建筑结构抗震 第一章 地震基础知识、抗震设防

建筑结构抗震

工程抗震设计依据：?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2001〕目录第1章地震根底知识、抗震设防第2章场地、地基与根底抗震第3章地震反响分析和抗震验算第4章多高层混凝土房屋抗震设计第5章多层砌体及底层框架抗震第6章钢结构房屋的抗震设计第7章单层厂房抗震设计第8章桥梁结构抗震设计第9章结构隔震、消能和减震控制学习本门课要到达如下目的掌握抗震的根本知识、根本理论、根本技能，了解抗震设计的一般规律；了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的开展趋势。第1章地震根底知识、抗震设防了解地震的根本知识地震分类、地震震害、地震活动与分布理解表达地震强度的几个概念地震波、地震震级、地震烈度工程抗震设防抗震设防的依据、三水准抗震设防原那么、二阶段设计方法抗震概念设计1.1概述

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15万次人们可以感觉到；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。目前记录到的世界上最大地震是

8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。

1.2地震根底知识1.2.1地球的构造第一层为地壳，厚约5~40公里，主要由海水、风化土、花岗岩和玄武岩组成，厚薄不均。大多数地震均发生在这一层。

第二层为地幔，厚约2900公里，主要由橄榄岩组成。地幔在高温高压作用下处于一种软流塑状态。由于地幔内部温度的不均匀以及地球自转速度的不均匀产生加速度，故地幔中的物质不断在产生缓慢的对流运动，导致内部不均衡压应力的产生。

第三层为地核，厚约3500公里，其主要物质为铁镍。地核又可分为外核和内核，外核厚约2100公里，据推测为液态，内核那么可能为固态。

由地球的构造可以看到，地壳如同浮在水面上的筏板。当地球的转速不均匀或底下的地幔软流体产生运动时，都将对地壳的板块产生力的作用。当这种力集聚到一定程度后，将使地壳的薄弱岩层产生褶皱和弯曲，最终产生断裂破碎。释放能量——地震

图1—2岩层的断裂、地震成因和分类构造地震

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。

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。规模比较小，次数也很少。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。

1962.3.19广东新丰江水库坝区发生水库诱发地震，震级为6.1级。

按震源深浅分类中源地震——震源深度在60至300千米的地震。深源地震——震源深度在300千米以上的地震。目前有记录的最深震源达720公里。深源地震涉及范围大，但破坏力小。浅源地震——震源深度小于60千米的地震，全世界85%以上的地震都是浅源地震。对地面破坏很大。1.3、地震活动与地震分布、世界地震活动〔1〕环太平洋地震带沿南北美洲西海岸、阿留申群岛转向到日本列岛，在经我国的东海岸到达菲律宾、新几内亚和新西兰。〔2〕欧亚地震带从大西洋的亚速岛，经过意大利、土耳其、伊朗、印度的北部到我国的西部及西南地区、再过缅甸至印度尼西亚。两个地震带释放的能量，占全球地震释放能量的98%

喜马拉雅——地中海地震带环太平洋地震带、我国地震活动：多地震国家我国正好介于地球的两大地震带之间，据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。

中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。、地震的破坏作用——地震灾害地震是群灾之首

地震灾害是群灾之首，它具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。

全世界发生过几十次大地震,主要情况如表。

时间地点震级死亡人数经济损失1994.1.17美国，北岭6.757200亿美元1995.1.17日本，神户7.25438>1000亿美元1995.5.27俄罗斯，7.62965>10亿美元1996.2.23中国，丽江7.030925亿美元1997.5.10伊朗，7.11560亿美元1999.8.17土尔其，7.414000>100亿美元1999.9.21中国台湾7.32450>100亿美元2004.12.26印度尼西亚8.915万人2008.5.12中国四川8.07万直接8000亿地震灾害表现在各个方面：道路、桥梁、地质、建筑。以及系列引发的次生灾害。1999年台湾集集大地震。1976年唐山大地震。一、直接灾害台湾云林县，12层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，柱子间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。柱子内埋设管线〔水、排水、电、煤气、〕等，虽然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成破坏。唐山大地震1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带，发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。

150万人口死亡24万，重伤16万，轻伤36万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。

海啸二、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度缺乏

4、结构构件连接支撑失效

3、结构变形过大导致倒塌

5、地基失效

6、非结构构件破坏

直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出次生灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失更大。三、次生灾害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.结构工程师的任务：1.对地震区域作抗震减灾规划；2.对新建筑工程作抗震设计；3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。第十七条第十九条

