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5/16/20231第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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。5/16/20232第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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5/16/20233第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

构造地震的成因5/16/20234第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

断层走滑断层逆断层正断层走滑断层正断层逆断层5/16/20235第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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.5/16/20236第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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。5/16/20237第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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。5/16/20238第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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。5/16/20239第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

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:5/16/202310第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

地震震级微震---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。5/16/202311第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

地震烈度地震烈度（Intensity）是指某一地区的地面和各人工建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。地震烈度可以用来对震害进行简便估计、提供一种宏观尺度描述地震影响的大小和作为一种粗略而简便的指标使用。影响地震烈度的要素：震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物。评定地震烈度的标准是地震烈度表。5/16/202312第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

地震烈度表早在1564年欧洲就出现过具有地震烈度含义的等级划分，但直到1874年才由西伯格最先提出接近现在常用的地震烈度表的形式。地震烈度都是按照宏观现象评定的，被引用的宏观现象包括人的感觉、结构物的破坏，以及地表现象。中国目前使用的是2008年修订的地震烈度表。比较著名的地震烈度表有默卡尼、MM、MSK等。全世界使用的基本上是12等级划分的烈度表，只有日本仍然采用从0到7的八度划分的烈度表。5/16/202313第2讲地震特征与结构概念设计中国地震烈度表(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、石、砖墙建造的旧式房屋；B类：未经抗震设防的单层或多层砖砌体房屋；C类：按照Ⅶ度抗震设防的单层或多层砖砌体房屋。基本完好：承重和非承重构件完好，或个别非承重构件轻微损坏，不加修理可继续使用；轻微破坏：个别承重构件出现可见裂缝，非承重构件有明显裂缝，不需要修理或稍加修理即可继续使用；中等破坏：多数承重构件出现轻微裂缝，部分有明显裂缝，个别非承重构件破坏严重，需要一般修理后可使用；严重破坏：多数承重构件破坏较严重，非承重构件局部倒塌，房屋修复困难；毁坏：多数承重构件严重破坏，房屋结构濒于崩溃或已倒毁，已无修复可能。

以地面上以及底层房屋中的人的感觉和其他震害现象为主

以房屋震害为主，参照其他震害现象，当用房屋震害程度与平均震害指数评定结果不同时，应以震害程度评定结果为主，并综合考虑不同类型房屋的平均震害指数

应综合房屋震害和地表震害现象5/16/202314第2讲地震特征与结构概念设计地震烈度评定实例破坏等级：毁坏房屋类型：C类5/16/202315第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

地震动三要素幅值、频谱、持时。t/s5/16/202316第2讲地震特征与结构概念设计地震基本知识

>

地震震害直接震害指地震直接引起的人身伤亡与财产损失。财产损失包括各种人工建筑物，如房屋建筑、构筑物、桥梁、隧道、道路、水利工程，以及自然环境，如农田、河流、湖泊、地下水等的破坏。直接震害可划分为两类：结构振动破坏和地基失效。动态破坏静态破坏结构振动破坏地基失效5/16/202317第2讲地震特征与结构概念设计地震直接震害

>

地面破坏如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等。5/16/202318第2讲地震特征与结构概念设计地震直接震害

>

建(构)筑物破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等。5/16/202319第2讲地震特征与结构概念设计地震直接震害

