地震灾害及其工程防御

工程结构抗震设计原理南京大学金陵学院土木工程系主讲教师:钱晓旭现在是1页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20231第1讲地震灾害及其工程防御现在是2页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20232第1讲地震灾害及其工程防御地震灾害和土木工程专业有什么关系？面对地震灾害，土木工程师能够做些什么？想知道答案吗？本门课程将回答你的疑问，我们开始学习吧！疑问现在是3页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20233第1讲地震灾害及其工程防御内容1.地震灾害及其工程防御2.地震的工程特征与结构概念设计3.建筑场地的选择4.液化与地基基础抗震5.单自由度体系地震反应分析6.反应谱概念与设计反应谱7.多自由度体系地震反应分析8.振型分解反应谱法9.底部剪力法10.扭转、竖向效应与抗震验算11.混凝土结构抗震概念设计12.混凝土框架结构抗震设计13.砌体房屋和底框房屋抗震设计现在是4页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20234第1讲地震灾害及其工程防御第1讲地震灾害及其工程防御现在是5页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20235第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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空前的灾难

2008年5月12日14时28分，一场8.0级特大地震袭击了四川、陕西、甘肃等广大地区。大地震持续了大约100秒，却造成了空前的灾难：死亡69197人，失踪18222人，受伤374176人；直接经济损失达8451亿元人民币；山崩地裂，江河改观，生态环境遭到极大破坏；建筑物和基础设施损毁严重，间接经济损失和社会影响难以估量；。。。。。。现在是6页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20236第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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家园被毁地震前的北川县城地震后的北川县城现在是7页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20237第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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家园被毁地震前的映秀镇地震后的映秀镇现在是8页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20238第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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山体滑坡北川县陈家坝乡太洪村地震前的太洪村现在是9页\一共有69页\编辑于星期三4/17/20239第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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山体滑坡平武县平通镇牛飞村现在是10页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202310第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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山体滑坡汶川地震中发生了什么事情？--山体滑坡王家岩滑坡新北川中学滑坡老县城新县城现在是11页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202311第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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山体滑坡汶川地震中发生了什么事情？--山体滑坡1600人死亡！

老县城现在是12页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202312第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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山体滑坡汶川地震中发生了什么事情？--山体滑坡906人死亡！

新北川中学岩崩现在是13页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202313第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破坏北川县城汶川县映秀震都江堰市青川县城现在是14页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202314第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破坏北川县陈家坝乡什邡市红白镇绵竹市汉旺镇平武县平通镇现在是15页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202315第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破坏彭州市白鹿中心学校现在是16页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202316第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破坏都江堰市新建小学都江堰市聚源中学都江堰市中医院现在是17页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202317第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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桥梁破坏百花大桥现在是18页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202318第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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桥梁破坏小鱼洞大桥现在是19页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202319第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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桥梁破坏都汶公路上的桥梁映秀镇顺河大桥庙子坪岷江大桥映秀岷江大桥现在是20页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202320第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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隧道破坏龙池隧道现在是21页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202321第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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隧道破坏龙洞子隧道现在是22页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202322第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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道路破坏现在是23页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202323第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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通讯设施破坏都江堰市现在是24页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202324第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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给水设施破坏现在是25页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202325第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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水库震害安县丰收水库现在是26页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202326第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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地面破坏都江堰市龙池镇现在是27页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202327第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

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人员伤亡28现在是28页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202328第1讲地震灾害及其工程防御汶川地震震害的几点启示

地震灾害目前是无法避免的。

=>地震预报技术还不成熟。。。

地震对人类的危害是巨大的。

=>人员伤亡、财富损失、社会秩序。。。

土木工程的破坏是震害形成的主要原因。=>建筑、桥梁、基础设施。。。

现代工程结构仍然无法完全抵御地震作用。=>合理设防可以极大地减轻工程结构的地震破坏！防震减灾任重道远。=>土木工程师的作用是。。。现在是29页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202329第1讲地震灾害及其工程防御结论地震灾害的主要属性是土木工程灾害！如此说来，土木工程师不是大有作为吗？现在是30页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202330第1讲地震灾害及其工程防御土木工程给人类带来了无限的文明，同时也给人类带来了无尽的灾难。这个灾难就是土木工程灾害！现在是31页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202331第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性二十世纪部分强震死亡人数现在是32页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202332第1讲地震灾害及其工程防御地震发生的地点是有规律的。。。环太平洋地震带：从南美洲西部海岸起，经北美西部海岸、阿拉斯加南岸、阿留申群岛，转向西南至日本列岛，然后分成两支，西支经我国台湾省，菲律宾、印度尼西亚至新几内亚；东支经马里亚纳群岛至新几内亚；两支汇合后，经所罗门到汤加，突然向南到新西兰。这个地震带的地震活动最强，全球约75％左右的地震都发生于此地震带内。亚欧地震带：东起环太平洋地震带的新几内亚，经印度尼西亚的南部和西部、缅甸，而进入我国西南部和西部与印度北部，再经伊朗、土耳其、希腊、意大利南部等地中海地区和非洲北部，至太平洋亚速尔群岛。全世界地震总数的22%左右发生于此地震带内。现在是33页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202333第1讲地震灾害及其工程防御地震的危害性

