抗震设计基础理论.ppt

1、第一章 抗震设计原则,1-1 地震基本知识,一、地球的构造,1、地壳 地球最表面的一层，很薄，一般厚度为5-40 km，平均厚度约为30km。 主要由各种不均匀的岩石组成：沉积岩花岗岩玄武岩等。 绝大部分地震都发生在地壳内。 2、地幔 中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。 主要由具有粘弹性性质的质地比较坚硬的橄榄岩组成。 地幔内部的物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢运动，可能是造成地壳运动的根源。 3、地核 地球最里面的一层，半径约为3500km，是地球的核心部分。 可分为外核（厚2100km）和内核，其主要构成物质是镍和铁。 根据推测，外核可能处于液态，内核可能处于固态。,二、地震及其

2、成因,1、按成因分类 （1）火山地震：由于火山爆发而引起的地震。这类地震在我国很少见。 （2）陷落地震：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。这类地震的震级很小，造成的破坏也很少。 （3）诱发地震：由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。 （4）构造地震：由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂而引起的地震。, 特点：构造地震分布广，危害大，是抗震结构设计研究的主要对象。 原因：岩层发生突然断裂或猛烈错动，产生振动源，振动以波的形式传播到地面，形成构造地震。 地下岩层断裂时，往往不是沿着一个平面发生，而是形成一个一系列裂缝组成的破碎地带，并且这个破碎地带的所有岩层不可能同时达到

3、新的平衡。因此，每次大地震的发生一般都不是孤立的，大地震前后总有很多次中小地震发生。, 地震序列：在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在地区一系列大小地震称为地震序列。 主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震叫主震。 前震：在主震之前发生的地震。 余震：在主震之后发生的地震。, 主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。是一种破坏性地震类型。 震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级不突出，主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。 孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是

4、通过主震一次释放出来的。, 震源：断层形成的地方，即大量释放能量的地方。 震源不是一个点，而有一定的范围和深度。 震中：震源正上方的地面位置。,2、按震源深浅程度分类,（1）浅源地震：震源深度在60 km以内，一年中全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地震。 （2）中源地震：震源深度在60-300 km，一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震。 （3）深源地震：震源深度超过300 km，一年中全世界所有地震释放能量的约3%来自中源地震。,三、地震波、震级及地震烈度,1、地震波 地震产生的地壳运动（振动）以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波称为地震波。 地震波包含：体

5、波和面波。,（1）体波：在地球内部传播的波。 体波包含：纵波和横波。, 纵波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，故又称为压缩波或疏密波。特点：周期短，振幅小。 横波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，故又称为剪切波。特点：周期较长，振幅较大。 根据弹性理论，纵波的传播速度大约为横波的1.67倍，说明纵波的传播速度快，因此也把纵波叫初波，横波叫次波。,（2）面波：只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。 面波包含：瑞雷波和洛夫波。 特点：周期长，振幅大，只在地表附近传播，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。, 瑞雷波：传播时，质点在

6、波的传播方向和地面法线组成的平面内（XZ）做椭圆形运动，而在与XZ平面垂直的水平方向（Y）没有振动，质点在地面上呈滚动形式。 洛夫波：传播时，质点只在与传播方向相垂直的水平方向（Y）运动，在地面上呈蛇形运动形式。,从实际地震时记录到的地震波可以看出，首先达到的是纵波（初波、P波），接着是横波（次波、S波），面波达到的最晚。 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。,2、震级, 震级是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。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，即地震震级为 式中 A是

7、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）。 震级与震源释放能量的大小有关。震级每差一级，地震释放的能量将相差32倍。, 地震按震级大小分为： （1）微震：小于2级，人感觉不到，只有仪器才能记录下来。 （2）有感地震：2-4级，人能感觉到。 （3）破坏性地震：5级以上地震，能够引起不同程度破坏。 （4）强烈地震或大震：7级以上地震。 （5）特大地震：8级以上地震。,3、地震烈度, 指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。 主要与震中距离、地震大小、震源深度、地震的

8、传播介质、表土性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素有关。 对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的。一般来说，距离震中越远，地震影响越小，烈度就越低；反之，地震烈度就越高。,3.地震烈度,（1）定义及影响因素,一次地震对某一地区的地表和建筑物影响的平均强弱程度，称地震烈度，简称为烈度。用I表示。,一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。,（2）地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在1980年制定了中国地震烈度表。,中国地震烈度

