1、建筑结构抗震设计,2,前言,工程抗震是一门多科性的学科,它将涉及地球物理学、地质学、地震学、结构动力学、工程结构学等多方面的知识这是一门较新的学科，而且将随震害经验的不断积累、抗震研究的不断深入而迅速发展。学习本门课要达到如下目的： 1、掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律； 2、培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力； 3、了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的发展趋势。,3,1 绪论, 本章要点 掌握：地震的含义、地震的类型；地震波的类型、震级的含义；地震烈度、基本烈度和设防烈度的异同 理解：抗震设防目标、抗震设计方法以及抗震设计的基本要
2、求 了解：我国及世界的地震活动性；地震震害,4,1.1 地震与地震动, 地震是地球内部构造运动的产物，是一种自然现象。地震给人类社会带来灾难，造成不同程度的人身伤亡和经济损失。 地震灾害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。 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（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区
3、内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。 150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。,5,唐山市机车车辆厂震后概貌,6,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 。,7,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。）,1.1 地震与地震动,汶川大地震是中华人民共和国自建国以来影响最大的一次地震，震级是自2001年昆仑山大地震（8.1级）后的第二大地震，直接严重受灾地区达10
4、万平方公里 地震成因： 印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升导致地震震源深度为10千米20千米，持续时间较长，因此破坏性巨大。 影响范围 ： 包括震中50km范围内的县城和200km范围内的大中城市。甚至泰国首都曼谷，越南首都河内，菲律宾、日本等地均有震感。 全国各地伤亡汇总 （截至2008年10月8日12时） 遇难：69229人 受伤：374643人 失踪：17923人 分析 视频,8,9,1.1 地震与地震动 台湾大地震： 1999年9月21日1时47分21秒，在台湾发生了7.3级强烈地震。死亡24人，经济损失94亿元。,10,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
5、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，柱子数量偏少。,11,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少，间距太大。,12,1.1 地震与地震动,印度大地震：当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发
6、生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。 震后现场情况：,13,14,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。,15,1.1 地震与地震动,美国加州北岭地震（7.0级）：1994年1月17日，2400栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7300人，直接经济损失300亿美元，保险损失104亿美元。 日本阪神地震（7.2级）：1995年1月17日，22万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡6348人，伤
7、4万人，经济损失1000亿美元。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5万次人们可以感觉到；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。,16,1.1 地震与地震动,1.1.1 地震及其成因 1.按成因划分的类型：构造地震：地壳构造作用，分布最广，危害最大。火山地震：由火山爆发引起。陷落地震：由溶洞或古旧矿井等塌陷引起。诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起。 2.地球构造：地壳 地幔 地核大部分地震发生在地壳内,17,1.1 地震与地震动,3.构造地震的成因： （1）
8、断层说：地壳构造变动与地震形成示意图 (a)岩层原始状态；(b)受力后发生褶皱变形；(c)岩层断裂产生振动 （2）板块构造学说：地球表面的岩层由若干个大板块所组成，由于板块作刚体运动时，板块之间发生相互挤压和顶撞，致使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。 .地震序列：地震序列的认识和判断对预报地震和防御地震很重要在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列；有前震、主震、余震。,18,1.1 地震与地震动,按地震序列分类：主震型：主震震级突出，释放能量占绝大部分；这类地震占60震群型：主要能量由多个震级相近地震释放；这类地震占30单发型：能量基本上通过主震一
9、次释放出来；这类地震占10 .震源、震中、震中距,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。,19,1.1 地震与地震动,按震源深浅划分：浅源地震：震源深度小于70千米，波及范围小，破坏力大 ；全世界约85%的地震都是浅源地震。中源地震：震源深度在70至300千米，全世界约12%的地震都是中源地震。深源地震：震源深度在300千米以上，波及范围大，破坏力小； 全世界约3%的地震都是深源地震。 1.1.2 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，这就是地震波。地震波
10、是一种弹性波。包含体波和面波。 1.体波：在地球内部传播的纵波（P波）：介质质点的振动方向与波的前进方向一致，能在 （疏密波） 固体和液体内传播。横波（S波）：介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直，只（剪切波） 能在固体内传播。,20,1.1 地震与地震动,2.面波：只限于在地球表面传播瑞雷波（R波）：在地面上呈滚动形式洛夫波（L波）：在地面上呈蛇形运动形式 地震波的传播以纵波最快，剪切波 次之，面波最慢。地震波记录图地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。由于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
11、为主。,21,1.1 地震与地震动,1.1.3 地震强度 1.震级地震强度通常用震级和烈度等反映。 （1）定义:表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度，用表示式中表示标准地震仪在距离震中100km处记录的以微米为单位的最大水平地动位移。 （）震级与能量的关系震级表示一次地震释放能量的多少，也表示地震强度大小的指标，所以一次地震只有一个震级。 震级与能量（尔格）之间的关系：,22,1.1 地震与地震动,能量越大，震级就越大；震级相差一级，地面振动幅值相差10倍，能量相差约32倍。一次级地震所释放的能量，相当于一个万t级的原子弹。 （）按震级的地震分类微震2级以下，人们感觉不到的；有感地震级，人们能
12、感觉到的； 破坏性地震级以上，有不同程度破坏；强烈地震级以上，有破坏；特大地震级以上，有严重破坏；由于震源深浅、震中距大小和土质条件等不同，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。,23,1.1 地震与地震动,.地震烈度 .定义及影响因素地震烈度是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，用I表示。一般来说，离震中愈近，地震影响愈大，地震烈度愈高；离震中愈远，地震烈度就愈低。 影响因素：震级，震中距，震源深度，土质条件等 .地震烈度表地震烈度表是评定地震烈度的标准。它是以描述震害宏观现象为主的。我国采用分成12度的地震烈度表，于1980年公
13、布。见下表。,24,个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上,25,1.1 地震与地震动,1.1.4 地震区划与地震影响 1.地震区划：根据历史地震、地震地质构造和地震观测等资料，在地图上按地震情况的差异划出不同的区域。 .基本烈度：指在50年期限内一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。用Ib表示。 .地震影响：用设计基本地震加速度和特征周期或抗震规范规定的设计地震动参数来表征。建筑的设计特征周期根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。 设计地震分组共分组，用以体现震级和震中距的影响。,26,1.1 地震与地震动,1.1.
