建筑结构抗震与防灾

认识我们的家园——地球地壳：平均厚度30-40km；地幔：厚度约为2900km；地核：半径约为3500km。地震仅发生在地壳和地幔上部！地壳运动引发地震！什么是地震？地震：因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震。一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几次。时间2005200620072008200920102011201220132014次数16152219202825202311+2005-2014年世界7级以上地震年发生次数统计序号发震时刻纬度经度深度震级参考地名12014/2/1217:1936.182.512km7.3新疆维吾尔自治区和田地区于田县22014/3/1013:1840.8-12510km7美国加州附近海域32014/4/0207:46-19.6-70.710km8.1智利北部沿岸近海42014/4/0310:43-20.4-70.120km7.8智利北部沿岸近海52014/4/1115:07-6.615550km7巴布亚新几内亚62014/4/1304:14-11.3162.230km7.8所罗门群岛附近海域72014/4/1320:36-11.5162.130km7.5所罗门群岛附近海域82014/4/1822:2717.6-100.740km7.3墨西哥92014/4/1921:27-6.7154.940km7.6巴布亚新几内102014/6/2404:5351.8178.8100km7.9拉特群岛112014/6/2915:52-55.6-28.610km7.0南桑威奇群岛2014年世界7级以上地震信息地震的危害在我国这样一个城市基础设施总体上抗震能力相对较低的情况下，一旦遭受大地震的影响，经济损失和人员伤亡都将会十分惨重！！！1976年唐山7.8级地震：24万人遇难；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。2008年汶川8.0级地震：7人遇难，1.8人失踪；直接经济损失8452亿元，震后重建概算总投资8613亿元。2010年玉树7.1级地震：将近3万人遇难。2013年雅安7.0级地震：200余人遇难。发展工程抗震的必要性2008年汶川8.0级地震：严格按照抗震设计规范设计并施工质量有保证的建筑，多数受到中等至严重破坏，但不至于倒塌而危及到生命安全。1995年日本阪神地震经良好抗震（按81规范）设计的建筑物与隔震房屋表现良好老旧房屋破坏严重甚至倒塌2010年1月海地7.0级地震有严格的建筑质量标准、防震标准。没有制定房屋的防震标准。2010年2月智利8.8级地震将近2000人遇难超过22万人遇难结构工程抗震在保护人类生命安全中可以发挥举足轻重的作用。工程抗震的研究内容以结构动力学和工程学为基础，研究内容包括建筑材料与地基的动力特性，构件与结构的振动特性、结构动力反应（重点是非线性或弹塑性反应），结构物的弹塑性与脆性破坏机制，以及结构可靠性理论和工程设计等领域。本课程的学习目标掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律；培养运用规范、标准；查阅技术资料的能力和抗震计算能力；了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的发展趋势。第1章建筑结构抗震基本知识；第2章场地、地基与基础；第3章建筑结构抗震计算；第4章结构抗震概念设计；第5章砌体与砖混结构抗震设计；第6章钢筋混凝土结构抗震设计；第7章钢结构抗震设计；第8章隔震与消能减震。本课程的学习内容及学习方法原理、步骤相通与工程实例结合是基础是“基础”重计算方法重思想、概念原理第1章建筑结构抗震基本知识主要内容1.1地震基本知识

