第一章-1-工程结构抗震设计地震基础知识

1、工程结构抗震设计工程结构抗震设计安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院土木工程学院土木工程学院 教教 授授 （国家一级注册结构工程师）（国家一级注册结构工程师）2011年年07月月工程结构抗震设计工程结构抗震设计目目 录录 第一章第一章 地震基础知识与工程结构抗震设防地震基础知识与工程结构抗震设防 第二章第二章 场地、地基和基础抗震场地、地基和基础抗震 第三章第三章 工程结构地震反应分析与抗震验算工程结构地震反应分析与抗震验算 第四章第四章 砌体结构的房屋抗震设计砌体结构的房屋抗震设计 第五章第五章 钢筋混凝土结构的房屋抗震设计钢筋混凝土结构的房屋抗震设计 第六章第六章 结构隔震、减震设计与制振技术

2、简介结构隔震、减震设计与制振技术简介工程结构抗震设计工程结构抗震设计工程结构抗震工程结构抗震 是将地球物理学、地质学、地震学、工程力学（材料力是将地球物理学、地质学、地震学、工程力学（材料力学、结构静力学、结构动力学）、结构工程学（钢筋混凝土学、结构静力学、结构动力学）、结构工程学（钢筋混凝土结构学、钢结构学、地基与基础）、施工技术等多方面理论结构学、钢结构学、地基与基础）、施工技术等多方面理论予以综合，针对建造的建筑物在地震作用下必须安全这一目予以综合，针对建造的建筑物在地震作用下必须安全这一目的而产生一门科学体系。的而产生一门科学体系。学习本门课要达到如下目的学习本门课要达到如下目的掌握抗

3、震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震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；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培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算 能力；能力；了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法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。的发展趋势。人为灾害：人为灾害：火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等；火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等；自然灾害：自然灾害：地震灾害是群灾之首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，它具有突发性和不可预测性，以及频度较

4、 高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。 灾害灾害自然灾害自然灾害人为灾害人为灾害Chapter 1第第1章章 地震基础知识与工程结构抗震设防地震基础知识与工程结构抗震设防引致灾害的自然作用引致灾害的自然作用灾害类別灾害类別气象方面气象方面极端雨量极端雨量太多太多洪灾洪灾太少太少干旱干旱极端气温极端气温太高太高热浪热浪太低太低霜冻、大风雪霜冻、大风雪极端强风极端强风台风、龙卷风台风、龙卷风地貌方面地貌方面板块活动板块活动地震地震、海啸、火山爆发、海啸、火山爆发重力作用重力作用泥石流、雪崩泥石流、雪崩生物方面生物方面与动物、微

5、生物有关与动物、微生物有关蝗虫、白蚁等蝗虫、白蚁等虫害虫害細菌或病毒細菌或病毒疾病疾病如伤寒、如伤寒、“非典非典”、瘟疫、瘟疫与植物有关与植物有关真菌真菌病害病害如小麦的铁锈病如小麦的铁锈病数量激增数量激增野草蔓延、赤潮野草蔓延、赤潮自自 然然 灾灾 害害Chapter 1死亡死亡2424人，经济损失人，经济损失9494亿美元。亿美元。云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为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，并向东侧倒在邻房层以

6、下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼层楼公寓上。西侧楼5层层以下全部倒塌，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米米到到10米，且柱子数量偏少。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层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈呈L型平面大楼上，柱子间距型平面大楼上，柱子间距7至至10米。造成倾倒的原因是米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大底层柱子数量少，间距太大。 柱子内埋设管线（水

7、、排柱子内埋设管线（水、排水、电、煤气、电话）等，虽水、电、煤气、电话）等，虽然节省了空间，但大大降低了然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成柱子的有效承重截面积，造成破坏。破坏。 唐山大地震唐山大地震 1976 1976年年7 7月月2828日日3 3时时4242分分5454秒，在河北省唐山、丰秒，在河北省唐山、丰南一带（东经南一带（东经118.0118.0度，北纬度，北纬39.439.4度），发生了度），发生了7.87.8级级强烈地震，震中区烈度强烈地震，震中区烈度1111度。地震波及天津市和北京度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，市。这次

8、地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。 150150万人口中死亡万人口中死亡2424万，伤万，伤1616万；直接经济损失万；直接经济损失10010

9、0亿元，震后重建费用亿元，震后重建费用100100亿元。亿元。 唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震级地震时倒塌一层，时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。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。房，墙倒顶塌。 唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局

