第三章_第二节建筑抗震设计基本知识

1、第二节第二节 建筑抗震设计与设防建筑抗震设计与设防地震是地壳运动的一种形式地震是地壳运动的一种形式是一种普遍的自然现象是一种普遍的自然现象每年约500万次地震99%以上是人感觉不到的不到1万次能感觉到5级以上强烈地震仅有1000次左右全球地震分布是有规律全球地震分布是有规律环太平洋地震带和欧亚地震带环太平洋地震带和欧亚地震带全球地震分布是有规律全球地震分布是有规律地震带位于板块边界85%发生在海洋，15%发生在大陆概概述述l地震是一种突发的自然灾害地震是一种突发的自然灾害l我国是我国是世界上多地震国家世界上多地震国家之一之一l六、七十年代的强烈地震造成六、七十年代的强烈地震造成了严重损失了严重

2、损失l近几年地震比较活跃近几年地震比较活跃l搞好新建工程的抗震设计是最根本的减灾措施搞好新建工程的抗震设计是最根本的减灾措施世界陆地世界大陆面积中国约占十四分之一地震次数中国约占三分之一我国是大陆地震最多的国家我国是大陆地震最多的国家=20世纪以来统计结果我国地震灾害特点我国我国 20世纪以世纪以来地震灾害统计来地震灾害统计6.0-6.9级地震：395次7.0-7.9级地震：8.0级以上地震：8.5级以上地震：死亡人数：伤残人数：倒坍房屋：受灾人数：直接经济损失：间接经济损失：70次+1+18次+1+12次59万人+776万人600余万间数亿人次数百亿元数千亿元我国地震灾害特点以下VII度区以

3、下以80%70%60%50%40%30%20%10%0%90%VII度区以上50% 50%VII度区以上城市67%VII度 33%区VII度上 区以下特大城市VII度区以下59%41%VII VII度 度区 区以上全国我国城市危险程度我国城市危险程度100%23个省会城市、2/3百万以上人口的大城市我国地震灾害特点气象灾害气象灾害40%40%地质灾害4%海洋与海洋与林业灾害林业灾害1%1%其他灾害1%建国后地震死亡人数为群灾之首建国后地震死亡人数为群灾之首地震灾害 54%死亡人总数约为55万，地震死亡28万，超过一半我国地震灾害特点1556年陕西华县8级地震，死亡83万人1920年宁夏海原8.

4、6级地震，死亡23.4万人1976年河北唐山7.8级地震，死亡24.2万人856年伊朗8级地震，死亡20万人2004年印尼苏门达腊8.7级地震，死亡30万人历史记载上死亡超历史记载上死亡超20万人的地震万人的地震1303年山西洪洞8级地震，死亡20万人我国地震灾害特点唐山大地震唐山大地震19761976年年7 7月月2828日，唐山市发生日，唐山市发生7.87.8级地震。级地震。l 地震的震中位置位于唐山市区。地震的震中位置位于唐山市区。l 这是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。这是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。l 北京市和天津市受到严重波及。地震破坏范围超过北京市和天津市受到严重波及。地

5、震破坏范围超过3 3万平方公里，有感范围广达万平方公里，有感范围广达1414个省、市、自治区，个省、市、自治区，相当于全国面积的三分之一。相当于全国面积的三分之一。l 地震发生于深夜，市区地震发生于深夜，市区80%80%的人来不及反应，被埋的人来不及反应，被埋在瓦砾之下。极震区包括京山铁路南北两侧的在瓦砾之下。极震区包括京山铁路南北两侧的4747平平方公里。区内所有的建筑物均几乎都荡然无存。方公里。区内所有的建筑物均几乎都荡然无存。l 地震共造成地震共造成24.224.2万人死亡，万人死亡，16.416.4万人受重伤万人受重伤唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，地震时除唐山市文化路青年宫

6、，为砖混结构的二层楼房，地震时除四根门柱外四根门柱外，全部坍塌。，全部坍塌。开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存 。唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房局部倒塌。唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）唐山市机车车辆厂震后概貌。震后工厂厂区印印 度度 大大 地地 震震 当地时间当地时间2001年年1月月26日上午日上午8时时46分（北京时分

7、（北京时间间2001年年1月月26日日11时时16分分36.4秒，国际时间秒，国际时间2001年年1月月26日日03时时16分分40秒），在印度西北部古吉拉特邦秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为震为里氏里氏7.9级级，震中位于北纬，震中位于北纬23.6度和东经度和东经69.8度。度。至至31日止，地震发生后已发生了日止，地震发生后已发生了196次余震。次余震。座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。 地震造成达地震造成达180180公里的破碎带，水平和垂直错

8、距都很大，公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。造成建筑物的大量毁坏。结构工程师的任务结构工程师的任务对地震区域作抗震减灾规划；对地震区域作抗震减灾规划；对新建筑工程作抗震设计；对新建筑工程作抗震设计；已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。加固。第十七条第十七条 新建、扩建、改建建设新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。工程，必须达到抗震设防要求。第十九条第十九条 建设工程必须按照抗震建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗设防要求和

