抗震设计的基本知识讲解PPT40

第三篇抗震震设计的基本本知识一、地震的一一些基本概念念地震是指因地地球内部缓慢慢积累的能量量突然释放而而引起的地球球表层的振动动。地震是一种自自然现象，地地球上每天都都在发生地震震，一年约有有500万次。其中约约5万次人们可以以感觉到；能能造成破坏的的约有1000次；7级以上的大地地震平均一年年有十几次。。目前记录到到的世界上最最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震震。什么是地震？？什么叫震源、、震中、震中中距？地球内部发生生地震的地方方叫震源；震源在地面上上的投影点称称为震中；震中及其附近近的地方称为为震中区，也称极震区；从震中到地面面上任何一点点的距离称为为震中距。地震分类1.按地震成因分分类---天然地震包括括构造地震、、火山地震、、陷落地震1).构造地震破坏性地震主主要属于构造造地震。据统统计，构造地地震约占世界地震总总数的90%以上。92%的地震发生在在地壳中，其余的发生在在地幔上部地震天然地震人工地震2）.火山地震由于火山作用用，如岩浆活活动、气体爆爆炸等引起的的地震称为火火山地震，这这类地震只占占全世界地震震的7%左右。1914年日本樱岛火火山爆发，产产生的震动相相当于一个6.7级地震。3）.陷落地震由于地下溶洞洞或矿井顶部部塌陷而引起起的地震称为为塌陷地震。。这类地震的的规模比较小小，次数也很很少。人工地震因人为因素直直接造成的地地震是人工地地震。如工业爆破、、地下核爆炸炸造成的振动动；在深井中中进行高压注注水以及大水水库蓄水后增增加了地壳的的压力，有时时也会诱发地地震。1962年3月19日在广东河源源新丰江水库库坝区发生了了迄今我国最最大的水库诱诱发地震，震震级为6.1级。---天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震地震天然地震人工地震2.按震源深浅分分类浅源地震——震源深度小于于60千米的称为浅浅源地震。全世界85%以上的地震都都是浅源地震震。中源地震——震源深度在60至300千米的称为中中源地震。深源地震——震源深度在300千米以上的称称为深源地震震。浅源地震波及及范围小，但但破坏力大；；深源地震波波及范围大，但破坏坏力小。2002年6月29日晨1：20发生于吉林的的7.2级地震，震源源深度为540km，无破坏。目前有记录的的最深震源达达720公里。1960年2月29日发生于摩洛洛哥艾加迪尔尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极极为严重，但但破坏仅局限限在震中8km内。地震波地震波是地震震发生时由震震源地方的岩岩石破裂产生生的弹性波。。地震波分为体体波和面波。。体波横波（S波）纵波（P波）面波瑞利波乐甫波横波特点:周期长、振幅幅大、波速慢,100-800m/s纵波特点:周期短,振幅小,波速快,200-1400m/s面波比体波衰衰减慢、振幅幅大、周期长、传播播远。建筑物物破坏主要由面波造造成。杂波P波开始S波开始面波开始二、震级与烈烈度1、地震震级级1）.定义能量越大，震震级就越大；；震级相差一一级，能量相相差约32倍；相差二级级，能量相差差1000倍。反映一次地震震本身大小的的等级，用M表示式中A表示标准地震震仪距震中100km纪录录的的最最大大水水平平地地动位位移移，，单单位位为为微微米米。。2）.震级级与与能能量量的的关关系系一个个6级地地震震相相当当于于一一个个两两万万吨吨级级的的原原子子弹弹。。能量E的单位：尔格（1尔格=）3）.按震震级级的的地地震震分分类类微震震---2级以以下下。。人人感感觉觉不不到到有感感地地震震---2-4级人人有有感感觉觉破坏坏性性地地震震---5级以以上上有有破破坏坏强烈烈地地震震---7级以以上上有有破破坏坏特大大地地震震---8级以以上上有有破破坏坏由于于震震源源深深浅浅、、震震中中距距大大小小等等不不同同，，地地震震造造成成的破破坏坏也也不不同同。。