建筑结构抗震绪论,第1章,抗震设防水准

1、工程结构抗震工程结构抗震河北工程大学河北工程大学土木工程学院建筑工程系土木工程学院建筑工程系王晓虹王晓虹 重点内容重点内容第1、2章 基本概念第3、4章 地震作用计算第5、6章 砼结构抗震设计第8章 砌体结构房屋 所谓抗震，就是采取各种措施尽量避免或减轻地震给我们造成的生命和财产的损失，工程结构抗震是其中的一个组成部分。自古以来，人类就不断经受着地震所带来的危害。人们在灾难中不断总结经验和教训，采取种种手段抵御地震灾害。到现阶段，围绕抗震这个主题，已经发展成为“地震工程”这样一个具有许多分支的综合性学科体系，通过工程技术提高城市综合抗震能力，提高各类建筑的抗震水平。目前的水平是：“屡见成功，偶

2、有失败”。它涵盖了地震预报、地震危险性分析、城市抗震规划、工程结构抗震、抢险救灾措施、灾后重建措施等方面，涉及到地球物理、地质学、岩土工程、结构工程、城市规划等方面的知识。0 0 引言引言 问题的提出问题的提出 首先引入一个实际例子作为载体，围绕它展开工程结构抗震话题的讨论。例：河北沙河市第二中学科技楼总建筑面积11277平米，基底建筑面积1810平米。建筑层数：地上6层，无地下室。建筑高度：24.8米。房间功能分布：首层由阅览室、多媒体教室、办公室、门厅等组成；二五层主要为教室，六层主要为办公室。建筑总平面及各层平面示意图见图0-1、0-2。北立面、I-I剖面及透视见图0-3。SU模型设计标

3、高及层高：室内外地坪高差0.6米；首层层高4.2米，二六层3.8米，设备层3.6米，局部八层2.9米。结构形式：拟采用钢筋混凝土框架结构，耐火等级为二级。采用条形基础。设计使用年限：50年墙体材料：室内地面以上采用加气混凝土砌块，外墙250mm厚，内墙200mm厚；室内地面以下采用煤矸石实心砖。建筑结构安全等级二级。基本问题地震可能给此建筑造成什么样的危害？我们能够采取那些有效的对策进行设防？设防的程度与经济代价之间的分寸如何把握？震害 对策原则震因、规律、危害避、减、抗（耐）生命、经济、能力水平、标准、要求 0.1 0.1 地震的成因及分布规律地震的成因及分布规律 抗震设计抗震设计是指通过设

4、计使结构能够抵抗一定程度的地震所造成的破坏。 0.1.1 地震的成因地震分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。其中后三种较少见，并且震级较小，一般不对房屋结构构成威胁。通常所说的地震一般是指构造地震。地震的成因：断层说、板块构造说。地球构造 地层剖面 断层图 板块图 地震序列：震源的能量释放不是一次瞬间完成的，况且各种地震波在介质中的传播速度有快有慢，在分层介质的界面上又有反射与折射，因此到达地面某一地点形成若干个具有一定持续时间的过程。其中能量最集中、震动最剧烈的称为主震，主震之前发生的称为前震，主震之后发生的称为余震。0.1.2 地震的分类除了上述按地震的成因划分的4类地震之外，按震

5、源深度分为深源地震（震源深度300km）、中源地震（震源深度60300km）和浅源地震（震源深度60km）。按地震序列的特点分为主震型、震群型、单发型（或孤立型）地震。按剧烈程度分为：微震（1级）、有感地震（24级）、破坏性地震（5级以上）。7级以上称为强烈地震，8级以上为特大地震。现记录到的最大震级为8.9级。0.1.3 地震的分布规律地震的分布规律世界范围环太平洋地震带、地中海南亚地震带；国内属板块内地震，分布规律不十分明显，大体上可分为南北和东西两大地震带。地震带地震带岩层断裂带。我国是多地震区，邯郸处于太行山断裂带。0.1.4 震源、震中、震中距、等震线震源、震中、震中距、等震线地下地