>

自然环境的破坏如山崩、滑坡等。5/16/202320第2讲地震特征与结构概念设计地震基本吸知识>地震衫震害间接震害指非地震混灾害和损念失，如火包灾、水灾亡（海啸、锣大湖波浪誉）、流行弹疾病和由妇于劳动力南损失与交典通中断等涂引起的一枣系列经济见损失。5/炸2/晨20睬2321第2讲休地震奴特征与郑结构概验念设计地震识间接狡震害>火灾19绍23惠年日遮本关娘东大州地震嘱，东趟京市娃内2拳27康处起从火，告33咏处未寇能扑浸灭造立成火昏灾蔓乓，旧挠市区份烧毁燃约5腊0%寄，横牵滨市费烧毁扶80报%。5/2佣/20趣2322第2讲闯地震旅特征与颗结构概舰念设计地震间泳接震害>海啸2004奔年12月呆26日印尼猫苏门要达腊腾岛附逆近海域发生虑强烈地震典,引发巨笔大海啸币,造成衡28万族余人死甲亡的惨织剧.5/2炼/20蚂2323第2讲财地震特征忍与结构概讨念设计地震富间接雀震害>交通中扩断20精08偏年5沙月1带2日迁汶川卫大地元震中谎,9依0余缓公里欢的都洁汶公池路8精0%用的道贼路损送毁,菌数十吊处山窄体滑圣坡、略一亿挥多立权方米尊土石让塌方分导致妄10晌多公抖里路商段被坑完全施覆盖帽,交浆通中市断,秩直到就三个撕多月扒后(己9月贷2日穴)才外全线池贯通榨并恢厨复通仓车。5/2阀/20泛2324第2秤讲圣地震池特征蛋与结握构概裕念设湾计地震积间接城震害>毒物氧泄露5/2春/20昌2325第2讲色地震悔特征与乱结构概遍念设计地震间百接震害>流行骂疾病5/穷2/家20水2326第2叠讲柱地震篮特征冷与结上构概斤念设萍计结构地震受破坏现象结构桥丧失汉整体馆性；承重结们构强度菠不足；结构变形图过大；5/2/串202327第2讲敌地震特征哲与结构概叼念设计结构文地震臭破坏摘现象结构谨构件锤结点疫失效暖；地基失效谊；非结构构身件破坏。5/2/绪202328第2讲卡地震尘特征与辉结构概愚念设计建筑抗象震概念押设计>基本旨内容建筑设胆计应重求视建筑活结构的季规则性纤；抗侧力结桶构和构件匹的延性设纺计。合理的建厕筑结构体雹系选择；5/2老/20胁2329第2讲轨地震第特征与迹结构概太念设计建筑抗坝震概念筛设计>结构规潜则性建筑规则属性建筑设准计应符贫合抗震臭概念设随计的要程求，不铁应采用把严重不规疤则的为设计弹方案剑。建筑愚及其孩抗侧猛力结捷构的炭平面祝布置迁宜均傻匀、未对称宰，并些具有步良好果的整侮体性誓。平面规则：1竖向规则：2建筑糟的立用面和竹竖向语剖面画宜规场则，毫结构念的侧肯向刚苏度宜轻均匀瞧变化忠，竖防向抗界侧力域构件乔的截叛面尺逗寸和搭材料塑强度植宜自乖下而毁上逐摸渐减负小，利避免施抗侧笋力结科构的忘侧向烈刚度浇和承箱载力线突变葛。5/舞2/雀20宵2330第2讲动地震特征纳与结构概柳念设计建筑脆抗震先概念狂设计>结构渴规则拜性马那瓜美棉洲银行大节厦马那瓜中隔央银行大行厦1972太年12月钩23日马参那瓜地震说,由于中著央银行大物厦结构严沿重不规则拨,地震破测坏严重,朽震后拆除伞;相邻的傲美洲银行富大厦结构绝规则,只膨轻微损坏圆,震后稍蹲加修理便潮恢复使用奴。5/2/央202331第2讲里地震毕特征与申结构概作念设计建筑抗震拣概念设计>结构蛙规则弦性平面不规则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5/2投/20挪2332第2讲锦地震老特征与夜结构概尊念设计建筑抗震芳概念设计>结构规腊则性平面不规评则的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%，或较大的楼层错层扭转不规则凹凸角不规则5/郑2/丹20鱼2333第2讲轨地震特征翅与结构概边念设计平面不规毯则的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5/2览/20泊2334第2讲姐地震特征佳与结构概嫂念设计建筑抗震闯概念设计>结构规则庆性竖向不痰规则的育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5/2/并202335第2讲胞地震黑特征与盖结构概成念设计竖向不赔规则的侧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。5/2法/20炭2336第2讲组地震特征犹与结构概揉念设计建筑抗悟震概念司设计>结构胳规则摇性总是震峡不倒的回建筑是迅由中国航人创造宋出来的啄.5/2护/20同2337第2讲庭地震特征树与结构概贞念设计建筑抗震右概念设计>结构体系结构体系玻应符合下困列各项要止求：1.应续具有明确百的计算简日图和合理剖的地震作倾用传递途疾径。2.宏应避免艇因部分后结构或兔构件破搬坏而导红致整个赚结构丧寸失抗震再能力或朝对重力希荷载的顷承载能分力。3.应状具备必要羡的抗震承第载力、良秘好的变形胖能力和消沙耗地震能形量的能力现。4.对超可能出现保的薄弱部蜓位，应采列取措施提闪高抗震能廉力。5/好2/胆20值2338第2讲李地震姨特征与杯结构概笼念设计建筑抗竹震概念重设计>结构局体系受力明确晶、传力合耕理、传力怎路线不间洪断、抗震捧分析与实际表补现相符催合。5/航2/洪20葱2339第2讲士地震特征报与结构概扒念设计建筑抗劣震概念奥设计>结构体银系抗震小设计齐的一略个重扁要原训则是铅结构子应有莫必要丢的赘余度和耳内力重分山配的功能。5/踩2/六20谋2340第2讲攻地震特征串与结构概钥念设计建筑抗写震概念垂设计>结构体系有较益大的疤变形砌能力需而缺插少较岛高的煌抗侧妙向力阿的能暖力如目钢或这钢筋固混凝蚂土纯穗框架母，由市于在亚不大沃的地芳震作趟用下交会产虎生较吵大的钱变形译，导哈致非滑结构廉构件汪的破旺坏或尼结构雾本身脑的失苦稳。足够袭的承跳载力堂和变室形能禁力是娇需要锡同时本满足兼的。5/2特/20谅2341第2讲纳地震来特征与幻玉结构概耻念设计建筑抗湾震概念寒设计>结构体始系有较高的偿承载能力桨而缺少较匪大变形能暂力如不加萍约束的砌改体结构，边很容易引殖起脆性破巧坏而倒塌房诚。必要的毕承载能吓力和良娃好的变跟形能力台的结合桂便是结烦构在地确震作用旱下具有屠的耗能支能力。5/2份/20潮2342第2讲饱地震友特征与沃结构概监念设计建筑抗煌震概念哭设计>结构构件坛的延性结构的变烛形能力取炒决于组成臣结构的构思件及其连扮接的延性众水平。提高聚结构润构件顺延性泡水平垄的抗疮震措兴施：1.采倒用水平向族（圈梁朱）和竖医向（构谜造柱、呈芯柱）心