14、5 常用术语 震源深度：震中到震源的垂直距离 震中距：建筑物到震中的距离 震源距：建筑物到震源的距离 极震区：在震中附近，振动最剧烈、 破坏最严重的地区 等震线：一次地震中，在其所波及 的地区内，用烈度表可以对每一个 地点评估出一个烈度，烈度相同点 术语解释示意图 的外包线。,27,. 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：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。（2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，
15、经中亚细亚到地中海及其附近。以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。 1.2.1 我国地震活动性我国是一个多地震国家，据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。 原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。,28,喜马拉雅地中海地震带,29,. 地震活动性,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。 我国的主要地震带有两条： 南北地震带： 东西地震带： 大致划分为个地震活动区： 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。 1.2.3 近期世界地震活动性近年来，世界已进入多地震活
16、跃期，地震活动非常频繁。,30,我国境内震级大于或等于的强震震中分布,31,.地震震害,1.3.1 概述 1.地表破坏：主要有山石崩裂、滑坡、地面裂缝、地陷和喷水冒砂等。,32,.地震震害,.工程结构的破坏现象 （）承重结构承载力不足或变形过大而造成的破坏,33,.地震震害,（）结构丧失整体性而造成的破坏,34,.地震震害,（）地基失效引起的破坏建筑物因砂土液化不均匀下沉,35,.地震震害,.次生灾害造成的破坏 次生灾害主要有水灾、火灾、毒气污染等。震后引起的火灾,36,.地震震害,1.3.2 工程地质条件对震害的影响 1.局部地形条件的影响孤立突出的山梁、山包、条状山嘴、高差较大的台地、陡坡
17、及故河道等，均对建筑物的抗震不利。 .局部地质构造的影响局部地质构造主要指断层。断层分为发震断层和非发震断层。非发震断层对建筑物的破坏无明显影响，但在具体布置建筑时，不宜将建筑物横跨在断层上。在选择建筑物的场地时，应尽量使房屋或工程设施远离断层及其破碎带。 .地下水位的影响地震时，地下水位对建筑物有明显影响，水位越浅震害愈重。,37,.结构的抗震设防,1.4.1 抗震设防的目标： 抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施。 .抗震设防烈度：一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，按国家规定权限审批或颁发的文件执行。一般情况下，采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。 .
18、小震、中震和大震 小震众值烈度时的地震，50年内的超越概率为63.2% 中震基本烈度时的地震， 50年内的超越概率为10% 大震罕遇烈度时的地震， 50年内的超越概率为2% 3.设防目标： 三水准：“小震不坏，中震不修，大震不倒”,38,.结构的抗震设防,1.4.2 建筑结构抗震设计方法：两阶段抗震设计方法： 1.第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。 2.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,39,.结构的抗震设防,1.4.3
19、抗震设计的基本要求 1.抗震建筑的概念设计 （1）定义：根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计 （）基本内容： 三部分：建筑设计应重视建筑结构的规则性； 合理的建筑结构体系选择； 抗侧力结构和构件的延性设计。 .建筑的抗震设防类别：,40,.结构的抗震设防,.抗震设防范围抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。规范适用于6-9度地区抗震设计及隔震、消能减震设计。超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。 .抗震设防依据一般情况下采用抗震设防烈度。在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。 .建筑的抗震设防标准抗震措施: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。,41,.结构的抗震设防,对各抗震设防类别建筑的设防标准，应符合的要求抗震设防烈度为度，除另有规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。,
