抗震设计基本知识工程振动稳定全套

抗震设计基本知识工程振动稳定全套第1页/共78页什么是地震？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。在古代又称为地动。它就象刮风、下雨、闪电、山崩、火山爆发一样，是地球上经常发生的一种自然现象。

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据统计，全世界每年大约发生地震500万次，其中约有5万次人能感觉到。我国平均每年发生6级以上的破坏性地震5.4次，曾经给人民的生命和财产造成过巨大损失。

1556年，陕西关中8.6级地震，83万人死亡

1668年，山东郯城发生8.5级地震5万余人死亡

1920年，宁夏海原8.6级地震，20多万人死亡

1950年，西藏墨脱8.5级地震

1976年，河北唐山7.8级地震，24万人死亡

2001年，昆仑山8.1级大地震

2008年，四川汶川8.0级地震，7万余人死亡第3页/共78页

唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。第4页/共78页开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存。第5页/共78页

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。）第6页/共78页

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。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）

第7页/共78页唐山市机车车辆厂震后概貌。第8页/共78页唐山大地震震后工厂厂区第9页/共78页结构工程师的任务：3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。抗震减灾工作应依法进行。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；第10页/共78页第六章抗震设计基本知识一、地震灾害概述灾害自然灾害人为灾害地震是群灾之首！第11页/共78页1、地震的破坏作用⑴直接灾害Ⅰ地面破坏第12页/共78页

7.8级地震造成达180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、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。第13页/共78页Ⅱ建筑物与构筑物的破坏房屋整体倒塌第14页/共78页房屋局部破坏第15页/共78页桥梁断落第16页/共78页地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。

第17页/共78页路面塌落第18页/共78页水坝开裂第19页/共78页铁轨变形第20页/共78页Ⅲ山体等自然物的破坏第21页/共78页Ⅳ海啸第22页/共78页⑵次生灾害Ⅰ火灾Ⅱ水灾Ⅲ毒气泄漏Ⅳ瘟疫第23页/共78页2、工程结构破坏现象(1)结构丧失整体性

(2)承重结构强度不足(3)结构变形过大导致倒塌第24页/共78页(4)结构构件连接支撑失效2、工程结构破坏现象(1)结构丧失整体性

(2)承重结构强度不足(3)结构变形过大导致倒塌第25页/共78页

(5)地基失效(6)非结构构件破坏(4)结构构件连接支撑失效2、工程结构破坏现象(1)结构丧失整体性

(2)承重结构强度不足(3)结构变形过大导致倒塌第26页/共78页喜马拉雅——地中海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能量的98%。

世界上的地震带均位于板块接触处，板块边界由于板块相互作用，在板块边界发生的地震，如我国台湾发生的地震，称为板间地震，而在板块内部发生的地震，称为板内地震。我国绝大多数地震都是此类。我国正好介于地球的两大地震带之间。第27页/共78页第28页/共78页二、地震的一些基本概念1、震源、震中、震中距第29页/共78页通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震，深度在70-300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。如1976年的唐山地震的震源深度为12公里。

第30页/共78页2、地震成因天然地震人工地震地震构造地震火山地震塌陷地震因人为因素直接造成的地震第31页/共78页构造地震92%的地震发生在地壳中，

其余的发生在地幔上部。

构造地震由地壳岩层或岩体发生断裂并两侧相对位移的断层引起的。板块运动引起地壳变形，当地壳应力值增加到一定程度时，岩层或岩体某处发生破裂，地震就发生了。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。

第32页/共78页四川汶川大地震就是由于印度板块与欧亚板块的碰撞，在欧亚板块内部挤压，在龙门山发生的逆冲断层位移造成的，属板块内部地震。原因1是印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川——映秀地区突然释放。原因2是逆冲、右旋、挤压型断层地震。发震构造是龙门山构造带中央断裂带，在挤压应力作用下，由南西向北东逆冲运动；这次地震属于单向破裂地震，由南西向北东迁移，致使余震向北东方向扩张；挤压型逆冲断层地震在主震之后，应力传播和释放过程比较缓慢，可能导致余震强度较大，持续时间较长。原因3是浅源地震。

第33页/共78页2、地震成因天然地震人工地震地震构造地震火山地震塌陷地震因人为因素直接造成的地震第34页/共78页由于火山作用，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。火山地震1914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个6.7级地震。

2008年智利火山喷发引发地震第35页/共78页2、地震成因天然地震人工地震地震构造地震火山地震塌陷地震因人为因素直接造成的地震第36页/共78页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%。塌陷地震第37页/共78页2、地震成因天然地震人工地震地震构造地震火山地震塌陷地震因人为因素直接造成的地震第38页/共78页人工地震第39页/共78页3、地震波地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波横波（S波）纵波（P波）体波面波杂波P波开始S波开始面波开始瑞利波（S波）洛夫波（L波）第40页/共78页几种地震波示意图第41页/共78页第42页/共78页一般情况下，当横波或面波达到时，振幅增大，地面振动最猛烈，造成的危害也最大。杂波P波开始S波开始面波开始第43页/共78页地震时释放能量的大小地震对地面影响和破坏的程度地震的大小和对地面影响程度可以用地震震级和地震烈度来衡量。第44页/共78页4、震级

