东南大学工程结构抗震与防灾

第1章结构抗震基本知识§1-1地震基本知识§1-2地震的基本术语§1-3地震动特性§1-4工程结构的抗震设防§1-5建筑场地第1章结构抗震基本知识§1-1地震基本知识§1-2地震的基本术语§1-3地震动特性§1-4工程结构的抗震设防§1-5建筑场地地震动特性

幅值特性:地震动的加速度、位移或速度的某种最大值。

地震动加速度峰值作为地震烈度的参考物理指标。——规范规定了相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速度。

频谱特性:通常采用反应谱、功率谱和傅立叶谱表示。

震级、震中距和场地条件对频谱特性的影响。

持时特性:强震的持续时间。

持时对结构最大反应和能量耗散累积反应的影响。

远震的功率谱近震的功率谱（M=7.5，R=104km，峰值加速度186.25cm/s2）（M=6.8，R=19km，峰值加速度360.88cm/s2）地震动频谱特性影响因素——震级和震中距地震动频谱特性影响因素——震级和震中距

震级越大、震中距越远,地震动记录的长周期分量越显著。

在地区宏观烈度相似的情况下,处在大震级远震中距下的柔性建筑,其震害要比小震级近震中距的情况重得多。

规范规定了设计地震分组。

地震动频谱特性影响因素——场地条件软土地基功率谱硬土地基功率谱（峰值加速度139.38cm/s2）（峰值加速度206.13cm/s2）地震动频谱特性影响因素——场地条件

硬土地基上的地震动记录包含较丰富的频率成分,而软土基上的地震动记录卓越周期偏向长周期。

在坚硬场地上自振周期短的刚性建筑物震害较重,而软弱场地上长周期柔弱性建筑物的震害较重。

规范规定了场地类别。

地震动频谱特性影响因素——震源机制

近断层地震动具有方向性效应和永久地面位移效应,其速度时程和位移时程具有大幅值、长周期、短持时的特点。速度脉冲是近断层地震动的主要特征。

（a)加速度时程

（b)速度时程

（c)位移时程台湾集集地震中TCU068-N记录时程曲线（震中距0.24km)地震动频谱特性影响因素——震源机制（a)坚硬场地

（b)软土场地平均反应谱曲线

近断层地震动具有方向性效应和永久地面位移效应,其速度时程和位移时程具有大幅值、长周期、短持时的特点。速度脉冲是近断层地震动的主要特征。

第1章结构抗震基本知识§1-1地震基本知识§1-2地震的基本术语§1-3地震动特性§1-4工程结构的抗震设防§1-5建筑场地地震影响和抗震设防烈度抗震设防烈度

一个地区作为抗震设防依据的地震烈度。

中国地震动区划图规定的地震基本烈度。一般情况下，取50年超越概率10%的地震烈度。

与50年超越概率10%的设计基本地震加速度值对应。

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。

抗震设防烈度6度7度8度9度设计基本加速度值0.05g0.10（0.15）g0.20（0.30）g0.40g地震影响和抗震设防烈度地震影响

建筑所在地区遭受的地震影响,应采取相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速度和设计特征周期或规定的设计地震动参数来表征。

设计基本地震加速度——地震动幅值特性。

设计特征周期——地震动频谱特性。建筑的设计特征周期应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。

地震影响和抗震设防烈度地震影响

设计特征周期——地震动频谱特性。建筑的设计特征周期应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定（教材第32页表2-7)。

设计地震分组场地类别I0I1IIIIIIV第一组0.200.250.350.450.65第二组0.250.300.400.550.75第三组0.300.350.450.650.90建筑分类建筑抗震设防类别

