地震学基本知识

地震学根本学问〔震级-烈度-抗震等级〕地震震级earthquakemagnitude地震震级〔Magnitude〕是地震的强度级别。它与震源所释放出的能量多少来确定。目前，国际上常用的是里氏震级。 1935年Richter提出的震级定义为：震级等于标准地震仪记录到的震中距为100km处的地面最大水平位移〔以微米为单位〕的常用对数。这个标准地震仪是指Wood-Anderson扭摆仪，其标准要求是摆的自振周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800。假设假定A是该地震仪记录到的以微米为单位的地面最大水平位移，则〔里氏〕地震震级可用下式表示：0(Δ)式中：A――待定震级的地域记录的最大水平位移振幅；A0――标准地震在同一震中距离处的最大水平位移振幅；lgA0(Δ)――震中距的函数，亦即零级地震在不同震中距的振幅对数值，称作起算函数，或标定函数。对不同的测定区域可以列出[-lgA0(Δ)]数值表。里克特规定：用标准地震仪，在震中距(Δ)100km处，记录最大振幅的地动位移A00.001mm即1微米)时对应的震级为零级。M与震源释放的能量E之间有以下阅历关系：lgE=11.8+1.5M依据上述关系，震级相差一级，地震波的振幅值增加10倍，地震所释放的能量要相差31.66级地震所释放的能量相当于一个两吨级的原子弹所释放的能量。目前记录到的最大的地震还没有超过8.9级地震，1960522日南美智利发生的8.9级地震，1906131――哥伦比亚边界四周海中和193332日日本三陆东边海中发生8.920231226日印度尼西亚苏门答腊岛四周海疆也发生8.9级地震。对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个，然而由于同一次地震对不同地点的影响是不一样的，因此烈度也就随震中距离的远近而有差异。一般说来，距离震中越远，地震影响越小，烈度就越低；反之，越靠近震中，烈度就越高。震中点的烈度称为震中烈度。对于MI0大致成如下关系：M=0.58I0+1.5地震烈度seismicintensity发生时，在涉及范围内肯定地点地面震惊的剧烈程度。这个概念的建立是和“地震烈度表”的编订联系在一起的。烈度表通常把在地面上感受到的地震猛烈程度，从无感到消灭，划分为假设干“度”，以宏观的地震影响，如人的感觉，物体的反响，建筑物的破坏，地面景观的变化等现象，作为划分烈度的标志。因此也有人把烈度定义为地震破坏性的尺度，或为地震造成的影响的尺度。尽管提法不一，但其含义根本上是全都的。地震烈度应当同地震严格区分。对于某次地震，震级是个肯定的数值，是指地震所释放的能量的级别而言，代表着这次地震的大小。烈度则在同一次地震中因地而异。一般震中所在地区烈度最高，称为极震区。随着震中距的增大，烈度总的趋势是渐渐降低，但由于种种其他因素的影响，难免有起伏不定的变化。烈度表的演化最早消灭的烈度表是加斯塔尔迪(J.Gastaldi在1564年意大利阿尔卑斯山地震时所使用的烈度表。以后几百年，各国研究者间续修订了几十种烈度表，但只有几种流行于世、1874～1878年意大利罗西〔M.S.deRossi〕编制成第一个有有用价值的烈度表；1881年,(F.A.Forel)也独立地提出一个内容相像的烈度表。二人于1883年联名发表了罗西－福雷尔烈度表，共分10度，至今1888(E.S.Holden提出地震力的概念，认为建筑物之所以患病地震破坏是由于地震力的作用，并给罗西－福雷尔烈度表配上了加速度当量。1902年意大利麦加利(G.Mercalli)对罗西-福雷尔烈度表作了改进 1904年意大利坎卡尼(A.Cancani)又把麦加利所改进的烈度表从10度扩展为12度,并参考了米尔恩(J.Milne)和的争论结果，给每度配上加速度当量。这就是麦加利-坎卡尼烈度表。1912年，德国西贝格(A.Sieberg-坎卡尼-西贝格烈度表，但表中无加速度当量。以上几种烈度表至今都还在欧洲使用。1931年,伍德(H.O.wood)和纽曼(F.Neumann)又将麦加利-坎卡尼-西贝格烈度表加以改进，称为修改的麦加利(ModifiedMercalli烈度表，简称M.M烈度表。这是目前在美国和很多其他国家通行的烈度表。很多国家订有具有本国特色的烈度表。日本沿用日本气象厅烈度表，以无感为零度，将有感范围分为7度。苏联自50年月初以来承受苏联科学院地球物理争论所编订的烈度表，分12度，同国际习惯全都。中国于1957年制订了《的中国地震烈度表》，同苏联的烈度表相近。1980(19801964年，由于要求制订一个全世界通用的烈度表的呼.声高涨，在国际地震学和地震工程会议上承受梅德韦杰夫 ( ． ) 霍伊尔(W.Sponheuer)和卡尔尼克(V.Karnik).