9、抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施震设计，并按照抗震设计进行施工。工。中华人民共和国防震减灾法(1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过)第四十五条第四十五条 违反本法规定，有下列行为之一的，由违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以专业主管部门按照职责权限责令改正，处一万元以上十万元以下的罚款：上十万元以下的罚款：（一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的；（一）不按照抗震设计规范进行抗震设计的；（二）不按照抗震设计进行施工的（

10、二）不按照抗震设计进行施工的中华人民共和国防震减灾法(1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过) 抗震基本知识抗震基本知识一、地震的种类地震类型与成因成因地震的类型：地震的类型：l诱发地震诱发地震：水库蓄水、人工爆炸或矿山开采等引起的地震：水库蓄水、人工爆炸或矿山开采等引起的地震l天然地震天然地震1)构造地震构造地震：由：由地球内部岩层的构造变动引起的地震地球内部岩层的构造变动引起的地震2)火山地震：火山爆发岩浆冲出引起的地震火山地震：火山爆发岩浆冲出引起的地震l陷落地震陷落地震诱发地震水库地震新丰江水库大坝1962年3 月19日04时18分（北京时间），在大坝

11、东北1.1 公里处发生6.1级地震，震源深度5 公里，震中烈度 VIII 度。这次地震成为我国截止目前最大的水库地震。极震区长轴约9 公里，面积约28平方公里。构造地震构造地震的成因地球内部由三个圈层组成：地壳、地幔、地核地壳、地幔、地核地壳是由一些巨大的板块组成美洲板块非洲板块欧亚板块印-澳板块 太平洋板块南极洲板块岩流层（地幔）板块间相互挤压、冲撞引起地震板块之间的相互作用力会使地壳中的岩层发生变形，当这种变形积聚到一定程度时，该处岩体就会发生突然断裂或错动，引发地震。火山地震地震波与震源二、二、震源和震中H60m60mH300m浅源地震中源地震深源地震同样大小的地震,H较小时,震中区范围

12、小,破坏程度大;H较大时,震中区范围大,破坏程度小;震源震中区震源深度H观测点L震中距震源深度地震波（弹性波）VpVsVLVp=1.67Vs地震波体波面波(L波)纵波(P波)上下颠簸横波(S波)瑞雷波乐夫波左右摇晃上下颠簸左右摇晃地震波横横纵纵M5破坏性地震M7强烈地震三、地震震级与地震烈度（一）（一）地震震级地震震级地震震级: : 衡量一次地震强弱程度即地震所释放的能量大小的度量指标震级M与震源释放能量E（单位为 10-7J）之间的关系为：logE=11.8+1.5M地震震级震级是通过地震仪器的记录计算出来的，地震越强，震级越大。震级相差一级，能量相差约30倍。目前世界上有纪录的最大地震是1

13、960年5月22日发生在智利的8.9级地震。一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹（二）（二）地震烈度地震烈度：地震烈度：地震时一定地点地面震动的强弱程度。是某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度。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；中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。地震烈度地震烈度地震烈度表示地面受到地震的影响和破坏程度。一个地震的震中只有一个烈度，但随着各地的远近和受破坏的程度不同而出现不同的烈度。目前我国地震烈度采用12等级。基本烈度与地震区划基本烈度基本烈度是指一个地区在一定时期（我国取50年）一般场地条件下按一定

14、的概率（ 我国取10%）可能遭遇到的最大地震烈度。相当于475年一遇的最大地震的烈度基本烈度是该地区进行抗震设防的依据。各地区的基本烈度由各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图（GB18306-2001)GB18306-2001)确定。确定。20082008年修订版，年修订版，20102010版新规范。版新规范。四、四、地震灾害概说直接灾害建筑物与构筑物的破坏；山体等自然物的破坏；地面破坏；海啸。次生灾害火灾、水灾、毒气泄漏、瘟疫直接灾害建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；直接灾害建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；直

15、接灾害建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；直接灾害建筑物与构筑物的破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；1995年日本阪神地震，铁路扭曲直接灾害山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；2004年日本新潟地震导致滑坡，房屋道路毁坏直接灾害山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；直接灾害地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；直接灾害地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；2004年12月26日深夜，印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生里氏8.5级强烈地震。这是最近一个世纪以来发生的最强的5次地震之一 。直接灾害海啸海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成

16、沿海地区的破坏；海啸模拟图印度洋地震海啸造成了有史以来罕见的大灾难死亡约30万人直接灾害海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；震级7上下的错动水深1000米开阔并逐渐变浅的海岸地震海啸形成条件海啸狂扑多国惨痛受蹂躏斯里兰卡有4500多人死亡，受灾人数达100万，政府宣布国家进入灾难状态。印度至少有2000人死亡，200多名渔民失踪。泰国有310人死亡，2000多人受伤。马来西亚有42人淹死。马尔代夫15人死亡。缅甸10人死亡。地震余波甚至连远在1500公里外的泰国首都曼谷都能感受到，一家医院为防万一紧急疏散了400名病人。2004年12月26日泰国南部旅游胜地普吉岛遭海啸