6、震的发源处为震源垂直于震源的地表为震中 0.2 0.2 震震 害害0.2.1 地震灾害上世纪以来，全世界破坏性强的地震平均每年18次，造成经济损失达数千亿元。126万人死亡，近千万人严重伤残。 一次大地震可在数10秒钟之内使一座繁荣的城市变成废墟，人们几代人的积累和财富化为乌有。地震灾害 直接灾害：震动造成房屋被毁，地裂、滑坡、地陷、塌方等造成道路、矿山等的毁坏，海啸摧毁港口、船只和近海岸的建筑物等等。 次生灾害：油罐、输气管道破裂引起火灾，水坝决口引起水灾，玻璃碎片飞舞伤人，此外还有爆炸、核泄漏等等。0.3地震对建筑物的危害及对策 由于地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。 由于地基

7、失效或沉陷而造成，如软弱地基沉陷、砂土液化。 由于建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。 由于主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。 通过选择场地来解决（避） 通过地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决。 通过设计中选择合理的结构方案、合理的布置、合理的抗震措施解决。 通过结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施保证强度、延性、构造等。建筑选址、规划根据文件和具体情况确定抗震设防水准调整结构方案根据相应的设防水准进行地震作用计算计算地震作用下的内力及变形，重力荷载和其他可变荷载作用下的内力内力组合，截面及节点承载力计

8、算和变形验算地基承载力验算和基础设计根据构造要求确定构造细节，绘制施工图 现行规范的抗御地震基本做法是： 1)、抗震方案设计（概念设计） 2)、采取抗震构造措施（构造设计） 3)、进行抗震验算（计算设计） 通过以上手段达到抗震的目的。 这就是抗震设防。第第1 1章章 抗震设防水准抗震设防水准地震的剧烈程度怎样描述？未来将要发生的地震危险性如何估计？抗震设防的水准与经济代价之间的分寸怎把握？1.1 1.1 特定地点地震强烈程度的描述特定地点地震强烈程度的描述地震烈度地震烈度1.1.1 1.1.1 地震震级与地震烈度地震震级与地震烈度(1)、震级震级 一次地震强弱的等级。现国际上的通用震级表示为里

9、氏震级（Richter）。 用标准的地震仪在距震中100km处记录最大水平位移A（以m计）。 震级M=lgA+R() 震级与能量的关系 lgE=11.8+1.5M 震级差一级，能量差32倍之多。 (2)、 *地震烈度地震烈度烈度定义：某一地点地面震动的强烈程度，由地面建筑的破坏程度、物体的振动及运动强烈程度而定。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。 注意与震级区分。烈度表：分为12度（不同的国家的分度方法不同）1度为无感觉，12度为山河剧变，山河改观，见P238烈度表。注意：12度分。评定标准：人的感觉，房屋破坏，其它现象，物理指标。6度开始有破坏。 加速度：10度为1000cm/s2 9度

10、为500 cm/s2 8度为250 cm/s2 7度为125 cm/s2 6度为63 cm/s2 问题：一建筑物可假定为刚体，质量为问题：一建筑物可假定为刚体，质量为100t，问该建筑，问该建筑的地震力在的地震力在69度时，分别为多少？度时，分别为多少？1.1.2 未来可能发生地震的烈度已经发生的地震可以明确地确定其烈度大小，而工程结构抗震设防是为了抵御将来可能发生的地震，而将来发生的地震是不确知的。如何准确地预估将来发生的地震仍是一个大难题。（1）关于地震预报 人类研究地震虽已取得大进展，但对地球本身的了解还太少，还不能准确预报地震，目前的水平是“偶有成功，错漏甚多”。（2）历史地震活动规律

11、：活跃期和平静期 1976年后，我国经历了十多年的平静期，从90年开始又进入新的活跃期，已发生多起5级以上地震。关于上次课的问题 什么是直接灾害？什么是次生灾害？ 房屋的震害有哪几类？各应采取何对策？ 建筑抗震设计的大体内容和步骤？ 什么是震级？什么是烈度？两者之间的联系与区别？ 烈度共分几度？从几度开始设防？ 烈度与峰值加速度的关系？（3）基本烈度和烈度区划图）基本烈度和烈度区划图未来将要发生的地震被看作随机事件。*基本烈度基本烈度：在在50年期限内，一般场地条年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。的地震烈度值。烈度区划图：按基本烈度划分为不同的

