防灾减灾科学与工程 课件 第2章-地震灾害

第2章地震灾害目录2.1地震2.2地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害知识目标（1）了解地震发生的原因及其危害（2）了解地震预警的基本原理（3）了解工程结构抗震设计的方法和理论能力目标（1）掌握地震诱发次生灾害的形成机理（2）掌握地震预警的基本原理（3）熟知地震灾害紧急避险的方法【本章学习目标】目录2.1地震2.2地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害2.1地震地震的发震机理地球的内部构造地球是近似于圆球的一个椭球体，赤道半径约6370km，两极半径约6357km。地球内部被距地表约60km的莫霍面（又称M面）和距地表约2900km的古登堡面（又称G面）分为三大部分：地壳、地幔和地核地壳：是地表和莫霍面之间的部分，主要由各类分布不均匀的岩石组成地幔：从地壳以下直到深度为2895km的古登堡界面为止，可分为上地幔（M面至1000km深处）和下地幔，上地幔中接近地壳的部分仍为岩石，这部分和地壳称为地球岩石圈地核：古登堡界面以下直到地心部分，距地表越深，构成物质的比重越大，压力越大，温度越高地球内部构造示例第2章地震灾害2.1地震地震的发震机理地震：指地球内某种能量的突然释放而引起的地球表面的振动。这种能量释放可能是由于地壳某些部位的突然断裂、火山的爆发或者人为原因引起的，而绝大多数的毁灭性地震是由于地壳的断裂所引起的发震机理：地球板块内部存在着许多断裂面，大的断裂面为断层，断层主要可分为正断层、逆断层、左旋断层、右旋断层、斜滑断层。断层的破裂是板块构造运动造成的结果，诱发断层发生破裂的原因（板块构造运动）可以理解为地震发生的宏观背景，断层破裂是地震发生的局部机制一些人类活动（如水库蓄水、矿井开采等）也可能导致断层岩体应力的变化，从而诱发地震有时岩层会受到地下水的侵蚀形成溶洞，当达到一定程度之后，将形成局部地层塌落，造成地面震动第2章地震灾害2.1地震地震类型地震术语震源是地球内部或者地表引起振动的地方，同时也是地震能量积聚和释放的地方震源深度为震源到地面的垂直距离震中为震源在地表面的垂直投影，有时人们也称破坏最严重的区域的几何中心为震中震中区是指发生地震时，震中及其附近的地方所在区域，也称极震区地震术语示意图震中距为地面上某点至震中的地表距离等震线为地面破坏程度相似的点连接起来的曲线等震线第2章地震灾害2.1地震地震类型按照成因：地震可以分为诱发地震、构造地震、火山地震、陷落地震等按照震源与板块位置的关系：地震可以分为板缘地震和板内地震按照地震震源深度：可以分为浅源地震、中源地震和深源地震，按照震级大小，地震可分为五类按照地震序列：地震可分为主震型地震、震群型地震和孤立性地震类型震级类型震级弱震震级＜3强烈地震6≤震级有感地震3≤震级＜4.5巨大地震震级≥8中强地震4.5≤震级＜6