17、袭击后的航拍照片次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。1 1、火灾、火灾由震后火源失控引起；1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。主要的次生灾害有：1995年日本阪神地震，煤气泄漏引发200多起火灾1933年四川叠溪7.5级地震洪水淹没2万多人2、水灾由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3、毒气泄漏由建筑物或装置破坏等引起；4 4、瘟疫、瘟疫由震后生存环境的严重破坏而引起. 我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是我国位于

18、环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是一个多地震的国家。主要地震带有两条，一是北起贺一个多地震的国家。主要地震带有两条，一是北起贺兰山、经六盘山穿越秦岭至云南省东北的南北地震带，兰山、经六盘山穿越秦岭至云南省东北的南北地震带，二是沿陕西、山西、河北北部向东延伸到辽宁北部千二是沿陕西、山西、河北北部向东延伸到辽宁北部千山一带和从帕米尔高原经昆仑山、秦岭直到大别山的山一带和从帕米尔高原经昆仑山、秦岭直到大别山的东西地震带。东西地震带。 我国的地震活动主要分布在五个地震区的我国的地震活动主要分布在五个地震区的23条地条地震带上。震带上。五、中国地震带分布六六 工程抗震设防工程抗震设防（一） 抗震设防目标

19、及要求1.1.总目标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。2.2.“三水准三水准”抗震设防目标抗震设防目标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：简称为：“小震小震不不坏，中震可修，坏，中震可修，大震不倒大震不倒”。设防要求（三水准）：小震不坏，中震可修，大震不倒小震：多遇地震烈度中震：基本地震烈度大震：罕遇地震烈度I小=I-1.55II大I+150

20、年超越概率63.2%10%2-3%地震重现期50年475年1642-2475年地震影响小震中震大震第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变大震作用下的弹塑性变形验算形验算。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。（二）（二） 抗震设计方法（两阶段设计法）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小震作用下的结构和构件承载力验算和弹性变形验算力验算和弹性变形验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。达到小震不坏、中震可修达到大震不倒抗震措施提高一度（9度适当提高）提高一度（9度适当提高）；小规模建筑改变结构型式时可不提高原设防烈度

21、适当降低（6度不降）地震作用计算应高于本地区设防烈度的要求，其值按批准的安评结果确定原设防烈度原设防烈度原设防烈度建筑的重要性重大建筑工程和可能发生严重次生灾害的建筑地震时使用不能中断或需尽快恢复的建筑甲、乙、丁类以外的一般建筑抗震次要的建筑建筑类别甲类乙类丙类丁类（三） 建筑物重要性分类与设防标准概念设计（四）（四） 抗震设计的总体要求建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：1、概概念设计：念设计：从总体上把握抗震设计的基本原则；2、抗震计算、抗震计算：为建筑抗震设计提供定量手段；3、构造措施、构造措施：保证结构整体性，加强局部薄弱环节，保证抗震计算结果的

22、有效性。地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位1. 1. 注意场地选择注意场地选择地段划分对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价提出避开要求；无法避开时应采取有效措施不应建造甲、乙、丙类建筑有利地段不利地段危险地段选择场地选择原则项目根据土质、地形等情况将地段划分为有利、不利

23、、危险地段。选择原则：注意场地选择水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。山坡地在地震时会产生土壤滑动冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。临近悬崖，容易滑落谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难地裂2. 把握建筑体型建筑平立面布置的基本原则是：对称：有利于减轻结构的地震扭转效应规则：地震时结构各部分的振动易于协调，应力集中现象少质量与刚度变化均匀：1）在平面

24、方向尽量使结构的刚度中心与质量中心一致，避免远离刚度中心的构件发生严重震害；2）在高度方向结构质量与刚度不宜有悬殊的变化，避免“变形集中”和“鞭梢效应”。马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。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。1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。2）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布

25、置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦但由于抗震墙提供了较大的

26、侧向刚度，位移量得到控制。结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的筒体，对称地由连梁连接起来，美洲 这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结银行 构能观察到的主要破坏。分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如

27、，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平面不规则的类型1 22 2 + 1 2 + 12 2 1.2 B 0.3BmaxBmaxB 0.3BmaxBmaxBmaxB 0.3BmaxBmaxB 0.3Bmax扭转不规则凹凸角不规则不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一

28、楼层的80%竖向不规则的类型Ki + 2Ki +1Ki +3Ki沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递)楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%Qy ,i +1Qy ,iQy ,i 0.8Qy ,i +1多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）竖向不规则的类型严重不规则是指体型复杂，3. 利用结构延性设计中通过构造措施和截面设计尽量增加结构与构件的延性结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。规范对