三人起草的烈度表作为试行的国际烈度表，简称MSK烈度表，这个表附有对应于烈度的地面加速度、速度和地震计位移。烈度物理标准的争论 烈度表主要是以地震造成的宏观现象来划分烈度的。这是由于地震发生时，很难随处取得地面运动的仪器记录，,,,再则不能排解观看者的主观因素因此查找同震害现象亲热相关，并便于用仪器测定的烈度物理标准始终是人们追求的目标。首先被争论的物理量是地面加速度峰值。动身点是认为地震破坏现象乃地震惯性力所造成，而惯性力打算于地面加速度。最早大森房吉从地震时碑石倾倒状况推算烈度的加速度当量。以后从地面加速度的实际记录去查找加速度峰值同烈度的统计关系的争论很多，但结果不一。随着观测资料的积存，对应于肯定烈度的统计平均加速度数值有不断增大之势，但始终保持烈度每增一度，加速度大致加倍的规律。嗣后被争论的物理量是地面速度峰值。这是由于爆炸效应是以地面速度峰值为尺度，而且速度标志着地震波传递的动能。在60年月纽曼提出了对应于烈度的速度指标，但以后有更的数据。30年月，地震反响谱〔即单质点摆在地震作用下的反响，如质点的位移、速度、加速度等与摆的频率、阻尼的关系〕理论建立后,贝尼奥夫(H.Benioff)1934年提出以零阻尼位移反响谱曲线在肯定频率范围内所包含的面积作为烈度标准，认为这个值可以反映地震破坏力的综合效应。其后有两个见诸实施的方案。其一是梅德韦杰夫建议的“仪器烈度。他设计了一个地震计，由一个双自由度球面摆构成，周0.25秒，对数衰减取为0.50。取摆在地震时的最大位移为烈度指标，由于它象征着一般建筑在地震时的最大摇摆。另一是豪斯纳(G.W.Housner提出的“谱烈度”,即速度反响谱曲线在周期0.1～2.5秒区间内所包含的面积。他依据大量计算，认为在此周期区间，速度反应谱值是变化不大的，因而设计了一个相应的测定速度谱平均值的地震计。其构造原理和梅德韦杰夫地震计相像，只是周期取 0.75秒，阻尼取10％临界阻尼。(H.M.Westergaard,1933建议以单位体积的最大动能作为烈度标准。梅德韦杰夫(1961)计算了地震能量密度和地震烈度的关系，并列入他自己编订的烈度表。还有一些建议的烈度标准,不是直接表示地震波能量,由于任何单因子和宏观烈度的统计相关性都不够抱负；数据的离散度很大，很多争论者渐渐倾向于用多因子来表示烈度，致力于把地面运动的振幅、频率、持续时间的特征都反映到烈度的标准中去；也有的争论者试图用不同 的因子来适应不同的状况。总之，什么物理量是烈度的最正确标准还是个探究中的问题，有待于通过进一步的理论探讨和实际观测来谋求解决。地震烈度的应用在地震发生之后，可以依据各地烈度的评定绘制等震线图以反映地震影响的全貌及其衰减规律;可以从等震线图的形态推论的特征从烈度的分布特别争论场地条件对地面震惊的影响；还可以以烈度为背景来总结建筑物的抗震阅历。古代的历史地震资料,,也只有通过宏观烈度的概念来加以整理和利用。在防范地震方面，全世界各国通常把国土划分为地震危急程度不同的地区，建立不同的设防标准，称为烈度区划。建筑物的抗震设计通常是在肯定地震烈度〔宏观烈度或地面运动物理参数〕的前提下进展。抗震等级抗震等级是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，依据烈度、构造类型和房屋高度等，而承受不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架构造为例，抗震等级划分为四级，以表示其很严峻、严峻、较严峻及一般的四个级别。在 中国建筑业中，已经开头严格执行这个等级标准。抗震等级确实定多高层建筑构造的抗震措施是依据抗震等级确定的，抗震等级确实定与建筑物的类别相关，不同的建筑物类别在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场地类别有关，也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的设防烈度不肯定一样。(2)建筑构造应依据其GB50223》(1994年版)高层建筑没有丁类抗震设防。抗震措施的要求各抗震设防类别的高层建筑构造，其抗震措施应符台以下要求： 1)甲类、乙类建筑：当本地区的抗震设防烈度为 6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当本地区的设防烈度为 9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。地震烈度是国家主管部门依据地理、地质和历史资料，经科学勘查和验证，对我国主要城市和地区进展的抗震设防与地震分组的阅历数值，是地域概念。抗震设防类别分为甲、乙、丙、丁类建筑，全国大局部地区的房屋抗震设防烈度一般为 8度。