地震按震级分类第2章地震灾害2.1地震地震带分布地震的地理分布受地质构造控制，因而有一定的规律，最明显的就是成带性。全球有三大地震带，即环太平洋地震带、欧亚地震带（大陆断裂地震带）和海岭地震带世界地震带示意图(1)环太平洋地震带围绕着太平洋分布，从南美洲的南端开始，沿西海岸向北延伸，到北美洲阿拉斯加，折向西经阿留申群岛、堪察加半岛、千岛群岛到日本，而后分成两支：一支沿小笠原群岛经关岛向南；一支经琉球群岛到台湾岛，再向南由菲律宾经新几内亚岛、斐济、西萨摩亚直到新西兰。其环绕太平洋一周，也把大陆和海洋分隔开来，全世界约80%的浅源地震、90%的中源地震和几乎所有的深源地震都集中在该带上，也是经常发生破坏性特大地震的区域第2章地震灾害2.1地震地震带分布地震的地理分布受地质构造控制，因而有一定的规律，最明显的就是成带性。全球有三大地震带，即环太平洋地震带、欧亚地震带（大陆断裂地震带）和海岭地震带(2)欧亚地震带（大陆断裂地震带）该地震带横贯欧亚大陆，大致呈东西向分布，西起大西洋亚速尔群岛，穿地中海、经伊朗高原，进入喜马拉雅山东端向南拐弯经缅甸西部、安达曼群岛、苏门答腊岛、爪哇岛至班达海附近与环太平洋地震带相连。该带的地震活动仅次于环太平洋地震带，地震释放的能量约占全球地震能量的15％(3)海岭地震带此地震活动带蜿蜒于各大洋中间，几乎彼此相连，该地震带的地震活动性较之前两个带要弱得多，均为浅源地震世界地震带示意图第2章地震灾害2.1地震中国地震环境地理位置：根据板块构造学说，中国位于欧亚板块的东南端，东接太平洋板块，南邻印澳板块，位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，有些地区本身就是这两个地震带的组成部分。因此，中国大陆受到太平洋板块向西，印澳板块向北，欧洲板块向东的挤压和推动我国地震分布特点：我国地质构造复杂，地震断裂带十分发育，地震在空间上也大致呈条带状分布，地震活动主要分布在5个地区的23条地震带上。5个地区：①台湾及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山至燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地中国地震带示意图（国家地理2008年6月）第2章地震灾害2.1地震震级与烈度

第2章地震灾害2.1地震震级与烈度地震烈度地震烈度是表示地震引起的地面震动及其影响的强弱程度的一个综合指标。一般而言，震级越大，震中区烈度越大；对于同一次地震而言，距离震中区越近，烈度越大；对相同震级的地震，震源深度越浅，震中区地表烈度越大影响因素：地震震级、震源深度、震中距、地质构造、房屋建筑的结构特征等汶川地震烈度分布图（等震云图）目录2.1地震2.2

