防灾减灾工程第九章

防灾减灾工程第九章DisasterPreventionandMitigationEngineering第9章

防灾减灾工程

第9章防灾减灾工程

【教学要求】了解地震灾害、风灾害、火灾害、洪水灾害、地质灾害和爆炸灾害等破坏的特点；了解结构抗震和抗风设计的基本原理和基本原则，建筑的耐火和隔火设计，防洪设计原则和设计标准，滑坡、崩塌、泥石流和地面沉降的防治以及防止爆炸倒塌的结构设计原则；培养一定的防灾减灾设计观念与习惯。【教学重点】典型土木工程灾害实例【教学难点】

防灾减灾的原则及方法第9章防灾减灾工程

9.1防灾减灾概述

9.1.1灾害产生的原因定义：自然的、人为的或人与自然的共同原因，对人类的生存和社会的发展造成损害的各种现象。分类：自然灾害：地震、风灾、洪水、海啸、山崩、泥石流等。社会原因：水质及大气污染、火灾、噪音、交通事故、坑道塌陷等。危及人类生命和健康，威胁人类正常生活。破坏公益设施和公私财产，造成严重经济损失。破坏资源和环境，威胁国民经济的可持续发展。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

地震是由于地壳破坏引发的地面运动，这种地面运动对人工建筑物可以造成严重破坏。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害

1976年唐山大地震唐山于1976年7月28日凌晨3点42分发生地震。震中东经118度11分，北纬39度38分，震级7.8级，震中烈度11度，震源深11公里。是时，人正酣睡，万籁具静。突然，地光闪射，地声轰鸣，房倒屋塌，地裂山崩。数秒之内，百年城市建设夷为墟土，24万城乡居民于瓦砾，16万多人顿成伤残。7,000多家庭断门绝烟。此难使京津披创，全国震惊，盖有史以来为害最烈者。

第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害

台湾1999年“九·二一”大地震造成的经济损失据岛内各县市的统计数字显示，这次大地震共造成二千四百零三人死亡，重轻伤九千四百零六人，失踪四十一人。该统计数字还显示，这次地震造成全岛房屋全倒的有四万六千间，半倒的有三万四千多间。其中以南投县和台中县最多，全倒的占四万一千多间，半倒的占三万零六百多间。初步估计重建家园经费需新台币一千六百亿元。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害

2008年汶川大地震汶川大地震发生于2008年5月12日北京时间14时28分04.1秒，震中位于中国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，四川省省会成都市西北偏西方向90千米处。根据中国地震局的数据，此次地震的面波震级为8.0Ms，矩震级达到了8.3Mw，破坏地区超过10万平方千米。地震烈度可能达到11度，大部分砖石建筑及木屋连地基摧毁，桥梁毁坏，地下管道失去作用，铁路轨道明显弯曲。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害泥石流第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害