特殊设防类（甲类建筑)：重大建筑、严重次生灾害。

重点设防类（乙类建筑)：生命线工程、大量人员伤亡。

标准设防类（丙类建筑)：一般建筑。

适度设防类（丁类建筑)：次要建筑。

建筑分类建筑抗震设防标准——地震作用

特殊设防类（甲类建筑)：按地震安全性评价结果确定。

重点设防类（乙类建筑)：应符合本地区抗震设防烈度要求。

标准设防类（丙类建筑)：应符合本地区抗震设防烈度要求。

适度设防类（丁类建筑)：一般情况下应符合本地区抗震设防烈度的要求。

抗震设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。

建筑分类建筑抗震设防标准——抗震措施

特殊设防类（甲类建筑)：当抗震设防烈度6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。

重点设防类（乙类建筑)：当抗震设防烈度6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；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。

建筑分类建筑抗震设防标准——抗震措施

标准设防类（丙类建筑)：应符合本地区抗震设防烈度的要求。

适度设防类（丁类建筑)：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。建筑分类建筑抗震设防标准——抗震构造措施

建筑场地为I类时，甲、乙类的建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；对丙类的建筑应允许按本地区抗震设防烈度降一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。

建筑场地为III、IV类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度8度（0.20g)和9度（0.40g)的要求采取抗震构造措施。

建筑分类抗震措施和抗震构造措施的区别和联系抗震措施包括：（1)抗震构造措施：根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。例如，构件的配筋要求（包括最小配筋率、体积配箍率、箍筋加密区要求等)、延性要求（包括轴压比等)、锚固长度等。（2)其他抗震措施：除抗震构造措施以外的抗震措施。例如，结构体系的确定、结构的高宽比和长宽比、结构布置、相关构件的内力调整（包括强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件等)。

建筑分类——例题1.某乙类多层建筑所在场地为I类，抗震设防烈度为6度，确定其抗震措施，应按下列何项要求处理？

（A)6度

（B)7度

（C)8度

（D)9度2.某乙类多层建筑所在场地为I类，抗震设防烈度为6度，确定其抗震构造措施，应按下列何项要求处理？

（A)6度

（B)7度

（C)8度

（D)9度3.某丙类多层建筑在III类场地，场地设计基本地震加速度为0.15g，确定其地震作用计算，应取下列何项设防烈度？

（A)6度

（B)7度

（C)8度

（D)9度

抗震设防目标三水准目标："小震不坏，中震可修，大震不倒”

多遇烈度: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。

基本烈度: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。

罕遇烈度: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。

抗震设防目标三水准目标："小震不坏，中震可修，大震不倒”

多遇烈度："小震不坏”满足多遇地震作用下的承载力极限状态要求以及建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。

基本烈度："中震可修”要求建筑结构具有相当的延性能力，不发生不可修复的脆性破坏。

罕遇烈度："大震不倒”要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不能超过规定的弹塑性变形限值。多遇地震烈度和罕遇地震烈度三水准目标："小震不坏，中震可修，大震不倒”

多遇烈度Im：50年超越概率63.2%。

基本烈度I0：50年超越概率10%。

罕遇烈度Is：50年超越概率2%~3%。

三种烈度的超越概率示意图两阶段抗震设计方法

第一阶段（大多数结构)

（1)小震下承载力验算和弹性变形验算（小震不坏，中震可修)；

（2)抗震概念设计和合理的抗震构造措施（大震不倒)。

第二阶段（特殊结构)

罕遇地震作用下弹塑性变形验算，合理的抗震构造措施（大震不倒)。

第1章结构抗震基本知识§1-1地震基本知识§1-2地震的基本术语§1-3地震动特性§1-4工程结构的抗震设防§1-5建筑场地建筑场地的地震影响

在软弱地基上，柔性结构最容易遭到破坏，刚性结构表现较好;在坚硬地基上，柔性结构表现较好，而刚性结构表现不一。

在坚硬地基上，建筑物的破坏通常是因结构破坏所产生，在软弱地基上，则有时是由于结构破坏而有时是由于地基破坏所产生。

就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的破坏比坚硬地基上的破坏要严重。

建筑场地的地震影响

我国1975年辽宁海城地震、1976年唐山地震和1967年委内瑞拉地震中不同覆盖层厚度上的建筑物,其震害表现明显不同。

深厚覆盖土层上建筑物的震害较重,而浅层土上建筑物的震害则相对较轻。

在覆盖层为中等厚度的一般地基上,中等高度一般房屋的破坏,比高层建筑的破坏严重,而在基岩上各类房屋的破坏普遍较轻。

场地土层的固有周期与场地的地震效应

场地土层的基本振型固有周期T的简化计算公式：

对于单一土层：式中，dov为覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的厚度;vs为土的剪切波速。