地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震波及其特性(1)体波即在介质内部传播的波，根据其介质质点振动方向和波的前进方向的不同，可以将体波分为纵波（压缩波，P波）和横波（剪切波，S波）两种形式纵波传播时，介质质点的振动方向和波的传播方向一致，是由震源向外传播的压缩波。纵波一般周期短、振幅小，可以在任何介质中传播横波传播时，介质质点振动方向和波的前进方向垂直，是由震源向外传播的剪切波。横波一般周期较长、振幅较大、传播速度较慢，主要引起地面水平方向的振动，只能在固体中传播体波质点振动方式：(a)纵波;(b)横波定义：断层破裂产生的能量以波的形式从震源向地球介质的各个方向传播，称为地震波，一般认为地震波是一种弹性波，地震波按照其在地壳中传播位置的不同，分为体波和面波第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震波及其特性(2)面波是沿介质表面（地球表面）或介质的交界面传播的波，是一种次生波。面波主要有瑞雷波（Rayleigh波）和乐夫波（Love波）。面波引起的岩石振幅随深度增加逐渐减小到零，其能量主要分布在地球表面或介质分界面附近瑞雷波传播时，介质质点在波的传播方向和地表法向组成的平面内作逆向的椭圆运动，这种运动形式被认为是形成地面晃动的主要原因乐夫波传播时，质点在与波的前进方向相垂直的水平方向运动，在地面上表现为蛇形运动瑞雷波质点振动乐夫波质点振动面波质点振动方式第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震波及其特性两类波的差异性地震波的传播速度：纵波最快，横波次之，面波最慢纵波会引起地面的上下颠簸振动，横波到达时会引起地面的水平振动，横波携带了地震产生的大部分能量，对地表建筑物的破坏更为严重，面波的传播会加剧地面的震动通过纵波（P波）、横波（S波）和面波到达的时间差，可以推算出震中距和地震预警第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震动及其特性定义：地震动既是地震过程中地震波经地球介质的传播而在地表形成的输出，又是引起地表工程结构产生振动的输入或激励作为地球介质的输出，地震动本身是非常复杂的空间振动过程，受震源、传播途径和场地条件的影响，包含了地震和地球介质的多种信息现在结构抗震中考虑的地震动大多只限于三个相互垂直的平动分量，即两个水平分量和一个竖向分量通常将地震动或结构响应的时间历程简称为时程地震动是一个不规则的时间过程，具有强烈的非平稳特性汶川地震卧龙台站记录到的地震时程曲线第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震动及其特性地震动的特性可以用三个基本要素来描述：幅值、频谱、持续时间（持时）幅值是指振动强度的最大值，用以反映振动的强弱程度。一般采用地震动加速度时程、速度时程、位移时程三者之一的最大值或某种意义的等代值表示峰值加速度（PGA）是最早被用作表示震动强度的指标，由于其与震害关系十分密切，这一指标也被普遍接受和应用，但地震动加速度最大值主要反映地震动的振幅，不能反映震源的整体特性加速度时程曲线峰值加速度（PGA）第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震动及其特性频谱是指地震动的幅值与频率的关系，通常采用傅里叶谱、反应谱和功率谱来表示震级、传播距离、场地条件和震源机制都对地震动频谱有较大影响；震级越大，震中距越远，地震动记录中低频分量越显著正弦调频信号的傅里叶幅值谱不同性质的土体对地震波的各种频率成分的放大和过滤效果不同。地震波在传播过程中，振幅逐渐衰减，高频成分容易吸收，低频成分传播的更远在震中附近或在岩石等坚硬介质中，地震动中高频成分丰富，低层建筑破坏严重距震中很远的地方，或当层厚、土壤又较软时，地震动中低频成分为主，对高层建筑十分不利第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应地震动及其特性持续时间通常指地表强烈振动所持续的时间，也常称之为持时。地震动幅值相同时，振动持时越长，结构物的破坏越重现有地震动持时的定义大多数是通过对地震动记录进行直接处理而得到的，它只与地震动记录本身有关，一般称为记录持时；还有少数持时根据地震动输入下结构的反应推算得到，它不但和地面运动有关，而且还和结构物有关，称为反应持时结构或构件的破坏可分为首次超越破坏和累积损伤破坏，持时的影响主要表现在结构的非线性反应阶段，持时长时，可引起结构的累积损伤破坏第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应场地地震效应场地地震效应：在地震波的作用下，由于土层软硬不同而造成地震动改变的现象，统称为场地地震效应场地地震效应可以分为两大类：第一类是地面震动效应，第二类是地面破坏效应（1）地面震动效应：场地效应的重要组成部分，地基土质条件对建筑物震害的影响十分显著，因为地震时地面的震动是从震源以地震波的形式经过多种传播介质，再通过许多种地基土的反射、滤波、放大作用，将震动的能量传递给建筑结构，从而引起建筑物的结构损伤与破坏第2章地震灾害2.2

地震动特性及场地效应场地地震效应(2)地面破坏效应地面破裂效应：震源较浅的破坏性地震引起的断层错动直达地表，导致地表错断，从而使得附近或跨越破裂带的建筑物变形或破坏地基失效效应：在建筑物地基强度很低或是地震动加速度很大的情况下，所导致的基岩土体的振动压密、下沉、液化及塑流，地基承载力会出现一定程度的下降甚至是丧失，由此所造成的建筑物破坏斜坡破坏效应：地震导致斜坡岩土体失稳，产生多种斜坡变形和破坏，引起斜坡地段的位移或破坏，斜坡破坏效应包括地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流等，主要发生在山区或丘陵地带地面破裂效应地基失效效应斜坡破坏效应目录2.1地震2.2地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害2.3

