地震的工程特征与结构概念设计

第2讲地震的工程特征与结构概念设计3/9/20231第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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理论基础

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。理论基础大陆漂移说、海底扩张说、板块构造说。类型构造地震（占所有地震的99%）；火山地震；塌落地震。3/9/20232第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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全球六大板块欧亚板块太平洋板块美洲板块非洲板块印澳板块南极板块3/9/20233第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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构造地震的成因3/9/20234第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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断层走滑断层逆断层正断层走滑断层正断层逆断层3/9/20235第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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几个概念震源：

地壳深处地震能源首先辐射出地震波的那个点。震中：

震源在地表的投影。震源深度：震源至地面的垂直距离。震中距：从地表任一点到震中的距离。浅源地震:震源深度在70km内;中源地震:震源深度在70-300km内;深源地震:震源深度大于300km.地方震:震中距在100km内;近震:震中距在100-1000km内;远震:震中距超过1000km.3/9/20236第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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地震波体波：

P波（纵波）：震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致，一般表现出周期短、振幅小的特点。

S波（横波）：由震源向外传递的剪切波，质点的振动方向与波的前进方向垂直，一般表现出周期长、振幅大的特点。面波：

瑞雷波：体波到达地表面后反射叠加而形成，在震中附近并不出现。质点仅在竖直平面内运动，其轨迹为逆进椭圆。

洛夫波：表面覆盖着一松软水平覆盖层的半无限空间中产生的SH型面波。质点沿水平方向振动，与波传播方向垂直。3/9/20237第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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地震波一次典型的地震波记录图，首先到达的是纵波（P波），继而横波（S波），面波最后到达。3/9/20238第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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地震震级1935年，美国人里克特（Richter）首先提出震级这一概念。里氏震级ML：采用伍德—安德森地震仪获得的地震记录，相当于只依据短周期的地震动分量（0.1~0.5秒）来定义震级，适用于南加州地区。面波震级MS：依据3~20秒的面波地震动确定震级，不能用于深源地震。体波震级Mb：依据1秒左右的体波地震动确定震级。不论采用什么震级，其精度都不太高。由于地震波传播途径的差异，同一地震在不同地点确定的震级常常不同，差别常达0.5左右，有时甚至超过1.0。3/9/20239第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

