与构造措施构造措施 “建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计”是指根据

20、地震灾害调查是指根据地震灾害调查 和工程经验及力学知识等所形成的基本设计原则和和工程经验及力学知识等所形成的基本设计原则和 设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构 造的过程。造的过程。 一、场地、地基和基础的要求一、场地、地基和基础的要求 1. 选择对抗震有利的场地选择对抗震有利的场地 有利地段有利地段，一般是指稳定的基岩，坚硬土或开阔、平坦、，一般是指稳定的基岩，坚硬土或开阔、平坦、 密实、均匀的中硬土等地段；密实、均匀的中硬土等地段； 不利地段不利地段，一般是指软弱土、液化土、条状突出的山嘴，一般是指软弱土、液化土、条状突出的山嘴， 高耸孤

21、立的山丘等等；高耸孤立的山丘等等； 危险地段危险地段，一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、，一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、 地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位等地地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位等地 段。段。 第1章 抗震设计原则 2. 建造在各类场地上的建筑抗震构造措施的调整建造在各类场地上的建筑抗震构造措施的调整 （1）场地为）场地为I类时，甲、乙类建筑应允许按本地区抗震类时，甲、乙类建筑应允许按本地区抗震 设防烈度的要求采取抗震构造；丙类建筑应允许比本地要设防烈度的要求采取抗震构造；丙类建筑应允许比本地要 求降低一度采取抗震构造，但为求降低

22、一度采取抗震构造，但为6度时，不降低。度时，不降低。 （2）建筑场地为）建筑场地为III、IV类时，对设计基本地震加速度类时，对设计基本地震加速度 为为0.15g和和0.3g的地区，除规范规定外，宜分别按抗震设防的地区，除规范规定外，宜分别按抗震设防 烈度烈度8度（度（0.2g）和）和9度（度（0.4g）时各类建筑的要求采取抗震）时各类建筑的要求采取抗震 构造措施。构造措施。 3. 地基和基础设计应符合如下要求地基和基础设计应符合如下要求 (1)同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地 基上基上; (2)同一结构单元不宜部分采用天然地基、部分采用

23、桩同一结构单元不宜部分采用天然地基、部分采用桩 基基; (3)地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均 匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响， 并采取相应措施。并采取相应措施。 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震设计原则 二、选择对抗震有利的建筑平面、立面和竖向剖面二、选择对抗震有利的建筑平面、立面和竖向剖面 1. 建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重 不规则的设计方案。不规则的设计方案。 2. 建筑及其抗侧力结构的平面布

24、置宜规则、对称，并应具有建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有 良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则；良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则； 不规则类型不规则类型 定义定义 扭转不规则扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间 位移）平均值的位移）平均值的1.2倍倍 凹凸不规则凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30% 楼板局部不连续楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼

25、板宽度小于该层楼板典型宽度的楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的 50%,或开洞面积大于该层楼面面积的或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层，或较大的楼层错层 平面不规则的类型平面不规则的类型 1 2 2 12 2 2 . 1 12 2 扭转不规则扭转不规则 max 3 . 0 BB max B max 3 . 0 BB max B max B max 3 . 0 BB max B max 3 . 0 BB 凹凸角不规则凹凸角不规则 平面不规则的类型平面不规则的类型 第1章 抗震设计原则 B Bb5 . 0 B BlA AA 3 . 0 0 l

26、局部不连续局部不连续 大开洞大开洞错层错层 平面不规则的类型平面不规则的类型 第1章 抗震设计原则 第1章 抗震设计原则 不规则类型不规则类型 定义定义 侧向刚度不规则侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚，或小于其上相邻三个楼层侧向刚 度平均值的度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于 相邻下一层的相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的