地震灾害类型直接灾害直接灾害是指强烈地震动和地面破坏作用引起的结构破坏、倒塌及城市生命线系统的损坏，是造成人员伤亡和地震经济损失的最直接原因，也是造成震后人员伤亡、工程设施毁坏、社会经济受损等灾害后果最直接、最重要的原因(1)错位、断裂强烈的地震发生时，地面断层将达到地表，地表的竖向错动将形成悬崖峭壁，地表大的水平位移将产生地形、地物的错位，挤压、扭曲将造成地面的起伏强烈的地震也会引起地面产生断裂，进而形成地裂缝，地裂缝主要有构造地裂缝和地表交错裂缝两种类型日本熊本县7.3级地震引起的土地错位四川宜宾长宁6.0级地震引起的地面断裂第2章地震灾害2.3地震灾害类型直接灾害(2)结构震损在强烈的地震中，各类建筑物将遭受到不同程度的破坏，如房屋和桥梁倒塌、水坝开裂、铁轨变形等。造成工程结构破坏的原因主要有：结构本身强度或承载力不足、结构发生共振、结构构造和布置不合理、非承重构件承载力不足、基础差异变形过大及多点输入地震导致结构内力重分布或应力集中、地基失效地震即便尚未使工程结构产生倒塌性破坏，它也会使结构构件产生裂缝和其他内部损伤，继而将影响结构的使用寿命或耐久性，因此一般需要在震后进行鉴定和加固汶川地震时建筑结构的损害汶川地震时桥梁结构的损害第2章地震灾害2.3

地震灾害类型直接灾害(3)滑坡、崩塌滑坡是指在地震动作用下，坡地尤其是陡坡岩层的强度降低，从而导致岩土体产生运动，包括土壤滑移、侧向扩张等现象，多出现在山区或丘陵地区，还出现在不稳定的人工边坡开挖面以及平原地区的河岸等崩塌是地震震动引起岩体或土体脱离母体、在重力作用下极速下滑、堆积的过程。崩塌会使建筑物甚至整个居民点遭到毁坏，使公路和铁路被掩埋，有时还会使河流堵塞形成堰塞湖，造成上游建筑物及农田淹没，在宽河谷中还会形成急湍地段日本北海道地震中的山体滑坡泸定地震中的山体崩塌第2章地震灾害2.3

地震灾害类型直接灾害(4)震陷、液化震陷是指软土在受到地震作用时土体结构遭受破坏，使土体呈现出液态并在上覆荷载的作用下将土体空隙内的水排出而发生的地表陷落液化是地震使无黏合力土壤中孔隙水压增加，导致土壤强度或刚度降低的现象。液化表现为大致水平的地面向临近的斜坡或低凹处侧向扩张，或引起陡坡上发生大规模的泥石流，或在平地上喷水冒砂，从而导致建筑物的基底、道路和生命线工程遭到破坏日本新渴道路因地震发生震陷房屋因砂土液化而产生严重倾斜第2章地震灾害2.3

地震灾害类型次生灾害地震次生灾害是指地面震动或地面破坏作用造成的火灾、水灾、毒气泄漏、瘟疫、爆炸和放射性污染等，次生灾害的损失往往大于地震的直接损失（2011东日本大地震-核泄漏）(1)火灾强烈的震动会造成炉具倒塌、漏电、漏气以及其他易燃易爆物品产生反应，发生火灾。地震时房屋倒塌、生命线系统破坏、火源失控导致起火，同时由于消防系统受损、社会秩序混乱，火势不易得到有效控制，从而酿成大灾1955的日本阪神地震造成城市大面积火灾第2章地震灾害2.3

地震灾害类型次生灾害(2)水灾形成原因主要是地震造成水库大坝或河湖堤防开裂、陷落、垮塌，使水库、河湖溃决；其次是地震引发滑坡、崩塌，进一步摧毁水库大坝、堤防或者堵塞河道，而后水库、河湖溃决地震还会造成大规模的海啸，在岸边造成巨大的灾难（2004年印度洋海啸,22.6万人死亡）汶川地震诱发唐家山堰塞湖2004年印度洋海啸,22.6万人死亡第2章地震灾害2.3