2004年12月26日，印度洋海底爆发了里氏9.0级强烈地震，引发了印度洋大海啸，巨浪以每小时800km的起始速度冲向海岸。

地震带来的次生灾害：海啸第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害海啸前的平静

海啸的出现

第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害时间地点M死亡人数时间地点M死亡人数1905.04.041906.04.181920.12.161923.09.011927.03.071933.03.021935.05.301939.01.251939.12.261946.12.201948.06.281952.07.21克什米尔美国旧金山中国海原日本关东日本丹后日本三陆冲巴基斯坦智利土耳其日本南海道冲日本福井美国加州8.68.38.68.37.98.97.58.37.98.47.37.71.9万7万余20万余10万死，4万不明3千3千3万3万2.3万千余千余10人1960.05.221964.03.281964.06.161970.05.311971.02.091972.04.101972.12.231975.02.041976.07.281989.1994.01.171995.1999.08.17智利美国阿拉斯加日本新舄秘鲁美国加州伊朗马拉瓜中国海城中国唐山美国加州美国加州日本兵库县土耳其8.37.97.47.76.67.06.57.07.66.77.27.4日本死120人130人26人4万65人1.7万1万1.3万24万55人5438人1.7万余第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害地震的破坏作用1975年，海城地震，山坡上出现的地裂缝，延伸长度5.5km，最大宽度70cm。1976年，唐山地震，唐山市供电局附近震后概貌。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害唐山地震，唐山市第十中学，房屋A与屋基B右旋错动，水平位移达1.2m；运行的列车脱轨。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1976年，唐山地震，40次列车正行驶在唐坊车站北。内燃机车头烧毁，前6级车厢翻倒或倾斜出轨。铁轨弯曲第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1975年，海城地震，营口市中板厂机修车间，屋顶几乎全部震落，车间设备遭到毁坏。1976年，唐山地震，唐山市文化路青年宫，为砖混结构二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1地震时除4根门柱外，全部坍塌。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害开滦煤矿医院，为5层砖混结构（局部7层），仅西部转角残存。丰南县某砖厂砖烟囱倒毁，砖窑严重破坏。唐山市胜利桥为钢筋混凝土结构，墩断桥塌唐山地震，第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1976年，唐山地震，唐山市机车车辆厂震后全貌。1976年，唐山地震，京榆公路滦河大桥，桥墩折断，桥面塌落。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，钢筋混凝土大楼底层毁坏而倾斜。1995年，日本阪神地震，建筑物象“压饼”式的破坏。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，神户3号线公路立交桥侧倒。日本阪神地震，西宫港大桥防落梁销错落，引桥落梁。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害轻型钢框架结构严重倾斜，但未倒。砖石结构教堂严重倾斜，无法使用。汉沽天津旭日化工厂，高26m的水塔倒塌第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，老旧木结构一塌到底。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，工业油罐倾斜。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.1地震震害地震前地震后地陷冒砂第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因地震的成因与类型理论基础：大陆漂移说、海底扩张说、板块构造说。全球六大板块：欧亚、太平洋、美洲、非洲、印澳和南极板块类型：构造地震火山地震陷落地震第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因2008年全球4级以上地震震中分布图及我国地震带及强震带分布第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因震源震中震中距地震震级：根据地震仪测得的地震波振幅，来表示地震释放能量大小的一种量度。有两种标度形式：体波震级（里氏震级）和面波震级；地震烈度：指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低小于三度：人无感受，只有仪器能记录到；三度：夜深人静时人有感受；四-五度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；六度：器皿倾倒、房屋轻微损坏；六-七：房屋破坏，地面裂缝；九-十度：房倒屋塌，地面破坏严重；十-十二度：毁灭性的破坏地震时地面受到的影响或破坏程度；等震线：地面上相同烈度点的连接线第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因地震P波

类似于空气中传播的声波纵波（P波）速度地壳内6km/s（弹性地球介质）地幔内8km/s

地核内11km/s大地震发生时，震中附近的人们首先会感觉到一个强烈的上下颠簸形式的震动，这就是地震P波的作用。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因地震S波横波（S波）速度地壳内4km/s地幔内4.5km/s（弹性地球介质）外核0 内核3.5km/s

人们在感觉到一个上下颠簸的P波震动之后，会有一个短暂的停顿，然后会是一个更加猛烈的水平摇动，持续的时间也相对长一些，大多数房屋在上下颠簸变“酥”之后，便在水平摇晃中进一步毁坏倒塌，这就是地震S波的作用。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因地震面波第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.2地震成因特大地震发生之后，如果其震源很浅，在地震S波之后，会有一个速度略小于S波，大约为S波速度0.9倍的面波紧随其后，沿着地表传播，由于面波的衰减比体波要小，所以能够传播得更远，时间持续得更长，地震面波的传播特征，某种程度上可以类比于海面上的波浪传播，既有上下震动，又有水平摇晃。这次汶川特大地震，远离震中的地方，例如北京高楼上的人们可以感觉到明显的既上下又水平的震动与摇晃，部分人群会有眩晕的感觉，便是这种地震面波作用的结果。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾地震动三要素：振幅、频谱、持时工程抗震设防的基本原则小震不坏、中震可修、大震不倒地震来了怎么办？不要盲目出逃