全世界每年发生地震100万次左右，但大部分为无感地震，不会造成危害。每年平均有几百次破坏较轻微的地震，灾情惨重的地震约20次。据统计，二十世纪有200多万人死于地震，而地球强烈震动的时间总计不超过1小时！现在是34页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202334第1讲地震灾害及其工程防御中国的地震形势与灾害情况如何？现在是35页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202335第1讲地震灾害及其工程防御世界死亡人数最多的十大地震资料来源：美国地质调查局（USGS）现在是36页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202336第1讲地震灾害及其工程防御中国陕西关中大地震嘉靖三十四年十二月壬寅，是日山西、陕西、河南同时地震，声如雷，鸡犬鸣吠。陕西渭南、华洲、朝邑、三原等处和山西蒲州等处尤甚，或裂泉涌，中有鱼物；或城廓房屋陷入地中，或平地灾成山阜；或一日连震数次，或累日震不止。河渭泛涨，华岳、终南山鸣，河壅数日。压死官吏军民奏报有名者八十二万有余，其不知名未经奏报者复不可数计。摘自《明嘉靖实录》现在是37页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202337第1讲地震灾害及其工程防御1949-1969年死亡人数与地震次数资料来源：胡聿贤著《地震工程学》现在是38页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202338第1讲地震灾害及其工程防御现在是39页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202339第1讲地震灾害及其工程防御中国的地震区和地震带

全国共分为10个地震区，其中包括23个地震亚区。地震活动主要分布在23条地震带上。现在是40页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202340第1讲地震灾害及其工程防御台湾地震带。──大板块边缘地震带西藏南部地震带。──

大板块边缘地震带中枢地震带。──

板块内地震带华北地震带。──板块内地震带郯城-庐江地震带。──板块内地震带五大地震带：中国的地震区和地震带现在是41页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202341第1讲地震灾害及其工程防御东南地震区。包括台湾地震区、南海地震区、华南地震区东南沿海地震亚区。──

属于环太平洋地震带西部地震区。包括青藏高原南、中、北部地震区和新疆中、北部地震区。──

属于亚欧地震带华北地震区。包括阴山、燕山亚区（北缘）、许昌-淮南地震带（南缘）、营口-郯城地震带（东缘）、山西亚区（西缘）。──

典型板块内部地震区三大地震区：中国的地震区和地震带现在是42页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202342第1讲地震灾害及其工程防御结论

中国的地震活动性强。

=>

频度高、强度大、震源浅、分布广。

中国是世界上地震灾害最严重的国家。

=>人员损失据世界之首。

中国的土木建筑工程量大面广、抗震性能差异巨大。=>土木工程师责任重大。现在是43页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202343第1讲地震灾害及其工程防御

地震的发生不以人的意志为转移

给人类带来了空前灾难我们应该怎么办？现在是44页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202344第1讲地震灾害及其工程防御减轻地震灾害的对策不让地震发生或选择发生地点？

=>目前的技术做不到！切断地震传播的途径？

=>目前的技术做不到！搬离地震区？

=>地球太拥挤，无法实现！

地震预测预报？

=>目前技术还不成熟，成熟后仍无法避免地震灾害！工程抗震设防？

=>目前可实现的最有效的对策！震后应急救灾？

=>控制灾害进一步扩大的对策！现在是45页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202345第1讲地震灾害及其工程防御结论

工程抗震设防是减轻地震灾害和损失的行之有效的措施！！！这可是土木工程师的职责啊！现在是46页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202346第1讲地震灾害及其工程防御