地震灾害类型次生灾害毒气泄漏造成周围草木枯死毒气泄漏防治演练(3)毒气泄漏破坏性地震中，由于剧毒气体设备、容器、管道遭到破坏，引起泄漏、扩散，使整个区及其周围形成毒害区一般在泄漏源附近和下风向，能达到中毒死亡和急性中毒浓度，造成大量人员立即死亡，或因大剂量接触毒气抢救无效而死亡数量更多的不同程度的中毒人群，丧失工作能力和自救互救能力，从而加重地震灾害第2章地震灾害2.3

地震灾害类型次生灾害(4)瘟疫地震发生后引发的烈性传染病，如鼠疫、霍乱、斑疹伤寒等地震瘟疫最容易发生流行的原因是：大量人畜死亡和环境污染，使病毒病菌滋生蔓延；灾民饥饿、寒冷、恐惧不安，抗病免疫力下降；灾区正常防疫工作受阻二十世纪东北鼠疫惨状地震后防疫消杀目录2.1地震2.2地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警原理地震预警原理示意图定义：地震预警系统利用震中附近台站观测到的P波（纵波）信号对震源参数以及地震的破坏程度进行估计，并以电子通信的方式在破坏性地震波到达目标场地之前向公众发布地震预警信息，提供几秒甚至几十秒的预警时间去采取防震减灾措施第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警原理地震预警技术的主要原理有三种：一种是利用地震波传播速度比电磁波慢，在地震发生后，发出地震警报，通知远处的人们采取避险措施另一种是利用地震波纵波（P波）和横波（S波）速度之差发出报警，由于P波速度一般约为6km/s，S波速度约为3.5km/s，在P波到达后发出报警，S波也很快到达，只能用于地震震中现场附近报警还有一种警报，那就是地震波（一般指破坏力较大的S波）达到一定阈值发出警报，这种警报是大地震警报，作为地震紧急处置使用，比如关闭水电气的阀门，列车紧急制动等等第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警原理预警盲区原因：一是地震震源是有深度的，一般来说大地震，浅源地震多发生在10~20公里深，地震发生后地震波向各个方向传播，到达地面的地震台站需要时间；二是地震台站接收到地震信号后要进行处理，确认是大地震才发出警报，这也需要时间。预警盲区半径R0可由下式决定

式中：Δt1为P波到达台站的时间，即P波走时；Δt2为P波截取记录时间长度，取Δt2=3s；Δt3为处理、发布及信息接收等累计用时2s。Δt3是地震参数的快速产出时间，取决于系统的高度自动化和结果的可靠性。Δt23=Δt2+Δt3，是由技术系统决定的，而Δt1的大小则是由台网密度决定的第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警模式地震预警模式分类：根据接收地震警报的对象不同，地震报警模式可以分为当地预警和异地预警根据地震报警系统发出警报的目的，报警模式又可分为守备式报警和台网式报警还有一种报警称为紧急处置警报，指当振动达到一定幅度，就发出警报，这个警报很可能是最强烈振动已经到达或者即将到达，警报提前量极小，比如仅有零点几秒或不到一秒。也有人称之为S波紧急处置报警，或S波阈值报警第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警模式

第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警模式S波警报、阈值警报—盲区内的警报：当地震动达到一定强度时就拉警报，这就是阈值警报，或称为阈值预警，如果地震在预警盲区内，其实也是需要警报的，是原地警报的一种，按照现在最高的水平，地震发生后5秒钟发出警报，预警盲区半径接近20公里地震断层破裂到地表和次生灾害的发生时间往往滞后于地震的强大震动，因此S波报警或阈值报警，即使是在地震预警盲区内，也会发挥一定的作用第2章地震灾害2.4