1979年溧阳地震，死亡人员中的90％、重伤人员中的80％是在门口挤压所造成。找坚实处躲避第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾减震、隔震、抗震第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾基础隔震隔震技术基本原理：通常在上部结构与基础之间设置隔震支座和消能装置，阻隔地面运动向上部结构的传递，从而减少上部结构的地震反应。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震效果传统房屋地震时激烈晃动，房屋加速度放大100%250%梁柱裂,内部装饰,设备破坏隔震房屋地震时缓慢平动(长周期)房屋加速度减少100%

40%，结构弹性(变形集中在柔软支座)，保护结构和内部装饰,设备隔震/不隔震=1/6第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾振动台试验第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震技术应用概况世界三国隔震结构研究和工程应用特色:日本:大量试验研究,有规程(1992指导书)已建近3200幢,世界最高隔震住宅楼43层美国:大量试验研究,有规程(1986UBC)已建近100幢,世界规模最大隔震加固历史建筑28层中国:大量试验研究,有规程(2001规程,规范,标准)已建近500幢,世界面积最大隔震住宅楼群50万M2(48栋)第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾我国设计和建成隔震房屋近500幢（至2004）民用住宅70%、重要建筑20%、其它10%。中国隔震工程分布第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾宿迁文体馆：空间钢筋混凝土框架结构、钢网壳屋盖体系，4500座，约13000m2；纵向长80m，横向宽62m，最大高度23.6m第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾最大响应:隔震/非隔震，1/4.2第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾北京地铁地面枢纽站大面积平台上隔震住宅楼(建设中)●RC大平台（2000米

1500米）上建造48幢9层的隔震住宅楼●隔震建筑面积

480,000平方米目前世界面积最大隔震建筑群第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾北京地铁地面枢纽站RC平台上隔震支座施工安装第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾北京地铁地面枢纽站隔震住宅楼技术经济效益：房屋抗震安全度提高4倍平台的地震反应降为2/3住宅面积增加近10万平方米（房屋从6层增加到9层）直接增创产值6.0亿元(6000元/平方米)(未计间接效益）第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾太原市商住楼19层（基底隔震）目前我国最高隔震建筑第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾宿迁市人防指挥大楼本工程在地下室顶板上设置叠层橡胶隔震支座隔震支座布置在地下一层柱的柱顶、地上一层柱的柱底之间第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾日本超高层（43层）隔震住宅大楼（大坂市）第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾东京某高层住宅基础隔震（地上21层、地下3层）（在建）