1.2地震的灾害1.3地震的基本术语1.4地震动特性1.5建筑结构的抗震设防地震的部分专业术语震源：地球内部直接产生破裂的地方称为震源；震中：震源在地面上的投影点称为震中；震中区：震中及其附近的地方称为震中区；震中距：从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。1.1地震基本知识1.1.1地球的构造1.1.2地震的类型与成因按地震成因构造地震火山地震塌陷地震按震源深度浅源地震(<70km)中源地震(70-300km)深源地震(>300km)按感觉程度（正常人）（安静状态下）有感地震小震（震级在3~5级）中震（5~7级）无感地震超微震（震级小于1级）微震（1~3级）大震（7级以上）序号发震时刻纬度经度深度震级参考地名12014/2/1217:1936.182.512km7.3新疆维吾尔自治区和田地区于田县22014/3/1013:1840.8-12510km7美国加州附近海域32014/4/0207:46-19.6-70.710km8.1智利北部沿岸近海42014/4/0310:43-20.4-70.120km7.8智利北部沿岸近海52014/4/1115:07-6.615550km7巴布亚新几内亚62014/4/1304:14-11.3162.230km7.8所罗门群岛附近海域72014/4/1320:36-11.5162.130km7.5所罗门群岛附近海域82014/4/1822:2717.6-100.740km7.3墨西哥92014/4/1921:27-6.7154.940km7.6巴布亚新几内102014/6/2404:5351.8178.8100km7.9拉特群岛112014/6/2915:52-55.6-28.610km7.0南桑威奇群岛2014年中国及周边地区5级以上地震全世界85%的地震都是浅源地震；浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。2002年6月29日发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。一、构造地震构造地震是地球构造运动引起的地震；构造地震约占世界地震总数的90%以上；构造地震的震源深度通常在60km以内；破坏性地震主要属于构造地震。二、火山地震由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。三、塌陷地震指天然的岩洞、溶洞以及矿区的采空区支撑不住上覆岩层，发生坍塌而形成的地震。既有天然因素，又有人为因素。约占全世界地震的3%左右。因人为因素直接造成的地震是人工地震，如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。四、人工地震1.1.3地震的分布环太平洋地震带：分布在太平洋周围，包括南北美洲太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、日本列岛南下至我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。这里是全球分布最广、地震最多的地震带，所释放的能量约占全球的75%。欧亚地震带：从地中海向东，一支经中亚至喜马拉雅山，然后向南经我国横断山脉，过缅甸，呈弧形转向东，至印度尼西亚。另一支从中亚向东北延伸，至堪察加，分布比较零散。全球22%的地震发生在这一地震带。一、全球地震分布环太平洋地震带欧亚地震带二、我国地震分布我国处于全球的两大地震带之间，因此，我国大陆地震约占世界大陆地震的1/3。我国的地震活动主要分布在五个地区（地震区）的两条地震带（南北地震带和东西地震带）上。①台湾省及其附近海域；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-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。1.2地震的灾害1.2.1直接灾害一、地表破坏山石崩裂、滑动，地面裂缝，地陷及喷砂冒水等。二、结构物破坏房屋倒塌、桥梁断落、铁轨变形、水坝开裂。工程结构的常见破坏情况结构丧失整体稳定性结构强度不足引起的破坏；结构塑性变形能力不足引起的破坏；地基失效引起的破坏1.2.2次生灾害地震时间接引起的灾害称为次生灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。火灾海啸水灾毒气泄漏核泄漏瘟疫1.1-1.2重点一、地震的类型与成因按地震成因构造地震火山地震塌陷地震按震源深度浅源地震(<70km)中源地震(70-300km)深源地震(>300km)按感觉程度（正常人）（安静状态下）有感地震小震（震级在3~5级）中震（5~7级）无感地震超微震（震级小于1级）微震（1~3级）大震（7级以上）1.3地震的基本术语1.3.1震源和震中震中距：从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。震源：地球内部直接产生破裂的地方称为震源；震中：震源在地面上的投影点称为震中；震中区：震中及其附近的地方称为震中区；远震(>1000km)\近震(100-1000km)\地方震(<100km)杂波P波开始S波开始面波开始1.3.3震级（Magnitude）地震震级是地震的强度级别，由震源所释放出的能量多少来确定。目前国际上常用的是里氏震级。震级等于标准地震仪记录到的震中距Δ=100km处的地面最大水平位移（以10-6m为单位）的常用对数。一、定义A:待定震级的区域地震记录仪记录到的最大水平位移振幅（10-6m）；A0:标准地震仪在同一震中距离处的最大水平位移幅值；lgA0(Δ):0级地震在不同震中距的振幅对数值，称为起算函数，又叫标定函数。里克特规定：在Δ=100km处，记录最大振幅的地动位移为10-6m时，对应的震级为0。地震震级M与震源所释放的能量E之间的关系：二、震级与能量的关系能量E的单位：尔格（1尔格=10-7J）能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。烈度1.3.4烈度（intensity）一、定义及影响因素地震烈度是度量某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。在同一地震的影响下，各地烈度不同；地震烈度不仅取决于地震本身的大小，同时还受震源处岩层错动的方式、震源深度、震中距离、地震波的传播介质、表土性质、地下水埋藏深度，以及建筑物的动力特性、建筑材料、设计标准、施工质量和维护情况等许多条件的综合影响。1.3.4烈度（intensity）一、定义及影响因素二、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。烈度是在还没有地震动观测仪器以前，地震动强弱的评定不得不以宏观现象为依据的物理量，它以人的感觉、物体的反应、各种结构的破坏以及地表破坏为标准。不同的国家有不同的烈度表，采用的标准不同，所分的级别也不相同。1.3.4烈度（intensity）一、定义及影响因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、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称为设防烈度。设防烈度的取值依据：规范规定：一般情况下，可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。《抗震规范》附录中列出了我国主要城镇的抗震设防烈度。1.3.4烈度（intensity）一、定义及影响因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、设防烈度五、多遇烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为63.2%，重现期为50年。1.3.4烈度（intensity）一、定义及影响因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、设防烈度五、多遇烈度六、罕遇烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。1.5建筑结构的抗震设防1.5.1基本术语抗震设防烈度；抗震设防标准；地震作用；设计地震动参数；设计基本加速度；设计特征周期；场地；抗震措施；抗震构造措施。1.5.2地震影响和抗震设防烈度建筑所在地区遭受的地震影响，应采用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来表征。——《建筑抗震设计规范》3.2.1条地震影响的特征周期应根据建筑所在地的设计地震分组和场地类别确定。——《抗规》表5.1.4-21.5.3建筑分类根据建筑使用功能的重要性，按其地震破坏产生的后果，分为四个抗震设防类别：甲类：属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；乙类：属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复功能的建筑；丙类：属于甲、乙、丁类以外的建筑；丁类：属于抗震次要建筑。策略：不调整地震力，只是从抗震措施或抗震构造措施上考虑建筑的重要性类别。1.5.4多遇地震烈度和罕遇地震烈度多遇烈度

——第一水准基本烈度

——第二水准罕遇烈度

——第三水准抗震设计的目标和方法？一、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。地震是一种随机性极强的自然灾害，不可能保证结构在地震作用下的绝对安全，也不可能不抗震设防，如何办？二、方法经济安全抗震设计的目标和方法？一、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。地震是一种随机性极强的自然灾害，不可能保证结构在地震作用下的绝对安全，也不可能不抗震设防，如何办？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。二、方法经济安全1.5.6两阶段抗震设计方法第一阶段设计：按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形：以满足第一水准抗震设防目标的要求；第二阶段设计：在大震作用下验