地震的工程特征与结构概念设计详细课件

第2

讲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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计2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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计2地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计3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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计3地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计4地震基本知识

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构造地震的成因2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计4地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计5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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计5地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计6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.2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计6地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计7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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计7地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计8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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计8地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计9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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计9地震基本知2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计10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:2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计10地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计11地震基本知识

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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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计11地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计12地震基本知识

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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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计12地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计13地震基本知识

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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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计13地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计14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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计14中国地震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计15地震烈度评定实例破坏等级：毁坏房屋类型：C类2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计15地震烈度2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计16地震基本知识

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地震动三要素幅值、频谱、持时。t/s2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计16地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计17地震基本知识

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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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计17地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计18地震直接震害

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地面破坏如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计18地震直接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计19地震直接震害

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建(构)筑物破坏如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计19地震直接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计20地震直接震害

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自然环境的破坏如山崩、滑坡等。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计20地震直接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计21地震基本知识

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地震震害

间接震害

指非地震灾害和损失，如火灾、水灾（海啸、大湖波浪）、流行疾病和由于劳动力损失与交通中断等引起的一系列经济损失。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计21地震基本2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计22地震间接震害

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火灾

1923年日本关东大地震，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%。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计22地震间接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计23地震间接震害

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海啸2004年12月26日印尼苏门达腊岛附近海域发生强烈地震,引发巨大海啸,造成28万余人死亡的惨剧.2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计23地震间接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计24地震间接震害

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交通中断2008年5月12日汶川大地震中,90余公里的都汶公路80%的道路损毁,数十处山体滑坡、一亿多立方米土石塌方导致10多公里路段被完全覆盖,交通中断,直到三个多月后(9月2日)才全线贯通并恢复通车。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计24地震间接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计25地震间接震害

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毒物泄露2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计25地震间接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计26地震间接震害

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流行疾病2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计26地震间接2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计27结构地震破坏现象

结构丧失整体性；

承重结构强度不足；

结构变形过大；2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计27结构地震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计28结构地震破坏现象

结构构件结点失效；

地基失效；

非结构构件破坏。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计28结构地震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计29建筑抗震概念设计

>基本内容

建筑设计应重视建筑结构的规则性；

抗侧力结构和构件的延性设计。

合理的建筑结构体系选择；2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计29建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计30建筑抗震概念设计

>结构规则性建筑规则性3.4.1

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜均匀、对称，并具有良好的整体性。平面规则：1竖向规则：2建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计30建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计31建筑抗震概念设计

>结构规则性马那瓜美洲银行大厦马那瓜中央银行大厦

1972年12月23日马那瓜地震,由于中央银行大厦结构严重不规则,地震破坏严重,震后拆除;相邻的美洲银行大厦结构规则,只轻微损坏,震后稍加修理便恢复使用。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计31建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计32建筑抗震概念设计

>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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计32建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计33建筑抗震概念设计

>结构规则性平面不规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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计33建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计34平面不规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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计34平面不规2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计35建筑抗震概念设计

>结构规则性竖向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%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2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计35建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计36竖向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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计36竖向不规2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计37建筑抗震概念设计

>结构规则性总是震不倒的建筑是由中国人创造出来的.2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计37建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计38建筑抗震概念设计

>结构体系3.5.2

结构体系应符合下列各项要求：

1.应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

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。

3.应具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

4.对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计38建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计39建筑抗震概念设计

>结构体系

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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计39建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计40建筑抗震概念设计

>结构体系

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。2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计40建筑抗震2023/10/7第2讲地震特征与结构概念设计41建筑抗震概念设计

>结构体系

有较大的变形能力而缺少较高的抗侧向力的能力如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。