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地震震级震级越高，表明地震释放出的能量越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。一次6级地震释放出来的能量相当于爆炸一颗两万吨级的原子弹。震级与能量的关系:3/9/202310第2讲地震特征与结构概念设计地震基本本知识>地震震级级微震---2级以下。。人人感感觉不到到有感地震震---2-4级人人有有感觉破坏性地地震---5级以上有有破坏强烈地震震---7级以上有有破破坏特大地震震---8级以上有有破破坏由于震源源深浅、、震中距距大小等等不同，，地震造造成的破破坏也不不同。震震级大，，破坏力力不一定定大；震震级小，，破坏力力不一定定就小。。3/6/202311第2讲地地震特征与与结构概念念设计地震基本知知识>地震烈度地震烈度（Intensity）是指某一地区区的地面和各人人工建筑物遭受受一次地震影响响的强弱程度。。地震烈度可以用用来对震害进行行简便估计、提提供一种宏观尺尺度描述地震影影响的大小和作作为一种粗略而而简便的指标使使用。影响地震烈度的的要素：震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物。评定地震烈度的的标准是地震烈度表。3/6/202312第2讲地震特特征与结构概念念设计地震基本知识>地震烈度表早在1564年欧洲就出现过过具有地震烈度度含义的等级划划分，但直到1874年才由西伯格最最先提出接近现现在常用的地震震烈度表的形式式。地震烈度都是按按照宏观现象评评定的，被引用用的宏观现象包包括人的感觉、、结构物的破坏坏，以及地表现现象。中国目前前使用的是2008年修订的地震烈烈度表。比较著著名的地震烈度度表有默卡尼、、MM、MSK等。全世界使用的基基本上是12等级划分的烈度度表，只有日本本仍然采用从0到7的八度划分的烈烈度表。3/6/202313第2讲地震震特征与结构构概念设计中国地震烈度度表(GB/T17742-2008)地震烈度人的感觉房屋震害类型震害程度平均震害指数其他震害现象水平向地震动参数峰值加速度m/s2峰值速度m/sⅢ室内少数静止中的人有感觉-门、窗轻微作响-悬挂物微动--Ⅳ室内多数人、室外少数人有感觉，少数人梦中惊醒-门、窗作响-悬挂物明显摆动，器皿作响--Ⅴ室内绝大多数、室外多数人有感觉，多数人梦中惊醒-门窗、屋顶、屋架颤动作响,灰土掉落,个别房屋墙体抹灰出现细微裂缝,个别屋顶烟囱掉转-悬挂物大幅度晃动，不稳定器物摇动或翻倒0.31(0.22~0.44)0.03(0.02~0.04)Ⅵ多数人站立不稳，少数人惊逃户外悬挂物大幅度晃动，不稳定器物摇动或翻倒A少数中等破坏,多数轻微破坏和/或基本完好B个别中等破坏,少数轻微破坏,多数基本完好个别轻微破坏,大多数基本完好C0.00~0.110.63(0.45~0.89)0.06(0.05~0.09)0.00~0.08Ⅰ无感------Ⅱ室内个别静止中的人有感觉------物体从架子上掉落;河岸出现塌方,饱和砂层常见喷水冒砂,松软土地上地裂缝较多;大多数独立砖烟囱中等破坏A少数严重破坏和/或毁坏,多数中等和/或轻微破坏B少数中等破坏,多数轻微破坏和/或基本完好少数中等和/或轻微破坏,多数基本完好C0.09~0.311.25(0.90~1.77)0.13(0.10~0.18)0.07~0.22大多数人惊逃户外,骑自行车的人有感觉,行驶中的汽车驾乘人员有感觉ⅦⅧABC少数严重和/或中等破坏,多数轻微破坏个别毁坏,少数严重破坏,多数中等和/或轻微破坏少数毁坏,多数严重和/或中等破坏多数人摇晃颠簸,行走困难0.20~0.400.29~0.51干硬土上出现裂缝,饱和砂层绝大多数喷砂冒水;大多数独立烟囱严重破坏2.50(1.78~3.53)0.25(0.19~0.35)ⅨABC少数毁坏和/或严重破坏,多数中等和/或轻微破坏少数毁坏,多数严重和/或中等破坏多数严重或/和毁坏多数人摇晃颠簸,行走困难0.38~0.600.49~0.71干硬土上多处出现裂缝,可见基岩裂缝、错动,滑坡、塌方常见;独立砖烟囱多数倒塌5.00(3.54~7.07)0.50(0.36~0.71)ⅩABC多数毁坏和/或严重破坏大多数毁坏绝大多数毁坏骑自行车的人会摔倒,处不稳状态的人会摔离原地,有抛起感0.58~0.800.69~0.91山崩和地震断裂出现;基岩上拱桥破坏;大多数独立砖烟囱从根部破坏或倒毁10.00(7.08~14.14)1.00(0.72~1.41)ⅪABC绝大多数毁坏-0.78~1.000.89~1.00地震断裂延续很大;大量山崩滑坡--ⅫABC几乎全部毁坏-1.00地面剧烈变化,山河改观--“个别”为10%以下；“少数”为10%～45%；“多数”为40%～70%；“大多数”为60%～90%；“绝大多数”为80%以上。