震级是表示地震强度所划分的等级，中国把地震划分为六级：小地震3级，有感地震3-4.5级，中强地震4.56级，猛烈地震6-778级，大于8级的为巨大地震。抗震等级当建筑场地为Ⅰ类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求实行抗震构造措施；2丙类建筑：应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为I6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求实行抗震构造措施.按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级烈度，按调整后的抗震等级烈度。3抗震设计时，多高层建筑钢筋混凝土构造构件应依据设防烈度、构造类型和房屋高度承受不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。A级高度丙类建筑钢筋混凝土构造的抗震等级应按表3.11确定。当本地区的设防烈度为9度时，A级高度乙类建筑的抗震等级应按本节第9条规定的特一级承受，甲类建筑应实行更有效的抗震措施。注：本规程“特一级和一、二、三、四级”即“抗震等级为特一级和一、二、三、四级”的简称。 4)抗震设计时，B级高度丙类建筑钢筋混凝土构造的抗震等级应按表3-12确定。 5)建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计根本地震加速度为015G和O.30G的地区，宜分别按抗震设防烈度8度(0.20G)和9度(0.40G)时各类建筑的要求实行抗震构造措施。 6)抗震设计的多高层建筑，当地下室顶层作为上部构造的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部构造承受，地下一层以下构造的抗震等级可依据具体状况承受三级或四级，地下室柱截而每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的 1.1倍；地下室中超出上部主楼范围且无上部构造的局部，其抗震等级可依据具体状况承受三级或四级。9度抗震设计时．地下室构造的抗震等级不应低于二级。 7)抗震设计时、与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼构造在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。 房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时，宜承受型钢混凝土柱、钢管混凝土柱，或承受高强度混凝土柱。 9)高层建筑构造中，抗震等级为特一级的钢筋混凝土构件，除应符合一级抗震等级的根本要求外，尚应符台以下规定：⑴框架柱应符合以下要求：①宜承受型钢混凝土柱或钢管混凝土柱；`Η_C`、柱端剪力增大系数`Η_VC`.20％；③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_V`5-13的数值增大O.02承受；全部纵向钢筋最小构造配筋百分率，中、1.41.6％。⑵框架梁应符合以下要求：20％；②梁端加密区箍筋构造最小配箍率应增大10％。⑶框支柱应符合以下要求：①宜承受型钢混凝士柱或钢管混凝土柱；②底层柱下端及与转换层相连的柱上端的弯矩增大系数取 L.8，其余层柱端弯矩增大系数`Η_R`应增大20％；柱端剪力增大系数`Η_VR`2U％；地震作用产生的柱剪力增大系数取1.8，但计算柱轴压比时可不计该项增大；③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_R`5-13的数值增大0.03承受，且箍筋体积配箍率不应小于1.6％；全部纵向钢筋最小构造配筋百分率取1.6％。⑷筒体、剪力墙应符合以下要求：①底部加强部位及其上一层的弯矩设计值应按墙底截面组合弯矩计算值的 1.L倍承受，其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的L.3倍承受；底部加强部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的 1.9倍承受，其他部位的剪力设计值，应按考虑地震作用组合的剪力计算值的L.2倍承受；②一般部位的水平和竖向分布钢筋最小配筋率应取为0.35％，底部加强部位的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率应取为 0.4％；③约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率应取为1.4％．