硬夹层土剪切波速快些，使土层固有周期减小;而软夹层土剪切波速慢些，使土层固有周期加长。还可看出，场地土层的基本振型固有周期就是剪切波穿行覆盖层4次所需的时间。

场地土层的固有周期与场地的地震效应

地震动卓越周期与该地点土层的固有周期一致时,产生共振现象,使地表面的振幅大大增加。另一方面,对于与场地土层固有周期不同的谐波分量又具有滤波作用。由于表层土的滤波作用,使坚硬场地土震动以短周期为主,而软弱场地土则以长周期为主。

在坚硬场地上自振周期短的刚性建筑物震害较重,而软弱场地上长周期柔弱性建筑物的震害较重。

一般地讲,软土地基上的建筑物震害重于硬土地基上的建筑物震害。

建筑场地类别确定方法

采用等效剪切波速和覆盖层厚度作为评定指标的两参数分类方法。

建筑场地类别共分为4类,分别为I类、II类、III类、IV类,其中I类分为I0、I1两个亚类。

等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)建筑场地类别确定方法

步骤1：确定覆盖层厚度

一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。

步骤2：确定计算深度范围内土层的等效剪切波速vse式中，Vse为土层的等效剪切波速（m/s)；d0为计算深度（m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小者；t为剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；di为计算深度范围内第i土层的厚度（m)；vsi为计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s)；n为计算深度范围内土层的分层数。

步骤3：根据覆盖层厚度和等效剪切波速确定建筑场地的类别

第1章主要知识点1震级和地震烈度的区别和联系2地震动的三大特性及其对结构的影响3地震影响的主要决定因素4建筑抗震设防标准的分类和具体要求5抗震措施和抗震构造措施的区别和联系6三水准抗震设防目标和两阶段抗震设计方法7场地的地震效应与场地类别划分方法8场地土液化现象与液化判别方法9液化场地的危害性分析与抗液化措施第1章复习思考题一、选择题1.位于软弱场地上,震害较重的建筑物是:A.木房屋等柔性建筑B.单层框架结构

C.单层厂房结构D.多层剪力墙结构2.建筑抗震设计第二阶段是指:A.大震作用下弹塑性变形验算B.小震弹性作用下承载力计算C.小震弹性作用下变形验算D.中震弹塑性作用下承载力验算3.现行建筑结构抗震规范中,承载力设计规定的地震作用与下列何种作用相当?A.大震弹塑性作用B.中震弹塑性作用C.中震弹性作用

第1章复习思考题4.A.B两幢多层建筑，A为丙类建筑，位于6度抗震设防烈度区，场地为I类；B为乙类建筑，位于7度抗震设防烈度区，场地为III类，下列说法正确的是：（A）A幢建筑按6度计算、按6度采取抗震措施；B幢建筑按7度计算、按7度采取抗震措施；（B）A幢建筑按6度计算、按7度采取抗震措施；B幢建筑按7度计算、按8度采取抗震措施；（C）A幢建筑不必作抗震计算、按7度采取抗震措施；B幢建筑按7度计算、按8度采取抗震措施；（D）A幢建筑不必作抗震计算、按6度采取抗震措施；B幢建筑按7度计算、按8度采取抗震措施。

第1章复习思考题二、计算题1.已知某建筑场地的地质钻探资料如表所示,试确定该建筑场地的类别。