10、部倒塌。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。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。）（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。）地震重点保护遗迹之一。） 唐山市机车车辆厂震后概貌。唐山市机车车辆厂震后概貌。震后工厂厂区震后工厂厂区印印 度度 大大 地地 震震 当地时间当地时间20012001年年1 1月月2626日

11、上午日上午8时时46分（分（北京时间北京时间2001年年1月月26日日11时时16分分36.4秒，国际时间秒，国际时间2001年年1月月26日日03时时16分分40秒）秒），在印度西北部古吉拉特邦发生，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，这次地震为里一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏氏7.9级，震中位于北纬级，震中位于北纬23.6度和东经度和东经69.8度。至度。至3131日日止，止，地震发生后已发生了地震发生后已发生了196次余震。次余震。 死亡人数达死亡人数达16403人，受伤人数达人，受伤人数达55863人，经人，经济损失济损失45亿美元。亿美元。

12、为了省钱，近年兴建的建筑物没有抗震结构，使地震为了省钱，近年兴建的建筑物没有抗震结构，使地震的伤亡加重。的伤亡加重。震后现场情况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。座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。 7.8级地震造成达级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错公里的破碎带，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。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。体倾斜，二

13、楼成了一楼。 地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。 人员伤亡惨重汶川大地震汶川大地震 2008年年5月月12日日14时时28分，四川发生分，四川发生8.0级强烈地级强烈地震，震中位置位于成都北西侧震，震中位置位于成都北西侧80km的汶川县，震源的汶川县，震源深度深度14km，震中区烈度在，震中区烈度在11度。死亡近度。死亡近10万人，受万人，受伤伤39万人，受灾人口万人，受灾人口4500万人。倒房万人。倒房450万户。汶川万户。汶川地震概况：震级地震概况：震级Ms8.0 ，龙门山断层，断裂长度，龙门山断层，断裂长度185km (主震主震), 300km

14、(余震余震) ，震源深度，震源深度:14km ，宏，宏观烈度观烈度6-11 ，记录的最大加速度峰值，记录的最大加速度峰值957.7cm/s2 。 汶川震区共发生余震汶川震区共发生余震1353813538次。其中：次。其中：5.05.05.95.9级级2828次，次，6.06.06.46.4级级5 5次。次。滑坡塌方淹没民房，滑坡塌方淹没民房，山上滚石压坏汽车。山上滚石压坏汽车。山体滑坡与地裂缝山体滑坡与地裂缝山体崩塌山体崩塌 公路被毁公路被毁滑坡塌方滑坡塌方 淹没房屋淹没房屋 公路上地面变形和地裂缝毁坏道路。公路上地面变形和地裂缝毁坏道路。砌体结构震害砌体结构震害 砌体结构墙体是主要承重构件，

15、承受竖向荷载和水平地震砌体结构墙体是主要承重构件，承受竖向荷载和水平地震作用；砌体具有脆性性质，抗剪、抗拉和抗弯能力都很低，房作用；砌体具有脆性性质，抗剪、抗拉和抗弯能力都很低，房屋的整体延性较差，因此抗震能力较差。凡未经合理抗震设计屋的整体延性较差，因此抗震能力较差。凡未经合理抗震设计的砌体房屋，破坏均相当严重。的砌体房屋，破坏均相当严重。8度到度到10度区均有倒塌。度区均有倒塌。 底层框架结构破坏底层框架结构破坏 底部框架结构底层框架叠合塌落（北川底部框架结构底层框架叠合塌落（北川11度区）。度区）。都江堰市华夏广场小区，底部两层整体倒塌，上部下坐，五层变成三层 框架结构底层柱屈服，柱框架

16、结构底层柱屈服，柱上下两端出现塑性铰。上下两端出现塑性铰。框架结构震害调查框架结构震害调查都江堰市某五层框架结构，整体叠压式倒塌都江堰市某五层框架结构，整体叠压式倒塌框架结构室内楼梯梯段板，在框架结构室内楼梯梯段板，在反复荷载作用下，跨中出现贯反复荷载作用下，跨中出现贯穿裂缝或塑性铰。穿裂缝或塑性铰。楼梯破坏楼梯破坏日本本州岛大地震日本本州岛大地震 2011年年3月月11日日13时时46分在日本本州东海岸附分在日本本州东海岸附近海域发生近海域发生9.0级地震，震中位于宫城县以东太平洋级地震，震中位于宫城县以东太平洋海域海域 （北纬（北纬38.1,东经东经142.6）震源深度）震源深度24千米，