配箍特征值宜增大20％；构造边缘构件纵向钢筋的配筋率不应小于1.2％；框支剪力墙构造的落地剪力墙底部加强部位边缘构件宜配置型钢，型钢宜向上、下各延长一层。⑸剪力墙和简体的连梁应符合以下要求：①当跨高比不大于2时，应配置穿插暗撑；②当跨高比不大于1时，宜配置穿插暗撑；③穿插暗撑的计算和构造宜符合本书第1010.7条的规定。抗震等级确实定多高层建筑构造的抗震措施是依据抗震等级确定的，抗震等级确实定与建筑物的类别相关，不同的建筑物类别在考虑抗震等级时取用的抗震烈度与建筑场地类别有关，也就是考虑抗震等级时取用烈度与抗震计算时的设防烈度不肯定一样。建筑构造应依据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁类四个抗震设防类别。建筑的抗震设防类别划分见国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB50223的规定，也可见《》(1994年版)高层建筑没有丁类抗震设防。抗震措施的要求各抗震设防类别的高层建筑构造，其抗震措施应符台以下要求：甲类、乙类建筑：当本地区的抗震设防烈度为6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当本地区的设防烈度为 9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为Ⅰ类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求实行抗震构造措施；丙类建筑：应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为 I类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求实行抗震构造措施.按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级烈度，按调整后的抗震等级烈度。)抗震设计时，多高层建筑构件应依据设防烈度、构造类型和房屋高度承受不同的抗震等级，并应符合相应的计算A级高度丙类建筑钢筋混凝土构造的抗震等级应按表3.11确定。当本地区的设防烈度为9度时，A级高度乙类建筑的抗震等级应按本节第9条规定的特一级承受，甲类建筑应实行更有效的抗震措施。注：本规程“特一级和一、二、三、四级”即“抗震等级为特一级和一、二、三、四级”的简称。B级高度丙类建筑钢筋混凝土构造的抗震等级应按表3-12确定。建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计根本地震加速度为015GO.30G的地区，宜分别按抗震设防烈度8度(0.20G)9度(0.40G)时各类建筑的要求实行抗震构造措施。)抗震设计的多高层建筑，当地下室顶层作为上部构造的嵌固端 时，地下一层的抗震等级应按上部构造承受，地下一层以下构造的抗震等级可依据具体状况承受三级或四级，地下室柱截而每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下室中超出上部主楼范围且无上部构造的局部，其抗震等级可依据具体状况承受三级或四级。 9度抗震设计时．地下室构造的抗震等级不应低于二级。)抗震设计时、与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼构造在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱，或承受高强度混凝土柱。高层建筑构造中，抗震等级为特一级的钢筋混凝土构件，除应符合一级抗震等级的根本要求外，尚应符台以下规定：⑴框架柱应符合以下要求：①宜承受型钢混凝土柱或钢管混凝土柱；`Η_C`、柱端剪力增大系数`Η_VC`.20％；③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_V`5-13的数值增大O.02承受；全部纵向钢筋最小构造配筋百分率，中、1.41.6％。⑵框架梁应符合以下要求：20％；②梁端加密区箍筋构造最小配箍率应增大10％。⑶框支柱应符合以下要求：①宜承受型钢混凝士柱或钢管混凝土柱；②底层柱下端及与转换层相连的柱上端的弯矩增大系数取 L.8，其余层柱端弯矩增大系数`Η_R`应增大20％；柱端剪力增大系数`Η_VR`2U％；地震作用产生的柱剪力增大系数取1.8，但计算柱轴压比时可不计该项增大；③钢筋混凝土柱柱端加密区最小配箍特征值`Λ_R`5-13的数值增大0.03承受，且箍筋体积配箍率不应小于1.6％；全部纵向钢筋最小构造配筋百分率取1.6％。⑷筒体、剪力墙应符合以下要求：