震震级级大大，，破破坏坏力力不不一一定定大大；；震震级级小小，，破坏坏力力不不一一定定就就小小。。2、地地震震烈烈度度一般般而而言言，，震震级级越越大大，，烈烈度度就就越越大大。。同同一一次次地地震震，，震震中中距距小小烈烈度度就就高高，，反反之之烈烈度度就就低低。。影影响响烈烈度度的的因因素素，，除除了了震震级级、、震震中中距距外外，，还还与与震震源源深深度度、、地地质质构构造造和和地地基基条条件件等等因因素素有有关关。。1）.定义义及及影影响响因因素素一次次地地震震对对某某一一地地区区的的影影响响和和破破坏坏程程度度称称地地震震烈烈度度，，简称称为为烈烈度度。。用用I表示示。。2）.地震震烈烈度度表表地震震烈烈度度表表是是评评定定烈烈度度的的标标准准和和尺尺度度。。我国国在在1980年制制定定了了《中国国地地震震烈烈度度表表》。《中国国地地震震烈烈度度表表》将地地震震烈烈度度分分为为1-12度。。3）.基本本烈烈度度一个个地地区区未未来来50年内内一一般般场场地地条条件件下下可可能能遭遭受受的的具具有有10%超越越概概率率的的地地震震烈烈度度值值称称为为该该地地区区的的基基本本烈烈度度。。用用Ib表示示。。相当当于于475年一一遇遇的的最最大大地地震震的的烈烈度度。。各地地区区的的基基本本烈烈度度由由《中国国地地震震动动参参数数区区划划图图》（GB18306-2001)确定定。。（下下图图是是原原中中国国地地震震烈烈度度区区划划图图））基本本烈烈度度也也称称为为偶偶遇遇烈烈度度或或中中震震烈烈度度。。按国国家家规规定定的的权权限限批批准准作作为为一一个个地地区区抗抗震震设设防防依依据据的的地地震震烈烈度度称称为为设设防防烈烈度度，，用用Id表示示。。））规范范规规定定：：一一般般情情况况下下，，可可采采用用《中国国地地震震动动参参数数区区划划图图》中的的地地震震基基本本烈烈度度。。对对已已编编制制抗抗震震设设防防区区划划的的城城市市，，可可按按批批准准的的抗抗震震设设防防烈烈度度进进行行抗抗震震设设防防。。4）.设防防烈烈度度设防防烈烈度度的的取取值值依依据据：：规范范规规定定：：抗震震设设防防烈烈度度为为6度及及以以上上地地区区的的建建筑筑必必须须进进行行抗抗震震设设计计建筑筑所所在在地地区区在在设设计计基基准准期期（（50年））内内出出现现的的频频度度最最高的的烈烈度度。。也也称称为为常常遇遇烈烈度度、、小小震震烈烈度度，，用用Is表示示。。其其超超越概概率率为为63.2%，重重现现期期为为50年。。5）.多遇遇烈烈度度6）.罕遇遇烈烈度度建筑筑所所在在地地区区在在设设计计基基准准期期（（50年））内内具具有有超超越越概概率率2%-3%的地地震震烈烈度度。。也也称称为为大大震震烈烈度度，，重重现现期期约约为为2000年。。地震烈烈度度、、震震级级与与地地震震影影响响的的关关系系（1）5.0-5.4级地地震震，，震震中中烈烈度度多多为为六六度度，，其其面面积积小小于于500平方方公公里里。。（2）5.5-5.9级地地震震，，震震中中烈烈度度多多为为七七度度，，其其面面积积不不超超过过200平方方公公里里；；六六度度区区面面积积也也只只有有数数百百平平方方公公里里。。（3）6.0-6.4级地地震震，，震震中中烈烈度度多多数数为为八八度度，，其其面面积积几几十十平平方方公公里里；；七七度度区区不不超超过过200平方方公公里里，，六六度度区区数数百百平平方方公公里里，，如如震震中中烈烈度度为为七七度度，，则则与与5.5-5.9级地地震震结结果果相相同同。。（4）6.5-6.9地震震，，震震中中烈烈度度一一半半为为八八度度，，结结果果与与6.0-6.4级地地震震一一样样；；另另一一半半为为九九度度，，其其面面积积小小于于100平方方公公里里，，八八度度区区不不超超过过500平方方公公里里，，七七度度区区则则在在1500平方方公公里里以以内内。。（1）5.0-5.9级地地震震造造成成人人员员伤伤亡亡者者占占24%。而而仅仅引引起起人人员员死死亡亡的的地地震震更更少少，，只只占占11.5%。