12、区。意义：做为抗震设防的依据。烈度区划的方法：根据地震活动，地质构造划为基本单元分析在一定时间内各单元的发震震级、次数各震级的影响范围、烈度划出等烈度范围。烈度区划的影响因素 科技水平：对地震的认识，经济水平：国家的经济水平允许。 抗震设防烈度：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。一般情况下可采用基本烈度。 抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。须进行抗震设计。1.2 三水准的抗震设防目标按概率推测，烈度越高的地震发生的可能性越小。建筑抵御地震的能力越高，经济代价越大。若将过多的钱用于抵御将来几乎不可能发生的大地震，显然不

13、上算。反过来，若为了省钱而使建筑难于抵御发生几率较大的地震，显然是难以接受的。所以要把握适当的分寸。生命安全是底线，在发生概率较小的大地震影响下，房屋不能倒塌；在经常发生的小规模地震影响下，我们不满足于保住性命，应该提出更高要求。1.2.1*多遇地震烈度、罕遇地震烈度及其与多遇地震烈度、罕遇地震烈度及其与基本烈度的关系基本烈度的关系某一地区的地震烈度是一个概率事件。出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度；很少出现的高于基本烈度的大的地震烈度称为罕遇烈度。三种烈度的超越概率示意图.55度度左右（多遇烈度）（设防烈度）（罕遇烈度）经研究其分布函数可用极值III型表示。 地震烈度上限值， =12I

14、 地震烈度; k 形状参数烈度概率密度曲线上峰值所对应的强度基本烈度：超越概率为基本烈度：超越概率为10%多遇烈度（众值烈度）：多遇烈度（众值烈度）： 超越概率超越概率63.2%比基本烈度小比基本烈度小1.55度。度。罕遇烈度：超越概率为罕遇烈度：超越概率为23%，比基本烈度，比基本烈度 高高1度左右。度左右。kIkkeIkIf)()()(11.2.2 *三水准的抗震设防目标 当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用；可使用；当遭遇设防烈度的地震影响时，可能当遭遇设防烈度的地震影响时，可能损坏，经

15、一般修理或不需修理仍可继续损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估罕当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。命的严重破坏。小震不坏中震可修大震不倒1.2.3 *两阶段的常规设计方法：两阶段的常规设计方法： 第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算，保证小震不坏用下的结构截面强度验算，保证小震不坏和中震可修。第二阶段，通过对罕遇地震和中震可修。第二阶段，通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验

16、算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。 设防范围：6度，7度，8度，9度 6度一般只需按构造考虑。10度区上的建筑抗震设计应做专门考虑。1.3 不同重要性的建筑应区别对待 按建筑的重要性不同，而采用不同的设防标准。无人居住且很少有人在其中活动的建筑（如储存普通物品的仓库）与人员密集的建筑（如大商场）相比，发生破坏的后果是不一样的；会引发次生灾害的构筑物（如核电站）与普通的工业厂房（如金工车间）相比，发生破坏的后果显然也是大不相同的。对于一些重要的结构，花更大的代价以满足更高的要求是值得的。1.3.1 建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别根据建筑抗震设防分类标准

17、，分为以下四类：甲类建筑甲类建筑：地震破坏后对社会有严重影响，对国民经济有巨大损失或有特殊要求的建筑。乙类建筑乙类建筑：主要指使用功能不能中断或需尽快回复，且地震破坏会造成社会重大影响和国民经济重大损失的建筑。丙类建筑丙类建筑：地震破坏后有一般影响及其他不属于甲、乙、丁类的建筑。丁类建筑丁类建筑：地震破坏或倒塌不会影响甲、乙、丙类建筑，且社会影响、经济损失轻微的建筑。一般为储存物品价值低、人员活动少的单层仓库等建筑。1.3.2建筑物设防标准：抗震设防标准：衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。甲类：地震作用计算以及抗震措施均应高于本地甲类：地震作用计算以及抗震措施均应高于本地区的设防烈度。区的设防烈度。乙类：按设防烈度进行地震作用计算。抗震措施乙类：按设防烈度进行地震作用计算。抗震措施一般按高一度处理。一般按高一度处理。丙类：按设防烈度进行地震作用计算和采取抗震丙类：按设防烈度进行地震作用计算和采取抗震措施。措施。丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降低抗震措施要求。（低抗震措施要求。（6度时不降低）度时不降低）