1997年12月1.4地震特征描述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。、什么叫震源、震中、震中距？1、地震波：当岩层断裂错动或者其他原因引发地震时，地下积蓄的变形能量以波的形式释放，从震源向四周传播。

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、地震强度的表征面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。横波特点：周期长、振幅大、波速慢纵波特点:

周期短、振幅小、波速快2、地震震级

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。

定义：反映一次地震本身大小〔释放能量大小〕的等级。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。

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。3、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。定义：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。地震烈度表无感1室内个别静止中的人有感觉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、室外少数人有感觉，少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物摇动或翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝。。。室内普遍、室外多数人有感觉，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—墙体出现裂缝，檐瓦掉落。。。。站立不稳，少数人惊逃室外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惊逃户外，骑自行车的人有感觉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速度加速度

其它现象

一般房屋

人的感觉烈度地震烈度、震级与地震影响的关系〔1〕级地震，震中烈度多为六度，其面积小于500平方公里。〔2〕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〕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，那么与级地震结果相同。〔4〕地震，震中烈度一半为八度，结果与级地震一样；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，七度区那么在1500平方公里以内。1.5工程结构抗震设防1.5.1工程结构抗震设防依据从三个层面来表达：建筑物所在地区的设防烈度：大环境建筑物所在地点地段的类别：小环境建筑物使用功能的设防标准：本身条件1、地震烈度区划：根本烈度：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根本烈度。用Ib表示。

相当于475年一遇的最大地震的烈度。各地区的根本烈度由?中国地震动参数区划图?〔GB18306-2001)确定。

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。标准规定：一般情况下，可采用?中国地震动参数区划图?中的地震根本烈度。抗震设防烈度设防烈度的取值依据：标准规定：抗震设防烈度为6度及以上地区建筑必须进行抗震设计8度〔0.3g〕：宿迁〔第一组〕

8度〔0.2g〕：新沂、邳州、睢宁〔第一组〕7度〔0.15g〕：扬州、镇江、东海…〔第一组〕7度〔0.10g〕：南京、淮安、徐州、赣榆…〔第一组〕连云港〔4个市辖区〕，灌云〔第三组〕6度〔0.05g〕：南通、无锡、苏州…〔第一组〕灌南、涟水、楚州〔第三组〕江苏省抗震设防烈度2、地震小区划：反响场地、震中距影响请思考：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？设计地震分组设计地震分组是新标准新提出的概念，用以代替旧标准设计近震、设计远震的概念。

在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。、抗震设计思想抗震设防标准：平安、经济。我国采用了按建筑物重要性分类、三水准设防、二阶段设计的根本思想，分层次进行。遭遇第一水准烈度〔众值烈度〕时，结构处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可视为弹性体系，采用弹性反响谱进行弹性分析；1、抗震设防的准那么〔三个水准〕遭遇第二水准烈度〔根本烈度〕时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围；遭遇第三水准烈度〔罕遇烈度〕时，结构有较大的非弹性变形，但控制在规定的范围内，以免倒塌。“小震不坏，中震可修，大震不倒〞2、二阶段设计法：

第一阶段设计为承载力验算和弹性变形计算。采用第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用，进行结构构件的截面承载力验算。满足了在第一水准下结构具有必要的承载力可靠度同时对结构进行弹性变形验算，控制侧向变形不要太大，满足第二水准的损坏可修的目标。通过合理的结构布置和抗震构造措施，增加结构耗能能力和变形能力，满足第三水准的要求。

大多数结构只进行第一阶段设计第二阶段设计为弹塑性变形验算。对于有特殊要求的建筑、地震时容易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规那么结构，除了进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱层部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的抗震设防要求。3、建筑抗震设防分类和设防标准

甲类建筑：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，如：人民大会堂、原子能反响堆……；?建筑抗震设防分类标准?GB50223：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。

乙类建筑：为地震时使用功能不能中断或需很快恢复的建筑，如：供电、通讯工程等城市生命线工程；医院、消防等救灾是需要的建筑工程；

丙类建筑：一般的工业与民用建筑；

丁类建筑：抗震次要建筑抗震设防措施

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局部必须采取的各种细部要求。地震作用一般情况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，除标准有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。一般情况下，抗震设防烈度为6