抗震结构设计（第5版）绪论

抗震结构设计（第5版）

绪论1.1地震与地震动地震的定义：——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。——地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种灾害性自然现象。（500万次，1％，18次）.唐山地震（1976年，24.2万，100亿人民币）

唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。唐山地震

开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存。唐山地震

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。

唐山地震

唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一）

唐山地震震后唐山一角1972年唐山火车站台湾集集地震（1999年，2400人，94亿美元）台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为12层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。

台湾集集地震

彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量太少，间距太大。台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震石岗大坝拦截大家溪，是台中县主要饮用水源之一，全长700米。9·21地震中受断层作用北段三跨泄洪道断塌，断裂处南侧拱起约9.8米，北侧约2米。蓄水功能全失，上游水库底床露出地表。

印度地震（2001年，2万人，45亿美元）印度地震印度地震土耳其地震（1999，7.8级，1.6万人，

200亿美元）伊兹米特市的一幢建筑物底层破坏，造成整体倾斜，左边的一幢层层倒塌。土耳其地震伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。

土耳其地震一座二层小学教学楼被完全摧毁。人员伤亡土耳其地震公路桥梁破坏地表破坏我国地震情况抗震设防的国土面积：82.7%.20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震：①1920年，宁夏海源地震，8.5级，23.4万人;②1976年，唐山地震，7.8级，24.2万人.统计结果：我国大陆地震约占世界大陆地震的1/3。1900年以来，死于地震人数有55万之多,占全球地震死亡人数的53％。防灾减灾的工作内容地震的监测预报：预测地震发生的时间、地点和强度，准确度？(有减灾实效的预测大概是10%。中长期年度预测的水平高一点，在30%－40%)。地震作用预测：地震强度量化为作用在结构上的作用力，地震作用的估计相当粗糙。地震作用效应分析：抗震设计。工程设计人员的责任：利用现有的研究成果对未来可能遇到的地震精心设防，尽量减轻震害。1.1.1

地震及其成因1.地球的构造地球是一个半径约为6400km的椭圆球体，由三层不同的物体组成。

(1)表面层：很薄的地壳，平均厚30～40km；

(2)中间层：地幔,厚约2900km；

(3)内层：地核，平均半径厚约3500km。1.地球的构造地壳：各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。陆地:平均厚度30～40km海洋：平均厚度5～8km，

世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的地壳内。地幔：主要由质地坚硬的橄榄岩组成。上地幔：40～70km岩石层，和地壳成岩石圈；

70～700km为厚几百公里软流层。下地幔：物质密度增大。

地幔是地壳运动的根源：（1）地球内部的温度随深度的增加而升高。地下200km～700km其温度由600℃升至2000℃。

（2）地球内部的压力是不均衡的，在地幔上部约900MPa,地幔中部为3700MPa。1.地球的构造地幔内部的物质在热状态和不均衡的压力作用下缓慢的运动着。（地震产生的根源）地核：地球的核心，主要构成物质是镍、铁。外核（厚2100km）处于液态；内核（厚1400km）处于固态。地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不能通过液体）。

地震仅发生在地球的地壳和地幔上部(700km）。2.地震类型和成因地震类型：按产生地震的原因分：火山地震：由于火山爆发而引起的地面振动。7％。陷落地震：由于地表或地下岩层突然发生大规模的陷落和崩塌所引起小范围的地面振动。3％。构造地震:由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动。90％，破坏性大，影响面广。※在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题。2.地震类型和成因构造地震的成因：板块构造学说。全球岩石圈；六大板块；地幔软流层对流；各板块相互挤压、碰撞；积累能量，变形应力；岩层断裂和错动，弹性波，地面振动，地震。2.地震类型和成因地震序列：在一定时间内相继发生在相邻地区的一系列大小地震。主震：最大的一次地震。前震：主震之前发生的地震。余震：主震之后发生的地震。主震型地震：主震震级很突出，其释放的能量占全序列中绝大部分，60％。震群型地震：主震震级不突出，多发型地震，30％。单发型地震：无前震和余震，孤立型地震，10％。2.地震类型和成因地震的空间特征（常用术语）：震源：地球内部断层错动并辐射出地震波的部位；震中：震源在地面上的投影点；震中区：震中周围的地区(极震区)；震中距：地面某处至震中的水平距离；震源深度：震中到震源的垂直距离；等震线：把地面上破坏程度相近的点连成的曲线。2、地震类型和成因按震源的深浅不同，地震又可分为：浅源地震：震源深度在60km以内。85%。中源地震：震源深度在60~300km范围内。12%。深源地震：震源深度超过300km。3%(720km)。