A类：木构架和土土、石、砖墙墙建造的旧式式房屋；B类：未经抗震设设防的单层或或多层砖砌体体房屋；C类：按照Ⅶ度抗震设防的的单层或多层层砖砌体房屋屋。基本完好：承重和非承承重构件完好好，或个别非非承重构件轻轻微损坏，不不加修理可继继续使用；轻微破坏：个别承重构构件出现可见见裂缝，非承承重构件有明明显裂缝，不不需要修理或或稍加修理即即可继续使用用；中等破坏：多数承重构构件出现轻微微裂缝，部分分有明显裂缝缝，个别非承承重构件破坏坏严重，需要要一般修理后后可使用；严重破坏：多数承重构构件破坏较严严重，非承重重构件局部倒倒塌，房屋修修复困难；毁坏：多数承重构构件严重破坏坏，房屋结构构濒于崩溃或或已倒毁，已已无修复可能能。以地面上以及及底层房屋中中的人的感觉觉和其他震害害现象为主以房屋震害为为主，参照其其他震害现象象，当用房屋屋震害程度与与平均震害指指数评定结果果不同时，应应以震害程度度评定结果为为主，并综合合考虑不同类类型房屋的平平均震害指数数应综合房屋震震害和地表震震害现象3/6/202314第2讲地震特征征与结构概念设计计地震烈度评定实例例破坏等级：毁坏房屋类型：C类3/6/202315第2讲地地震特特征与结结构概念念设计地震基本本知识>地震动三三要素幅值、频频谱、持持时。t/s3/6/202316第2讲地震震特征与结构构概念设计地震基本知识识>地震震害直接震害指地震直接引引起的人身伤伤亡与财产损损失。财产损损失包括各种种人工建筑物物，如房屋建建筑、构筑物物、桥梁、隧隧道、道路、、水利工程，，以及自然环环境，如农田田、河流、湖湖泊、地下水水等的破坏。。直接震害可划划分为两类：：结构振动破坏坏和地基失效。动态破坏静态破坏结构振动破坏地基失效3/6/202317第2讲地震特征征与结构概念设计计地震直接震害>地面破坏如地面裂缝、错动动、塌陷、喷水冒冒砂等。3/6/202318第2讲地震特征征与结构概念设计计地震直接震害>建(构)筑物破坏如房屋倒塌、桥梁梁断落、水坝开裂裂、铁轨变形等。。3/6/202319第2讲地震特征征与结构概念设计计地震直接震害>自然环境的破坏如山崩、滑坡等。。3/6/202320第2讲地震特征征与结构概念设计计地震基本知识>地震震害间接震害指非地震灾害和损损失，如火灾、水水灾（海啸、大湖湖波浪）、流行疾疾病和由于劳动力力损失与交通中断断等引起的一系列列经济损失。3/6/202321第2讲地震特征征与结构概念设计计地震间接震害>火灾1923年日本本关东东大地地震，，东京京市内内227处起火火，33处未能能扑灭灭造成成火灾灾蔓，，旧市市区烧烧毁约约50%，横滨滨市烧烧毁80%。3/6/202322第2讲讲地地震特特征与与结构构概念念设计计地震间间接震震害>海啸2004年12月26日印尼苏苏门达达腊岛岛附近近海域发发生强强烈地地震,引发巨巨大海海啸,造成28万余人死亡的惨剧剧.3/6/202323第2讲地地震特特征与结结构概念念设计地震间接接震害>交通中断断2008年5月12日汶川大大地震中中,90余公里的的都汶公公路80%的道路损损毁,数十处山山体滑坡坡、一亿亿多立方方米土石石塌方导导致10多公里路路段被完完全覆盖盖,交通中断断,直到三个个多月后后(9月2日)才全线贯贯通并恢恢复通车车。3/6/202324第2讲地地震特特征与结结构概念念设计地震间接接震害>毒物泄露露3/6/202325第2讲地震震特征与结构构概念设计地震间接震害害>流行疾病3/6/202326第2讲地震震特征与结构构概念设计结构地震破坏坏现象结构丧失整体体性；承重结构强度度不足；结构变形过大大；3/6/202327第2讲地震震特征与结构构概念设计结构地震破坏坏现象结构构件结点点失效；地基失效；非结构构件破破坏。3/6/202328第2讲地震震特征与结构构概念设计建筑抗震概念念设计>基本内容建筑设计应重重视建筑结构构的规则性；；抗侧力结构和和构件的延性性设计。合理的建筑结结构体系选择择；3/6/202329第2讲地地震特征与与结构概念念设计建筑抗震概概念设计>结构规则性性建筑规则性性3.4.1建筑设计应应符合抗震震概念设计计的要求，，不应采用用严重不规则的设设计方案。。