一一次次5级多多地地震震中中死死亡亡人人数数最最多多为为117人，，而而死死亡亡29人以以上上的的地地震震都都发发生生在在夜夜间间。。（2）6.0-6.9级地地震震有有43%造成成人人员员伤伤亡亡，，而而只只有有人人员员死死亡亡仅仅占占35%，一一次次地地震震死死亡亡人人数数最最多多为为600人。。震级级与与伤伤亡亡的的关关系系三、、设设计计地地震震分分组组请思思考考：：图图中中的的两两座座建建筑筑在在经经历历不不同同周周期期特特点点的的地地震震作作用下下，，那那座座建建筑筑更更易易破破坏坏？？设计计地地震震分分组组是是新新规规范范新新提提出的的概概念念，，用用以以代代替替旧旧规规范范设设计计近震震、、设设计计远远震震的的概概念念。。在宏宏观观烈烈度度大大体体相相同同条件件下下，，处处于于大大震震级级远远离离震中中的的高高耸耸建建筑筑物物的的震震害害比中中小小级级震震级级近近震震中中距距的的情况况严严重重的的多多。。设计计地地震震分分三三组组对于于Ⅱ类场场地地，，第第一一、、二二、、三三组组的设设计计特特征征周周期期分分别别为为：：0.35s、0.40s、0.45s.黑龙龙江江省省各各地地震震设设防防地地区区均均属属第第一一组组。。6度近震6度远震7度近震7度远震四、、地震震地地面面运运动动的的一一般般特特征征1.地面面运运动动最最大大加加速速度度2.地面面运运动动的的周周期期3.强震震的的持持续续时时间间地面运运动的的一般般特征征可用用地面面运动动加速速度记记录曲曲线来来说明明。五、地地震的的破坏坏作用用（震震害现现象））由地震震的原原生现现象如如地震震断层层错动动，以以及地地震波波引起起的强强烈地地面振振动所所造成成的灾灾害。。1、直接接灾害害：2、次生生灾害害：直接灾灾害发发生后后，破破坏了了自然然或社社会原原有的的平衡衡、稳稳定状状态，，从而而引发发出的的灾害害。有有时，，次生生灾害害所造造成的的伤亡亡和损损失比比直接接灾害害还大大。六、抗抗震设设防的的基本本要求求通过抗抗震设设防，，减轻轻建筑筑的破破坏，，避免免人员员死亡亡，减减轻经经济损损失。。1、抗震震设防防目标标及方方法1）.总目标标具体通通过“三水准准”的抗震震设防防要求求和“两阶段段”的抗震设计计方法法实现现。2）.“三水准准”抗震设设防目目标当遭受受低于于本地地区抗抗震设设防烈烈度的的多遇遇地震震影响响时，，一般不不受损损坏或或不需需修理理可继继续使使用。。当遭受受相当当于本本地区区抗震震设防防烈度度的地地震影影响时时，可能损损坏，，经一一般修修理或或不需需修理理仍可可继续续使用用。当遭受受高于于本地地区抗抗震设设防烈烈度的的预估估的罕罕遇地地震影响时时，不不致倒倒塌或或发生生危及及生命命的严严重破破坏。。简称为为：“小震不不坏，，中震震可修修，大大震不不倒”。3）.“三水准准”抗震设设防是是对单单一水水准设设防的的改进进，是向“性能设设计”发展的的重要要步骤骤单一水水准设设防思思想是是我国国《74规范》、《78规范》和目前前许多多国家家采用用的设设防思思想。。设防目目标是是：当当遭遇遇相当当于设设计烈烈度的的地震震时，，建筑筑物的损损坏不不致使使人民民生命命财产产和重重要生生产设设备遭遭受危危害，，建筑物物不需需修理理或经经一般般修理理仍可可继续续使用用。1989年美国国LomaPreita地震(7.1级），，死亡亡65人，直直接经济济损失失（建建筑物物破坏坏重建建）80亿美元元，间间接经经济损损失150亿美元元。1994年美国国Northridge地震(6.7级),伤亡不不多，，经济济损失为为200亿美元元。1995年日本本阪神神地震震(7.2级),经济损损失为为1000亿美元元。1999年台湾湾集集集地震震(7.3级),经济损损失为为94亿美元元。单一设设防目目标不不适合合当前前现代代化发发展要要求，，应研研究开开发下一一代性性能设设计规规范和和抗震震设计计方法法。“性能设设计”要点（1）.对抗震震设计计规定定相应应的地地震作作用标标准