地震预警地震预警模式异地报警：异地报警是指警报接收目标对象和发出报警的地震预警设备和系统不在一个地方，当一个地震发生后地震预警系统迅速测定地震的强度和位置，然后向远方发出警报，异地报警有两种方式：一种为守备式报警，另一种为台网式报警（1）守备式报警：在某地建立一圈地震报警使用的检测地震台，对于该地区实行“保卫”，当该地区守备圈外发生地震，地震波被守备的检测地震台和台网检测，向被守备的地区发出警报（2）台网式报警：台网式预警系统实际是地震预警技术的集成，对于离开震中区域，地震预警盲区以外的地区，它主要承担异地报警功能，也可以实现当地报警，当地震发生在台网内部，在震中区附近它实际就可以承担当地报警的功能，甚至承担S波报警，目前应用最广泛目录2.1地震2.2地震动特性及场地效应2.3地震灾害类型2.4地震预警2.5工程结构抗震防灾2.6地震应急与避险第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略抗震设防思想抗震设防：是指在工程建设时对建筑物进行抗震设计并采取抗震设施，以达到预期的抗震能力。我国规范规定，对于抗震设防烈度在6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设防尽管在大量的考察中可以发现，设防程度更高的工程结构抵抗震害的效果越好，但在实际设计时并不能过度设防。工程结构抗震设防需要综合考虑地震环境、建设工程的重要程度、允许的风险水平及要达到的安全目标和国家经济承受能力等因素，最终给出合理的决策目前国际上普遍接受的建筑抗震设防思想是，工程结构在使用寿命期内对于不同强度和频度的地震，应具有不同的抵抗能力强烈地震中结构不损坏是不可能的，但是抗震设防最低应以建筑物不倒塌为最低要求，只要不倒塌就可以最大程度地减少生命财产损失和人员伤亡，减轻灾害第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略建筑抗震基本设防目标——三水准要求第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响（或称小震）时，建筑物一般不受损坏（处于弹性状态）或不需修理仍可继续使用第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响（或称中震）时，建筑物可能损坏（局部进入塑性状态），但经一般修理即可恢复正常使用第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响（或称大震）时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏小震不坏，中震可修，大震不倒第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略建筑抗震基本设防目标——三个地震水准和基本烈度多遇地震（小震）为50年超越概率为63.2%的地震影响水平，相当于重现期为50年，对应于概率密度最大的峰值点，又称为众值烈度设防烈度地震（中震）为50年超越概率为10%的地震影响水平，相当于重现期为475年罕遇地震（大震）为50年超越概率为2-3%的地震影响水平，相当于重现期为1642-2475年三种烈度含义及其关系（概率密度曲线）基本烈度：指一个地区遭受的地震影响程度。它是指该地区一般场地条件下50年内超越概率为10%的地震烈度值，由地震危险性分析得到第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略建筑抗震基本设防目标——地震区划地震区划是对给定区域(一个国家或地区)按照其在一定时间内可能经受的地震影响强弱程度的划分，通常用图来表示《中国地震烈度区划图(1990)》《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略抗震设防类别及标准——设防类别我国《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）将建筑分为四个抗震设防类别：特殊设防类(甲类)：使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑重点设防类(乙类)：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑标准设防类(丙类)：除甲、乙、丁类以外按标准要求进行设防的建筑适度设防类(丁类)：使用上人烟稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略抗震设防类别及标准——设防标准筑抗震设防标准是衡量一个建筑结构抗震设防要求的尺度，应符合以下要求：特殊设防类(甲类)：应按高于本地区抗震设防烈度提高1度的要求加强其抗震措施；抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施，同时应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用重点设防类(乙类)：应按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施应符合有关规定，同时应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略抗震设防类别及标准——设防标准筑抗震设防标准是衡量一个建筑结构抗震设防要求的尺度，应符合以下要求：标准设防类(丙类)：按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标适度设防类(丁类)：允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾工程抗震设防策略建筑抗震概念设计定义：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内涵：选择工程场址时，应选择对建筑抗震有利的地段，避开对建筑抗震不利地段建筑的平立面设计宜简单合理，建筑的竖向体形应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，并应符合一定的高宽比要求结构材料与结构体系的选择应符合抗震结构体系的要求，结构平面布置应力求对称，竖向布置应使其刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心多道抗震防线对抗震结构是必要的，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道的抗侧力构件立即接替，抵挡住后续地震动冲击，以保证建筑物最低限度的安全在确定建筑结构时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻求一种较好的匹配关系根据历次地震中的宏观震害经验，妥善处理非结构部件，以减轻震害，提高抗震可靠度第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论设计反应谱（1）地震反应谱：单自由度弹性体系在给定的地震作用下某个最大的反应量（如最大绝对加速度Sa、最大相对速度Sv、最大相对位移Sd等）与结构自振周期的关系曲线当加速度时程和阻尼比已知时，体系的最大地震反应Sa、Sv