17、属千米，属于浅源地震。伤亡：地震已致于浅源地震。伤亡：地震已致14063人遇难，人遇难，13691人失踪。人失踪。 位于日本宫城县仙台市被地震损害的房屋位于日本宫城县仙台市被地震损害的房屋位于日本茨城霞浦的鹿位于日本茨城霞浦的鹿行大桥（右）因地震而行大桥（右）因地震而倒塌，旁边一座在建设倒塌，旁边一座在建设中的大桥也受到波及。中的大桥也受到波及。在日本仙台港口上空拍摄的地震后散落的集装箱在日本仙台港口上空拍摄的地震后散落的集装箱在日本宫城县东松岛市一列列车因地震脱轨损坏在日本宫城县东松岛市一列列车因地震脱轨损坏熊熊大火燃烧下的建筑物熊熊大火燃烧下的建筑物 在日本东北部的福岛县，一座工厂在地震中

18、倒塌在日本东北部的福岛县，一座工厂在地震中倒塌 崎玉县的工人在勘察道路受损情况崎玉县的工人在勘察道路受损情况 千叶县浦安市的一条人行步道已经在地震中塌陷千叶县浦安市的一条人行步道已经在地震中塌陷 肆虐而来的海啸肆虐而来的海啸 震后又遭海啸袭击的惨状震后又遭海啸袭击的惨状 茨城县水户市某停车场的汽车已经被压在坍塌的石墙下茨城县水户市某停车场的汽车已经被压在坍塌的石墙下 茨城县等待外运的小汽车已被海啸冲得七零八落茨城县等待外运的小汽车已被海啸冲得七零八落 海啸袭来时的仙台机场海啸袭来时的仙台机场 福岛县的居民在查看道路和房屋受损情况福岛县的居民在查看道路和房屋受损情况 在日本名取市，强烈地震引发的

19、海啸袭击一处居民区在日本名取市，强烈地震引发的海啸袭击一处居民区 美国加州北岭地震美国加州北岭地震（7.0级）级） 1994年年1月月17日，日，2400栋建筑被毁，多处高架栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡公路桥受损，死亡61人，伤人，伤7300人，直接经济损人，直接经济损失失300亿美元，保险损失亿美元，保险损失104亿美元。亿美元。日本阪神地震日本阪神地震（7.2级）级） 1995年年11月月17日，日，22万栋房屋倒塌或严重损坏，万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡死亡6348人，伤人，伤4万人，经济损失万人，经济损失1000亿美亿美元。元。 2010年年4月月14日日5:39:57在青海省

20、玉树藏族自治在青海省玉树藏族自治州玉树县拉秀乡日麻村，震中北纬州玉树县拉秀乡日麻村，震中北纬33.1度，东经度，东经96.6度，震源深度度，震源深度6千米，震级里氏千米，震级里氏7.1级，伤亡人数截级，伤亡人数截止止4月月25日下午日下午17时，造成时，造成2220人遇难，失踪人遇难，失踪70人。人。中国青海玉树地震中国青海玉树地震（7.1级）级）二、我国的地震情况二、我国的地震情况1.1.我国是一个多地震国家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。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。原因是：我国正好介于地球的

21、两大地震带之间。 全世界地震主要分布于以下两个带：全世界地震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）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。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）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸地中海地震带：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。中亚细亚到地

22、中海及其附近。喜马拉雅喜马拉雅地中海地震带地中海地震带环太平洋地震带环太平洋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能量的98%。 2.2.我国是一个地震灾害最严重的国家我国是一个地震灾害最严重的国家19201920年宁夏海原地震（年宁夏海原地震（8.58.5级）死亡级）死亡23.423.4万人。万人。19761976年河北唐山地震（年河北唐山地震（7.87.8级）死亡级）死亡24.224.2万人。万人。 中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个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。震灾严重的

23、国家。1900年以来，中国死于地震的人数达年以来，中国死于地震的人数达55万之万之多，占全球地震死亡人数的多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，年以来，100多次破坏性多次破坏性地震袭击了地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达多万平方公里，房屋倒塌达700万间。万间。2020世纪全球两次死亡世纪全球两次死亡2020万人以上的大地震均发生于我国。万人以上的大地震均

24、发生于我国。 我国历史上最大的地震我国历史上最大的地震 1556年年 1920年年 1976年年 陕西华县陕西华县 宁夏海原宁夏海原 河北唐山河北唐山 8.5 级级 8.6 级级 7.8 级级 80万人万人 23万人万人 24万人万人 3.3.我国的地震活动地区我国的地震活动地区台湾省及其附近海域；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；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、阴山华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山燕山一带、山 东中部和渤海湾；东中部和渤海湾；东南沿