重现期常遇地震43年（新建），72年（现有工程加固）偶遇地震72年（新建），225年（现有工程加固）少遇地震475年（新建和现有工程加固）罕遇地震970年（新建），2475年（现有工程加固）（2）.建立建建筑应应满足足的性性能水水准

性能水准

要求正常使用结构和非结构构件不损坏或很小损坏可以暂时使用结构和非结构构件需很少量的修复工程生命安全结构保持稳定，具有足够的竖向承载能力储备，非结构构件的破坏控制在保障生命安全范围防止倒塌建筑保持不倒，其余破坏都在可接受范围（3）.确立设设防性性能目目标dgij罕遇地震cfh少遇地震

be偶遇地震a常遇地震防止倒塌生命安全可暂时使用正常运行地震作用水准建筑性能水准基本目目标一般使使用要要求的的建筑筑应具具备a、b、c、d项的组组合。。重要性性较高高或地地震破破坏后后危险险性较较大的的性能能目标标为e、f、g的组合合。对安全全有十十分危危险影影响的的性能能目标标为h、i、j项的组组合。。（4）.规定地地震作作用下下结构构变形形的允允许指指标应建立立结构构构件件在规规定的的地震震作用用水平平下的的允许许破坏水平平，结结构和和非结结构构构件宏宏观破破坏状状态的的描述述和允允许变形指指标。。4）.“两阶段段”抗震设设计方方法第一阶阶段：：对绝大大多数数结构构进行行小震震作用用下的的结构构和构构件承承载力验算算；在在此基基础上上对各各类结结构按按规定定要求求采取取抗震震措施施。第二阶阶段：：对一些些规范范规定定的结结构进进行大大震作作用下下的弹弹塑性性变形验算算。有特殊殊要求求的建建筑、、地震震易倒倒塌的的建筑筑、有有明显显薄弱弱层的的建筑筑，不不规则则的建建筑等等2、抗震震设防防范围围抗震设设防烈烈度为为6度及以以上地地区的的所有有新建建建筑筑工程程均必必需进进行抗抗震设设计。。规范适适用于于6-9度地区区抗震震设计计及隔隔震、、消能能减震震设计计。超过9度的地地区和和行业业有特特殊要要求的的工业业建筑筑按有有关专门门规定定执行行。3、抗震震设防防依据据一般情情况下下采用用抗震震设防防烈度度。在一定定条件件下可可采用用抗震震设防防区划划提供供的地地震动动参数数。4、抗抗震设设防分分类及及抗震震设防防措施施建筑类类别不不同，，抗震震设防防标准准也不不同。。抗震次要建筑丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类

设防分类1）.抗震设设防分分类国家技技术监监督局局和建建设部部在1995年4月19日公布布了《建筑抗抗震设设防分分类标标准》GB50223。该标准准主要要以地地震中中和地地震后后房屋屋的损损坏对对社会会和经经济产产生的的影响响的程程度大大小，，将建建筑分分成4个抗震震设防防类别别。国家质质量监监督检检验检检疫总总局和和建设设部在在2001年7月20日公布布了《建筑抗抗震设设计规规范》GB50011-2001。该规规范对对上面面标准准作了了修改改。A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、伤寒等)的建筑。C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。抗震次要建筑丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类