和Sd仅仅是体系自振周期

T

的函数地震加速度反应谱计算思路加速度响应时程曲线地震波加速度反应谱第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论

地震影响系数谱曲线第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论

地震影响系数谱曲线

注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度取0.15g和0.30g的地区第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论

各类建筑场地的覆盖层厚度d（单位：m）第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论水平地震作用力计算方法（1）振型分解反应谱法：假定结构为多自由度线弹性体系，利用振型分解和振型的正交性原理，将n个自由度弹性体系分解为n个等效单自由度弹性体系，利用设计反应谱得到每个振型下等效单自由度弹性体系的效应，再按一定的法则将每个振型的作用效应组合成总的地震效应进行截面抗震验算多自由度弹性体系变形第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论

第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论水平地震作用力计算方法（2）底部剪力法：高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法进行抗震计算。这些结构的地震反应以第一振型为主且第一振型接近直线，因此可以等效为单自由度体系，采用结构的基本自振周期T，计算总水平地震作用，然后将总地震作用分配到各个楼层简化后的结构第一振型第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论

第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论水平地震作用力计算方法（3）动力时程分析方法：动力时程分析方法是将结构作为弹性或弹塑性振动系统，建立振动系统的运动微分方程，直接输入地面加速度时程，对运动微分方程直接积分，从而获得振动体系各质点的加速度、速度、位移和结构内力的时程曲线分类：分为振型分解法和逐步积分法两种。振型分解法利用了结构体系振型的正交性则但仅适用于结构弹性地震反应分析，而逐步积分方法则既适用于结构弹性地震反应分析，也可适用于结构非弹性地震反应分析优势：可以得出地震时程范围内结构体系各点的反应时间历程，信息量大、精度高缺点：计算工作量大，且根据确定的地震动时程得出结构体系的确定反应时程，一次时程分析难以考虑不同地震动时程记录的随机性第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论竖向地震作用力计算方法：我国《抗震规范》规定：设防烈度为8度和9度区的大跨度、长悬臂等类似高耸结构和设防烈度为9度区的高层建筑，应考虑竖向地震作用（1）高耸结构和高层建筑该类结构的竖向自振周期较短，其反应以第一振型为主，且第一振型接近于直线（倒三角形），因此可采用类似于水平地震作用的底部剪力法计算高耸结构及高层建筑的竖向地震作用，即先确定结构底部总竖向地震作用，再计算作用在结构各质点上的竖向地震作用高耸结构与高层建筑竖向地震作用第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构抗震设计方法和理论竖向地震作用力计算方法