采用方形和圆形的铅芯橡胶支座第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾南疆铁路布谷孜铁路隔震桥（9孔，各32米）2000年通车第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震技术发展趋势隔震技术在抗震加固领域的应用采用隔震技术进行抗震加固第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾掘削新基础作成插入隔震支座第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾高阻尼橡胶隔震支座第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震技术在桥梁工程中的应用第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震技术在地铁工程中的应用广州地铁隔震工程第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾工业及军用设施基础隔震第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾地下堡垒基础隔震—伊拉克总统府地下指挥所（弹簧橡胶隔震体系）位于总统府大楼地下12～18米深处，为三层加固钢筋混凝土建筑物，钢筋混凝土墙壁厚度达1.8～2.4米，指挥所上部为普通地下室和防爆板，地下室高约2米，离地面10米深处有一0.6米厚的防爆板，能承受500磅炸弹直接命中打击。指挥所的抗震性能很强，整个建筑坐落在厚1.2米的坚实橡胶基础上。橡胶基础有数十个孔，上面安装有直径0.6米、高约1.2米、重约690千克的弹簧装置，可形成弹簧橡胶隔震体系。螺旋弹簧在最大压缩情况下能支承约30吨重的载荷，可以起到极大的缓冲作用。指挥所和围土之间的间隙可允许指挥所能有一定的位移。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾伊拉克地下防卫工程第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾隔震技术在文物保护领域的应用第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾空气弹簧隔振基础技术—搭建超精密测试平台的关键技术应用于电子元器件、航天、航海、光学等领域第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾电子元器件：某半导体公司生产厂房位于城市主干道旁，汽车的振动对光刻机有影响。为6台光刻机分别配置了空气弹簧隔振装置。此装置隔振体系固有振动频率垂直向1.1Hz，水平向2.2Hz，有良好的阻尼比，隔除了大型车辆的振动影响，满足了半导体生产设备的使用要求。航海：某舰船研究所国家专项工程设计了大型结构动性能实验台座，其性能指标要求极高，使用空气弹簧隔振。航天：航天部某所国家专项工程设计建造了超大型空间光学实验隔振台座。台座长21.7m，重约300t，采用空气弹簧隔振，性能先进。光学：中国国家天文台设计建造的空间太阳望远镜光学实验隔振台座，为竖向检测系统，防微振要求极高，建成的台座4m×4m，重85t，采用空气弹簧隔振，建成后的使用证明，隔振性能十分优异。第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾消能减震：在房屋、桥梁等结构中设置消能装置，通过消能装置消耗地震、风输入结构的大部分振动能量。消能装置通常采用两大类：速度相关型阻尼器－粘滞阻尼器、粘滞阻尼墙、粘弹性阻尼器等位移相关型阻尼器－摩擦阻尼器、软钢消能装置等第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾消能支撑（软钢屈服）厂房（1980）第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾宿迁市教育大厦（粘滞阻尼器）第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾Pall摩擦支撑第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾美国世贸双塔楼采用粘弹性阻尼器每塔楼10000个第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾粘滞阻尼墙第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾TMD在房屋建筑中的应用第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾主动与半主动控制第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾杭州湾大桥工程（两座斜拉桥、一座海中平台）第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾应用于抗震加固领域北京火车站第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾应用于大跨桥梁减震第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾应用于航天、航海等领域阻尼器航海用陀螺仪第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾将阻尼器应用于火箭发射架，以吸收能量、应用于电子元器件领域第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾应用于重工业领域第9章防灾减灾工程

9.2地震灾害与防震减灾

9.2.3地震防灾TMD在建筑、机械等领域的应用日本TMD模拟装置美国某体育场看台TMD减震阻尼器弹簧质量块第9章防灾减灾工程

9.3风灾害与抗风设计

9.3.1风灾害建筑物主要指超高层结构，非地震区，风荷载起控制作用。风荷载的持续时间长、频率高、危害大。桥梁主要表现为桥梁的共振作用。

1940年，美国华盛顿州塔科马桥，主跨853m，当时风速仅56－67km/h，经1小时剧烈振动后，在支承处一些吊杆开始疲劳断裂，桥体落入水中。由于空气的动力作用引起的失稳破坏。第9章防灾减灾工程

9.3风灾害与抗风设计

9.3.1风灾害美国塔卡马大桥在大风中倒塌第9章防灾减灾工程

9.3风灾害与抗风设计

9.3.1风灾害明石海峡大桥1998年4月5日，世界上目前最长的吊桥——日本明石海峡大桥正式通车。大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，全长3911米，主桥墩跨度1991米。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。第9章防灾减灾工程

9.3风灾害与抗风设计

9.3.2抗风设计桥梁拉索的减振南京二桥阻尼器

多多罗桥橡胶减振圈

钱江三桥液压阻尼器

粘滞剪切型阻尼器

表面设置凹洞诺曼底桥索套外加上的螺旋形凸起第9章防灾减灾工程

9.4火灾与建筑防火

9.4.1火灾钢材在500℃时，强度降为原值的9％，15分钟即倒。我国在78-88年，平均每天发生火灾112起，死亡7人、伤10人，经济损失80万元；新疆克拉玛依，“12.8”特大火灾，死亡325人，其中中小学生288人、干部教师37人，受伤住院130人。深圳龙岗区致丽工艺制品厂火灾，死亡87人、伤51人，直接经济损失800万元