设防分类应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施较小乙乙类建建筑：：工矿矿企业业的变变电所所、空空压站站以及及城市市供水水水源源的泵泵房等等。抗震性性能较较好的的结构构类型型指钢钢筋混混凝土土结构构或钢钢结构构。2）.抗震设设防措措施抗震措措施:除结构构地震震作用用计算算和抗抗力计计算以以外的的抗震震设计计内容容，包包括抗抗震构构造措措施。。抗震构构造措措施：：一般般不须须计算算而对对结构构和非非结构构各部部分必必须采采取的的各种种细部部要求求。3）.地震作作用一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求丁类

应符合本地区抗震设防烈度要求丙类

应符合本地区抗震设防烈度要求乙类

按地震安全性评价结果确定甲类

地震作用在设防防烈度度为6度时，，除规规范有有具体体规定定外，，对乙乙、丙丙、丁丁类建建筑可可不进进行地地震作作用计计算。。七建建筑抗抗震概概念设设计1、定义义与基基本内内容根据地地震灾灾害和和工程程经验验等所所形成成的基基本设设计原原则和和设计计思想想进行行建筑筑和结结构总总体布布置并并确定定细部部构造造的过过程称称为概概念设设计。。基本内内容有有三部部分：：1）.建筑设设计应应重视视建筑筑结构构的规规则性性；2）.合理的的建筑筑结构构体系系选择择；3）.抗侧力力结构构和构构件的的延性性设计计。2、建筑筑结构构的规规则性性建筑结结构的的规则则性对对抗震震能力力的重重要影影响的的认识识始自自若干干现代代建筑筑在地地震中中的表表现。。最为典典型的的例子子是1972年2月23日南美美洲的的马那那瓜地地震。。马那瓜瓜有相相距不不远的的两幢幢高层层建筑筑，一一幢为为十五五层高高的中中央银银行大大厦，，另一一幢为为18层高的的美洲洲银行行大厦厦。当当地地地震烈烈度估估计为为8度。一一幢破破坏严严重，，震后后拆除除；另另一幢幢轻微微损坏坏，稍稍加修修理便便恢复复使用用。不规则类型

定义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（或层间位移）平均值的1.2倍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30%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30%，或较大的楼层错层平面不不规则则的类类型扭转不规则凹凸角不规则局部不连续大开洞错层不规则类型

定义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（或层间位移）平均值的1.2倍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30%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30%，或较大的楼层错层平面不不规则则的类类型不规则类型

定义侧向刚度不规则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度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%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、桁架等向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不不规则则的类类型沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）

严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。不规则类型

定义侧向刚度不规则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度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%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、桁架等向下传递)楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%竖向不不规则则的类类型2、结构构体系系的合合理选选择抗震结结构体体系是是抗震震设计计应考考虑的的关键键问题题，结结构方方案的的选取取是否否合理理，对对安全全性和和经济济性起起决定定性作作用。。规范规规定：：1）.结构体体系应应具有有明确确的计计算简简图和和合理理的地地震作作用传传递途途径。。受力明明确、、传力力合理理、传传力路路线不不间断断、抗抗震分分析与与实际表表现相相符合合。2）.应避免免因部部分结结构或或构件件破坏坏而导导致整整个结结构丧丧失抗抗震能能力或或对重重力荷荷载的的承载载能力力。由于柱柱子的的数量量较少少或承承载能能力较较弱，，部分分柱子子退出出工作作后，，整个个结构构系统统丧失失了对对竖向向荷载载的承承载能能力。。抗震设设计的的一个个重要要原则则是结结构应应有必必要的的赘余余度和和内力力重分分配的的功能能。3）.结构体体系应应具备备必要要的承承载能能力，，良好好的变变形能能力和和消耗耗地震震能量量的能能力。。足够的的承载载力和和变形形能力力是需需要同同时