2002年6月29日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。

1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。1.1.2地震波地震波：

地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量,这种从震源地方的岩石破裂产生的弹性波。分为体波和面波。体波：在地球内部传播，包括纵波和横波。纵波：是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松。纵波特点：周期短，振幅小，波速快，

200-1400m/s

，使建筑物产生上下颠簸。1.1.2地震波横波：是由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波前进的方向相垂直。横波特点:周期长、振幅大、波速慢，100-800m/s，使建筑物产生水平方向摇晃在一般情况下：纵波速度Vp=1.67Vs（Vs横波速度）纵波：初波（primarywave)，P波横波：次波（secondarywave)，S波1.1.2地震波面波：沿地球表面传播；主要有瑞雷波和洛夫波。洛夫波（L波）：传播时将使质点在与波前进方向相垂直的水平方向上作蛇形运动。瑞雷波（R波）：传播时将使质点在波的前进方向与地表面法向组成的平面内做逆向椭圆运动。1.1.2地震波面波特点：比体波传播速度慢、振幅大、周期长、衰减慢、传播远，使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。建筑物一般在横波和面波都到达时振动最为激烈。因面波的能量比体波的大，所以造成建筑物和地表的破坏以面波为主。1.1.3地震强度1.1.3.1震级震级：反映地震强度大小的指标，用M表示。

M=lgA

（里氏震级）A——在距震中100km处用标准地震仪记录以微米为单位的最大水平地动位移。标准地震仪：指摆的自振周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800倍的地震仪。震级表示一次地震释放能量的多少，一次地震只有一个震级。1.1.3.1震级震级M与地震释放能量E（尔格）之间的关系：

lgE=11.8+1.5M(1尔格=10-7J)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。一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。到目前为止，世界上记录到的最大一次地震是1960年5月23日发生在智利的8.9级地震。1.1.3.1震级按震级，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。1.1.3.2地震烈度地震烈度：指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。简称烈度。用I表示。影响烈度的因素：震级、震中距、震源深度、地质构造和地基条件等。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。即一次地震的震级只有一个，但距离震中不同的地点，地震烈度就不同。对浅源地震，震级与震中烈度的关系：

M＝0.58I0+1.51.1.3.2地震烈度地震烈度表制定标准：根据地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破坏和地表现象划分的地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度。从工程抗震的角度，烈度表中对应于不同烈度给出了地面运动最大加速度和最大速度无感1室内个别静止中的人感觉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、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。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——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出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仓皇逃出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

人的感觉烈度地震区划：是指根据历史地震、地震地质构造和地震观测资料，在地图上按地震情况的差异划出的不同区域。（1990版，基本烈度不同的5个地区）。2001年版的《中国地震动参考区划图》，是确定我国城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组的依据，具有法律效应。1.1.4地震区划与地震影响基本术语抗震设防烈度：按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。用Id表示。规范规定：一般情况下，设防烈度可采用《中国地震动参数区划图》中的地震基本烈度。基本烈度：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基本烈度。用Ib表示。也称为偶遇烈度或中震烈度。

相当于475年一遇的最大地震的烈度。设计基本地震加速度：是指50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度的设计取值，即地震动的峰值加速度。设计地震分组地震波的特性：地震波在传播过程中高频分量比低频分量衰减得快（纵波衰减最快，面波传播最远）。震级大震中距远的地震波其主导频率为低频分量，考虑结构物本身的自振周期，共振效应。一般来说，在宏观烈度大体相同条件下，震级较大震中距较远的地震对长周期柔性结构的破坏比中小级震级震中距较近的情况严重的多。同样烈度下，不同震级和震中距的地震对不同建筑物造成的破坏程度是不同的。设计地震分组《建筑抗震设计规范》将设计地震划分为三组以反映近、中、远震的影响。不同的设计地震分组，采用不同的设计特征周期。对于Ⅱ类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.1.2地震活动性1.2.1世界地震活动性全世界地震主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震带:经我国台湾。（2）欧亚地震带(喜马拉雅－地中海地震带):经我国横断山脉、喜马拉雅山区。这两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。

我国正好介于地球的两大地震带之间。1.2.2我国地震活动我国的主要地震带：（1）南北地震带：北起贺兰山，向南经六盘山、穿越秦岭沿川西至云南省东北，纵贯南北。（2）东西地震带：北面的一条：沿陕西、山西、河北北部向东延伸，直至辽宁的千山一带。南面的一条：自帕米尔起，经昆仑山、秦岭，直至大别山区。1.2.2我国地震活动六个地震活动区台湾及其附近海域；喜马拉雅山脉活动区；南北地震带；天山地震活动区；华北地震活动区；东南沿海地震活动区；