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）。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。是一个衡量地震强度的指标，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（1900～1985年）给出定义，即地震震级为：第45页/共78页震级与能量的关系：能量越大，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。

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。第46页/共78页一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。我国在1980年制定了《中国地震烈度表》。2008年11月13日发布，2009年3月1日起实施修订后的新烈度表《中国地震烈度表》（GBT17742-2008）。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。5、烈度⑴定义及影响因素⑵地震烈度表影响一地地震烈度的五要素：震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物第47页/共78页中国地震烈度表（简要）Ⅰ度无感，仅仪器能记录到；Ⅱ度个别敏感的人在完全静止中有感；Ⅲ度室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动；Ⅳ度室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响；Ⅴ度室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹Ⅵ度人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡；Ⅶ度房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水；Ⅷ度房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂；Ⅸ度房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲；Ⅹ度房屋倾倒，道路毁坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸；Ⅺ度房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化；ⅩⅡ度一切建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化动植物遭毁灭。

震级与烈度统计对应关系震中烈度：ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅩⅡ震级：1.92.53.13.74.34.95.56.16.77.37.98.5第48页/共78页地震烈度现在主要由地面震动的速度和加速度确定。如水平向的加速度10度为1000cm/s2；9度为500cm/s2；8度为250cm/s2；7度为125cm/s2；6度为63cm/s2第49页/共78页⑶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。第50页/共78页《中国地震烈度区划图》第51页/共78页⑷设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计⑸多遇烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为63.2%，重现期为50年。⑹罕遇烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。第52页/共78页2001年版的《中国地震动参考区划图》，是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。抗震设防烈度6度7度8度9度设计基本地震加速度值0.05g0.1g(0.15g)0.2g(0.3g)0.4g抗震设防烈度和设计基本地震加速度的对应关系：第53页/共78页《中国地震动峰值加速度区划图》第54页/共78页三、抗震设计的基本原则1、抗震设防目标⑴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。⑵“三水准”抗震设防目标当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。大震不倒小震不坏中震可修第55页/共78页第一阶段是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按与基本烈度相对应的众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱求得结构在弹性状态下的地震作用效应，然后与其他荷载效应组合，并对结构构件进行承载力验算和弹性变形验算，保证第一水准下必要的承载力可靠度，满足第二水准烈度的设防要求（损坏可修），通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。对应结构正常使用极限状态。对大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计。2、抗震设计方法第一阶段：第56页/共78页对于少数结构，(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)，还要进行第二阶段设计，即按与基本烈度相对应的罕遇烈度的地震动参数进行结构薄弱部位的弹塑性变形验算，以保证其满足第三水准的设防要求。对应结构承载能力极限状态。2、抗震设计方法第二阶段：第57页/共78页方法设计使用的作用计算方法验算内容目的对象第一阶段众值烈度（与其他荷载效应组合）弹性分析承载力、弹性变形保证第一水准、满足第二水准、第三水准（概念设计）大多数结构第二阶段罕遇烈度弹塑性分析弹塑性变形（薄弱部位）满足第三水准特别重要或存在薄弱部位的结构两阶段设计法对比第58页/共78页3、抗震设防分类及抗震设防措施《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004《建筑抗震设计规范》GB50011-2001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

设防分类第59页/共78页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第60页/共78页四、建筑抗震概念设计1、什么是概念设计？

根据地震灾害和工程经验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造的过程称为概念设计。⑴场地选择⑵地基和基础设计⑷抗震结构体系的选择⑸非结构构件⑹材料的选择与施工质量⑶建筑和结构的布局第61页/共78页⑶建筑和结构的布局马那瓜中央银行大厦(15层)马那瓜美洲银行大厦(18层)1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。第62页/共78页

1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。

2）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。美洲银行第63页/共78页扭转不规则凹凸角不规则平面不规则的类型第64页/共78页楼板局部不连续大开洞错层平面不规则的类型第65页/共78页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不规则的类型第66页/共78页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。竖向不规则的类型第67页/共78页结构不规则的典型——CCTV新楼第68页/共78页结构不规则的典型—CCTV新楼第69页/共78页⑷抗震结构体系的选择

Ⅰ.结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。第70页/共78页

Ⅱ.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能!由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。第71页/共78页应为结构体系设置多道抗震防线：框架-抗震墙结构体系中，剪力墙是第一道防线，框架部分起到第二道防线的作用。单层厂房纵向体系中，柱间支撑是第一道防线，柱是第二道防线。联肢抗震墙中，联系梁是第一道防线。“强柱弱梁”型的延性框架，梁处于第一道防线。在超静定结构构件中，赘余构件为第一道防线。第72页/共78页Ⅲ.结构体系应具备必要的