1986年日本东京发生的6.2级地震为一城市直下型地震，上千万人口的东京市只死亡2人，整个城市几乎未遭到破坏。事例一：

1995年发生于日本第二大港神户市的6.9级地震却导致近十万栋房屋毁坏、5500人死亡和约1000亿美元的经济损失。原因：东京市对工程抗震设防非常重视，长期以来一直致力于把东京建设成为能够抵御8级大地震的城市。事例二：原因：神户市对工程抗震设防掉以轻心，低估了该地区的地震危险性。现在是47页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202347第1讲地震灾害及其工程防御1988年前苏联的亚美尼亚共和国发生的6.8级地震，使位于震中附近的斯皮塔克（Spitak）全城变成废墟，距离震中40公里的列宁纳坎（Leninaken）市约有80%的建筑毁坏，更远的基洛伐克（Kirovaken）市也有将近一半的建筑物倒塌或严重破坏。地震中总的死亡人数达4~5万人。事例三：原因：前苏联政府，特别是城市规划部门和建设部门，在缺乏资金的情况下把该地区多层建筑的抗震设防标准一律从Ⅸ度降低到Ⅶ度，致使这些建筑物在地震中大量直落倒塌。现在是48页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202348第1讲地震灾害及其工程防御

震害经验反复证明：哪个地区重视工程抗震设防，设防标准制定得高，遭遇地震时损失就小；反之，地震损失就大。现在是49页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202349第1讲地震灾害及其工程防御工程抗震设防的目的

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。现在是50页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202350第1讲地震灾害及其工程防御问题

是不是地震区内工程结构和设施、设备的抗震设防标准制订得越高越好呢？

现在是51页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202351第1讲地震灾害及其工程防御抗震设防标准的决策

对工程进行抗震设防，就意味着增加建设投资。设防标准制订得越高，需要增加的投资就越大。这些增加的投资只有在工程遭遇设防地震时才能见到效益。如果设防工程在服役期内没有遭到期望强度及其以上的地震的袭击，投入的设防费用无疑是一笔巨大的浪费。

现在是52页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202352第1讲地震灾害及其工程防御对策多级抗震设防思想！现在是53页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202353第1讲地震灾害及其工程防御抗震设防的法律依据

《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)第十七条新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求。第十九条建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计，并按照抗震设计进行施工。第四十五条违反本法规定，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：（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。现在是54页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202354第1讲地震灾害及其工程防御抗震设防分类

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。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

设防分类现在是55页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202355第1讲地震灾害及其工程防御抗震设防措施专题一：地震灾害及其工程防御

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。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指：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。现在是56页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202356第1讲地震灾害及其工程防御抗震设计规范的历史沿革

1959年，地震区建筑规范（草案），刘恢先主持完成；

1964年，地震区建筑设计规范（草案），刘恢先主持完成；

1974年，工业与民用建筑抗震设计规范，TJ11-74；

1978年，工业与民用建筑抗震设计规范，TJ11-78；

1989年，建筑抗震设计规范，GBJ11-89；

2001年，建筑抗震设计规范，GB50011-2001；未公布未公布试行现在是57页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202357第1讲地震灾害及其工程防御重点抗震设防目标

第一水准：

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。

第二水准：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。

第三水准：

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”。现在是58页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202358第1讲地震灾害及其工程防御实施过程三水准设计目标、两阶段设计步骤。现在是59页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202359第1讲地震灾害及其工程防御三水准的地震作用水平

多遇地震：50年超越概率为63.2%的地震，重现期为50年；

基本地震：50年超越概率为10%的地震，重现期为475年；

罕遇地震：50年超越概率为2~3%的地震，重现期平均约为2000年。设防地震现在是60页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202360第1讲地震灾害及其工程防御大震和小震？三水准设计目标、两阶段设计，我们如何定义：现在是61页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202361第1讲地震灾害及其工程防御我国地震烈度的概率分布基本上符合于极值III型分布其概率密度函数的基本形式为：式中，I——地震烈度；k——形状参数，取决于一个地区的地震背景的复杂性；——地震烈度上限值，取=12; ——烈度概率密度曲线上峰值所对应的强度。图地震烈度概率密度函数曲线

小震：发生机会较多的地震对应峰值烈度定义为小震烈度，又称多遇地震烈度中震：全国地震区划图所规定的各地的基本烈度，可取为中震对应的烈度大震：是罕遇的地震,对应烈度又可称为罕遇地震烈度

三种烈度含义：现在是62页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202362第1讲地震灾害及其工程防御三水准设防对建筑性能的要求

小震不坏：要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算要求及建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值；

中震可修：要求建筑结构具有相当的延性能力（变形能力），不发生不可修复的脆性破坏；

大震不倒：要求建筑结构具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。现在是63页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202363第1讲地震灾害及其工程防御两阶段设计步骤

第一阶段：对绝大多数结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算和结构弹性变形演算。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。现在是64页\一共有69页\编辑于星期三4/17/202364第1讲地震灾害及其工程防御两阶段设计步骤

第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应额基本组合验算构件的承载能力，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：按大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求；汶川地震后，专家的震后房屋应急评估显示：严格按照设计规范设计，施工和适