《建筑抗震设计》多媒体课件-第1章简介

建筑结构抗震设防简介1.1地震的一些基本概念

地震是指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。目前到的世界上最大地震是

9.4级，发生于1960年5月22日的智利地震。

什么是地震？什么叫震源、震中、震中距？地球内部发生地震的地方叫震源；震源在地面上的投影点称为震中；震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区；从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。地震分类一.按地震成因分类---天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震1.构造地震

破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约占世界地震总数的90%以上。

92%的地震发生在地壳中，

其余的发生在地幔上部

地震天然地震人工地震2.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。

3.陷落地震

由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。

人工地震

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。

---天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震地震天然地震人工地震二.按震源深浅分类浅源地震——震源深度小于60千米的称为浅源地震。全世界85%以上的地震都是浅源地震。中源地震——震源深度在60至300千米的称为中源地震。深源地震——震源深度在300千米以上的称为深源地震。

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日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。目前有记录的最深震源达720公里。地震分类一.按地震成因分类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。地震波地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波分为体波和面波。体波横波（S波）纵波（P波）面波瑞利波乐甫波横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s纵波特点:周期短,振幅小,

波速快,200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面波开始地震被按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米／秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～1.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。1.2震级与烈度一、地震震级1.定义

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。

反映一次地震本身大小的等级，用M表示式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，单位为微米。2.震级与能量的关系一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。

能量E的单位：尔格（1尔格=）3.按震级的地震分类微震---2级以下。人感觉不到有感地震---2-4级人有感觉破坏性地震---5级以上有破坏强烈地震---7级以上有破坏特大地震---8级以上有破坏

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。二、地震烈度

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。1.定义及影响因素

一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。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》。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度

其它现象

一般房屋

人的感觉烈度二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.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%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。

相当于475年一遇的最大地震的烈度。

各地区的基本烈度由《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001)确定。（下图是原中国地震烈度区划图）基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。《中国地震烈度区划图》

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，用Id表示。）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。1.设防烈度设防烈度的取值依据：规范规定：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二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.基本烈度（偶遇烈度或中震烈度）规范附录中列出了我国主要城镇的抗震设防烈度。如：黑龙江省1.抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g:

绥化，罗北，泰来；2.抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g:

哈尔滨（7个市辖区），齐齐哈尔（7个市辖区），…注：全省县级及县级以上设防城镇，设计地震分组均为第一组。

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，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。5.多遇烈度

6.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.设防烈度二、地震烈度1.地震烈度定义及影响因素2.地震烈度表3.基本烈度（偶遇烈度或中震烈度）三、地震烈度、震级与地震影响的关系（1）5.0-5.4级地震，震中烈度多为六度，其面积小于500平方公里。（2）5.5-5.9级地震，震中烈度多为七度，其面积不超过200平方公里；六度区面积也只有数百平方公里。（3）6.0-6.4级地震，震中烈度多数为八度，其面积几十平方公里；七度区不超过200平方公里，六度区数百平方公里，如震中烈度为七度，则与5.5-5.9级地震结果相同。（4）6.5-6.9地震，震中烈度一半为八度，结果与6.0-6.4级地震一样；另一半为九度，其面积小于100平方公里，八度区不超过500平方公里，七度区则在1500平方公里以内。（1）5.0-5.9级地震造成人员伤亡者占24%。而仅引起人员死亡的地震更少，只占11.5%。一次5级多地震中死亡人数最多为117人，而死亡29人以上的地震都发生在夜间。

（2）6.0-6.9级地震有43%造成人员伤亡，而只有人员死亡仅占35%，一次地震死亡人数最多为600人。震级与伤亡的关系1.3设计地震分组请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作用下，那座建筑更易破坏？地震的破坏作用（震害现象）

由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：1、地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；一、直接灾害：2、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；2、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；2、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；2、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；3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；4、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；二、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、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：

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、瘟疫。由震后生存环境的严重破坏而引起.三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性

2、承重结构强度不足

3、结构变形过大导致倒塌

4、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性

2、承重结构强度不足

3、结构变形过大导致倒塌

5、地基失效

6、非结构构件破坏

4、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性

2、承重结构强度不足

3、结构变形过大导致倒塌

抗震设防的基本要求

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。一、抗震设防目标及方法1.总目标

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。2.“三水准”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：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。3.“三水准”抗震设防是对单一水准设防的改进，

单一水准设防思想是我国《74规范》、《78规范》和目前许多国家采用的设防思想。

设防目标是：当遭遇相当于设计烈度的地震时，建筑物的损坏不致使人民生命财产和重要生产设备遭受危害，建筑物不需修理或经一般修理仍可继续使用。1989年美国LomaPreita地震(7.1级），死亡65人，直接经济损失（建筑物破坏重建）80亿美元，间接经济损失150亿美元。1994年美国Northridge地震(6.7级),伤亡不多，经济损失为200亿美元。1995年日本阪神地震(7.2级),经济损失为1000亿美元。1999年台湾集集地震(7.3级),经济损失为94亿美元。

单一设防目标不适合当前现代化发展要求，应研究开发下一代性能设计规范和抗震设计方法。1.“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，不规则的建筑等二、抗震设防范围

抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。

规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。

超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。三、抗震设防依据一般情况下采用抗震设防烈度。

在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。四、抗震设防分类及抗震设防措施建筑类别不同，抗震设防标准也不同。抗震次要建筑丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类

设防分类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。A、中央级、省级的电视调频广播发射塔建筑，国际电信楼、国际海缆登陆站、国际卫星地球站、中央级的电信枢纽（含卫星地球站）。B、研究、中试生产和存放剧毒生物制品和天然人工细菌与病毒（如鼠疫、霍乱、伤寒等)的建筑。C、三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部。抗震次要建筑丁类

除甲乙丁类以外的一般建筑丙类

地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类

重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类

设防分类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度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当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乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗震措施较小乙类建筑：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。2.抗震设防措施

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。3.地震作用一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求丁类

应符合本地区抗震设防烈度要求丙类

应符合本地区抗震设防烈度要求乙类

按地震安全性评价结果确定甲类

地震作用

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。建筑抗震概念设计一、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。

基本内容有三部分：1.建筑设计应重视建筑结构的规则性；

2.合理的建筑结构体系选择；

3.抗侧力结构和构件的延性设计。二、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。

最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。

马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五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。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

结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结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，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。美洲银行不规则类型

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，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扭转不规则凹凸角不规则局部不连续大开洞错层不规则类型

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，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%竖向不规则的类型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竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）

严重不规则是指体型复杂，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。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%竖向不规则的类型二、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。规范规定：1.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。2.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。3.结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和