9、表将地震烈度分为1-12度。,1 绪论,1.地震基本烈度,一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%的超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。,相当于475年一遇的最大地震的烈度。,基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,1 绪论,2. 中国地震烈度区划图,见下图,1 绪论,中国地震烈度区划图,3. 中国地震动参数区划图,2001.2.2国家质量技术监督局发布了中国地震动 参数区划图（GB18306-2001），该图件中的设防水准 为50年，超越概率10%。该图件发布后，地震基本烈度向 地震动参数过渡。,为方便

10、设计，抗震规范附录A列出了我国主要城镇 抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组。 如包头（除白云地区外的5个市辖区）： 抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g， 设计地震分组为第一组。,1 绪论,1.3.2 抗震设防目标及小震、大震,1、抗震设防目标,1.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。,2.“三水准”抗震设防目标,具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。,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

11、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。,简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。,1 绪论,1 绪论,3.“两阶段”抗震设计方法,第一阶段：,对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。,第二阶段：,对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。,有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等,1 绪论,2、小震与大震,多遇地震烈度：在50年期限内，一般场 地条件下，可能遭遇的超越概率为63.2% 的地震烈度值，相当于50年一遇的烈度值 。与之对应的

12、烈度值称为小震。,基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值，相当于474年一遇的烈度值。与之对应的烈度值称为中震。,罕遇地震烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2%3%的地震烈度值，相当于16002500年一遇的烈度值。与之对应的烈度值称为大震。,超越概率：在一定时期内，地震震动强度超过规定值的概率。,1 绪论,建筑类别不同，抗震设防标准也不同。,1.抗震设防分类,国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了建筑抗震设防分类标准GB50223。,该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4

13、个抗震设防类别。,国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日公布了建筑抗震设计规范GB50011-2001。该规范对上面标准作了修改。,1.3.3 抗震设防分类及标准,1 绪论,2.抗震设防标准,抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。,抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。,1 绪论,在设防烈度为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。,较小乙类建筑：工矿企业的变电所、空压站以及城市供水水源的泵房等。,抗震性能较好的结构类型指钢筋混凝土结构或钢结构。,1 绪论,1.3.4 抗震概念设

14、计,1、定义与基本内容,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。,基本内容包括：,（1）.注意场地和地基的选择； （2）.建筑设计应重视建筑结构的规则性； （3）.合理的建筑结构体系选择； （4）.抗侧力结构和构件的设计； （5）.注意非结构构件； （6）.材料与施工。,（1）.注意场地和地基的选择；,.选择建筑场地时，应根据有关资料对抗震有利、不利 和危险地段做出综合评价。应避开不利地段，无法避开 时，要采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙 类建筑。,.同一结构单元的基础不宜设置在性质不同的地基上， 也不宜部分采用天

15、然地基部分采用桩基；当地基为软弱 黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应考虑 地震时地基不均匀沉降或其它不利影响，并采取相应措施。,1 绪论,（2）、建筑结构的规则性,建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。,马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为15层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。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。,最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。,马那瓜美洲银行大厦,马那瓜中央银行大厦,平面不规则的类型,平面不规则的类型,竖向不规则的类型,竖向不规则的类型,

16、（3）、结构体系的合理选择,抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。,A.结构体系应符合下列各项要求：,a.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。,1 绪论,b.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。,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。,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。,c.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量

17、的能力。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。,足够的承载力和变形能力是需要同时满足的。,必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。,有较高的承载能力而缺少较大变形能力如 不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而 倒塌。,d.对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。,e.宜具有多道抗震防线，宜具有合理的刚度和承载力分布；避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中；结构在两个主轴方向的动力

18、特性宜相近。,B、结构构件应符合下列要求,a.砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱或采用配筋砌体；,b.混凝土构件应合理选择尺寸、配置纵向受力钢筋和箍筋、避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋的屈服、构件破坏先表现在混凝土对钢筋粘结的丧失。,c.预应力混凝土的抗侧力构件，应配置足够的非预应力钢筋。,d.钢结构应避免局部或总体失稳。,C.应加强结构构件之间的连接；抗震支撑系统应能保证地震时结构的稳定性。,（4）、非结构构件,非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。,附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚

19、固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。,围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。,3. 幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，避免地震时脱落伤人。,安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座 和连接，应符合地震时使用功能的要求，且 不应导致相关部件的损坏。,（5）、材料与施工,A、合理地使用材料，确保施工质量是保证抗震质量的关键。设计文件上应注明对材料和施工质量的要求。,B、对砌体材料的要求：,a.烧结普通粘土砖和烧结多孔粘土砖的强度等级不应低于 MU10，砖砌体的砂浆等级不应低于M5; b.混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，砌块砌体的砂浆强度等级不应低于M7.5。,C、对混凝土结构材料的要求：,混凝土的强度等级：抗震等