注：括号中数值用于设计基本地震加速度为0.30g的地区第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制隔震原理和方法定义：隔震是指在建筑物基础与上部结构或柱与楼板之间设置某种隔震装置，通过隔震装置损耗地震能量，减少地震能量的传递，以控制地震对上部结构的作用和隔震部位的变形，从而达到减小地震对建筑物影响的目的（1）隔震原理首先，隔震层通常具有较大的阻尼，从而使结构所受地震作用较非隔震结构有较大的衰减；其次，隔震层具有较小的侧移刚度，从而大大延长了结构物的周期，使结构加速度反应得到进一步降低，与此同时，结构位移反应会在一定程度上增加隔震原理第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制隔震原理和方法（2）常用隔震装置橡胶支座是最常见的隔震装置，常见的橡胶支座分为普通叠层橡胶支座、铅芯叠层橡胶支座、石墨叠层橡胶支座、高阻尼叠层橡胶支座等类型1)普通叠层橡胶支座这种橡胶支座一般由橡胶板与薄钢板层层交错叠合而成，并通过高温硫化工艺使橡胶与钢板粘结，其中钢板边嵌于橡胶之内以防生锈。由于钢板对橡胶层的约束，这种支座在竖直方向上可以具有很高的刚度，而在水平方向的剪切变形却与纯橡胶的基本接近。因此，这种支座只能隔水平地震作用，而对竖向地震作用的隔震效果较差。另外，这种支座的荷载—位移滞回曲线狭窄，阻尼较小，常需配合阻尼器一起使用普通或高阻尼叠层橡胶支座第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制隔震原理和方法（2）常用隔震装置2)铅芯叠层橡胶支座这种支座是在通常的橡胶支座上垂直钻孔，孔中填入铅芯而构成铅芯具有两个作用：一是增加支座的早期刚度，减小支座系统的变形，有利于结构在风和小震作用下保持稳定性；另一个则是耗散地震能量。这种铅芯橡胶支座，集隔震器和阻尼器于一身，能提供饱满的水平荷载位移滞回曲线，阻尼较高，可独立使用铅芯叠层橡胶支座第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制减震原理和方法定义：消能减震技术通过在上部结构（也称主结构）上采取合适的特殊措施，以消耗结构地震反应能量或将地震能量从主结构上转移出去，从而达到减震的目的（1）消能减震原理结构消能减震体系就是把结构物的某些非承重构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能构件，或在结构的某些部位(层间空间、节点、联结缝等)装设消能装置。这些消能构件或消能装置在风或小地震作用下，具有足够的初始刚度，处于弹性状态，使结构物仍然具有足够的侧向刚度以满足使用要求；但出现中、强地震时，结构侧向变形不断增大，它们将率先进人非弹性状态，并且迅速衰减结构的地震反应(位移、速度、加速等)，从而保护主体结构及构件在强地震中免遭破坏，确保主体结构在强地震中的安全第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制减震原理和方法

第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制减震原理和方法（1）消能减震原理结构消能减震的另一种常见方式是在主结构上安装特殊的附加吸振子结构，使其在强烈地震作用下与主结构之间产生动力相互作用，以此降低主结构的地震反应而实现地震防护的目的。这种结构消能减震技术无须提供外部能量，主要通过调整结构体系的动力特性而使主结构的地震能量转移至附加子结构，由此实现主结构的减震这种减震系统的原理可用两自由度的、底层横梁上受简谐荷载作用的剪切型框架体系的受迫振动来说明：在主结构上安装吸振子结构，使其频率接近输入频率，可以消除或减小主结构

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的振动，从而保证主结构的安全；此外，主结构的阻尼比越小，吸振装置的减震作用越大；质量比增加，减震作用增大吸振减震原理第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制减震原理和方法（2）消能减震装置1)阻尼器阻尼器又称耗能器，是一种提供运动阻力，耗散运动能量的装置。通常安装在支撑处、框架与剪力墙的连接处、梁柱连接处，以及上部结构与基础连接处等有相对变形或相对位移的地方根据阻尼器工作原理不同可分为3种基本类型：①与位移相关联的阻尼器，例如金属阻尼器、摩擦阻尼器；②与速度相关联的阻尼器，例如粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器；③结合以上各类耗能器的耗能机制和特性，具有多种耗能机制的复合型阻尼器加劲阻尼器布置示意图X形、菱形开洞形和三角形金属阻尼器示意图第2章地震灾害2.5

工程结构抗震防灾结构减震隔震与振动控制减震原理和方法（2）消能减震装置2)消能支撑消能支撑实质上是将各式阻尼器用在支撑系统上的消能构件，包括消能交叉支撑、摩擦消能支撑、消能偏心支撑、消能隅撑和屈曲约束支撑等消能交叉支撑摩擦消能支撑节点屈曲约束支撑第2章地震灾害2.