建筑及其抗抗侧力结构构的平面布布置宜均匀匀、对称，，并具有良良好的整体体性。平面规则：1竖向规则：2建筑的立面面和竖向剖剖面宜规则则，结构的的侧向刚度度宜均匀变变化，竖向向抗侧力构构件的截面面尺寸和材材料强度宜宜自下而上上逐渐减小小，避免抗抗侧力结构构的侧向刚刚度和承载载力突变。。3/6/202330第2讲地地震特征与与结构概念念设计建筑抗震概概念设计>结构规则性性马那瓜美洲洲银行大厦厦马那瓜中央央银行大厦厦1972年12月23日马那瓜地地震,由于中央银银行大厦结结构严重不不规则,地震破坏严严重,震后拆除;相邻的美洲洲银行大厦厦结构规则则,只轻微损坏坏,震后稍加修修理便恢复复使用。3/6/202331第2讲地震特征征与结构概念设计计建筑抗震概念设计计>结构规则性平面不规则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。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。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3/6/202332第2讲地震特征征与结构概念设计计建筑抗震概念设计计>结构规则性平面不规则的类型型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%，或较大的楼层错层扭转不规则凹凸角不规则3/6/202333第2讲地地震特特征与结结构概念念设计平面不规规则的类类型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%，或较大的楼层错层局部不连续大开洞错层3/6/202334第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构规则则性竖向不规规则的类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%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3/6/202335第2讲地地震特特征与结结构概念念设计竖向不规规则的类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。3/6/202336第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构规则则性总是震不不倒的建建筑是由由中国人人创造出出来的.3/6/202337第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构体系系3.5.2结构体系系应符合合下列各各项要求求：1.应具有明明确的计计算简图图和合理理的地震震作用传传递途径径。2.应避免因因部分结结构或构构件破坏坏而导致致整个结结构丧失失抗震能能力或对对重力荷荷载的承承载能力力。3.应具备必必要的抗抗震承载载力、良良好的变变形能力力和消耗耗地震能能量的能能力。4.对可能出出现的薄薄弱部位位，应采采取措施施提高抗抗震能力力。3/6/202338第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构体系系受力明明确、、传力力合理理、传传力路路线不不间断断、抗抗震分分析与与实际表表现相相符合合。3/6/202339第2讲地地震特征与与结构概念念设计建筑抗震概概念设计>结构体系抗震设计的的一个重要要原则是结结构应有必必要的赘余度和内内力重分配配的功能。3/6/202340第2讲地地震特征与与结构概念念设计建筑抗震概概念设计>结构体系有较大的变变形能力而而缺少较高高的抗侧向向力的能力力如钢或钢钢筋混凝土土纯框架，，由于在不不大的地震震作用下会会产生较大大的变形，，导致非结结构构件的的破坏或结结构本身的的失稳。足够的承载载力和变形形能力是需需要同时满满足的。3/6/202341第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构体系系有较高的的承载能能力而缺缺少较大大变形能能力如不不加约束束的砌体体结构，，很容易易引起脆脆性破坏坏而倒塌塌。必要的承承载能力力和良好好的变形形能力的的结合便便是结构构在地震震作用下下具有的的耗能能能力。3/6/202342第2讲地地震特特征与结结构概念念设计建筑抗震震概念设设计>结构构件件的延性性结构的变变形能力力取决于于组成结结构的构构件及其其连接