我国目前处于地震活跃期；台湾大地震最多，新疆，西藏次之。1.3地震灾害1.3.1概述分类:直接灾害:一次灾害，地面运动引起的地表破坏，建筑物倒塌等。次生灾害:二次灾害，由直接灾害继发的地震后火灾、水灾、海啸、毒气逸散等。诱发灾害:三次灾害，由前两种灾害引起的工厂停产，城市瘫痪，瘟疫蔓延等。1.3.1.1地表破坏地表破坏：如地面裂缝、滑坡塌方、塌陷、液化等。地面破坏丰源市狮子会馆及水源路被断层拱起4m滑坡塌方砂土液化地面喷水冒砂砂土液化地面喷水冒砂土壤液化后留下的喷沙孔1.3.1.2工程结构的破坏唐山地震滦河大桥被震垮如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等。1.3.1.2工程结构的破坏承重构件强度不足1.3.1.2工程结构的破坏承重构件强度不足1.3.1.2工程结构的破坏

构件连接不牢丧失整体性1.3.1.2工程结构的破坏

基础失效1.3.1.3次生灾害火灾1.3.1.3次生灾害火灾1.3.1.3次生灾害水库坝体倒塌1.3.1.3次生灾害

海啸1.3.1.3次生灾害1.3.1.4诱发灾害唐山震后工厂厂房工厂停产1.3.1.4诱发灾害1.3.2工程地质条件对震害的影响1.3.2.1局部地形条件的影响震害表明：局部孤突地形对震害有较大影响

——对地震强度有放大作用。

1920年宁夏海原8.5级地震中，位于渭河河谷的姚庄烈度为7度，相距仅2km的牛家山庄，坐落在高出河谷100m左右的黄土山嘴上，烈度为9度。

1975年辽宁海城地震中，高差58m的两个测点，地面加速度相差1.84倍。对高耸孤立的山梁、山包、条状山嘴、高差较大的台地、陡坡及故河岸等地段，应估计为不利地段。1.3.2.2局部地质构造的影响局部地质构造：断层（发震断层和非发震断层）发震断层：具有潜在地震活动的断层；浅源地震多与断裂活动有关；地震时，发震断层可能出现很大的错动，建筑物严重破坏。

1.3.2.2局部地质构造的影响工程上最常遇到的是非发震断裂。非发震断裂：与地震活动没有成因联系的断层地震作用下一般不会产生新的错动,对建筑物破坏无明显影响。不宜将建筑物横跨在断层上,以免可能发生的错动或不均匀沉降带来的危害。1.3.2.3地下水位的影响地下水位对建筑物的震害有明显影响（1）水位越浅，震害越严重地下水位深度在5m以内时，震害影响最明显。（2）地基土的类型不同，地下水位的影响程度亦不同

软弱土层影响最大：粉砂、细砂、淤泥质土等

粘性土次之。

坚硬土影响最小：碎石、角砾、卵砾石等。1.4结构的抗震设防1.4.1抗震设防的目标抗震设防：对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施。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。具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。“三水准”抗震设防目标：（1）第一水准：在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不损坏或不需修理仍可继续使用。

————小震不坏，结构处于弹性工作阶段1.4.1抗震设防的目标（2）第二水准：在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物可能有损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。

———中震可修，允许结构进入非弹性工作阶段，但由此造成的结构损坏可控。（3）第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

————大震不倒，结构有较大的非弹性变形。1.4.1抗震设防的目标小震：发生机会较多的地震。地震烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度，即众值烈度时的地震。大震：发生机会极小的地震，罕遇烈度时的地震。1.4.1抗震设防的目标众值烈度：多遇地震烈度、第一水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为63.2%的地震烈度值。相当于50年一遇的烈度值。

基本烈度：偶遇地震烈度、第二水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。相当于474年一遇的烈度值。1.4.1抗震设防的目标罕遇烈度：大震烈度，第三水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2%～3%的地震烈度值。相当于1600～2500年一遇的烈度值。基本烈度+1度。合肥地区基本烈度为7度，其众值烈度？罕遇烈度？

1.4.2建筑结构抗震设计方法第一阶段设计：

多遇地震作用下承载力验算——小震不坏；

弹性变形验算——中震可修；合理的结构布置和抗震构造措施——大震不倒。第二阶段设计：罕遇地震下弹塑性变形验算——大震不倒。

针对特别重要的建筑、地震易倒塌的建筑、有