1、全国注册结构工程师 继续教育必修课之五,建筑震害与设计对策 第一章 地震基础知识 第二章 建筑结构抗震设计基础概念 第三章 多层砌体房屋震害与设计对策 第四章 多层和高层混凝土房屋灾害与设计对策,第一章 地震基本知识,1.1地球的构造,地球是一个平均半径为6400km的椭球体。其最外面一层是地壳，平均厚度30km，包括表面沉积层，花岗岩层和玄武岩层；地球中间一层是地幔，厚度2900km，主要有橄榄岩组成；最里面的地核为半径3500km的球体，主要构造物质为铁镍，据推测，其外核（厚2100km）为液态，内核可能为固态。地球的平均重度为5.5g/cm3 。,地壳和地幔的界面称为莫霍面（M界面），在
2、此处地震波速不连续（由7.5km/s突然增大到8.08.2km/s);地幔和地核的界面称为古登堡面（G界面），在此处地震波速明显变小（由13.3km/s下降到8.1km/s)。在距地幔顶部60250km处存在地震波低速度层，说明该处岩石处于熔融状态，在板块学说中称之为软流层。,1.2.1 地震的类型 按成因：构造地震、火山地震、冲击地震（陷落地震）和诱发地震。以构造地震数量多、分布广、震级也大。 按震中距：地方震（100km)、近震（100 1000km）和远震（ 1000km）。按震级M：小地震（M3)、有感地震(3M4.5）、中强地震（4.5M6）、强烈地震（6 M 7）、大地震（7 M8
3、）和特大地震（M8）共6个级别。 按震源深度h：浅源地震（h 60km）、中源地震（60km h 300km） 、和深源地震（300km h700km）,1.2 地震的成因与类型,1.2.2地震的成因,1.宏观背景板块学说地壳和地幔顶部厚约70100km的岩石组成了全球岩石圈，分为6大板块（参见书中图1-4）：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极板块。由于岩石圈下部软流层的作用，太平洋板块以每年410cm的速度向西移动，在日本东岸深海沟一带向下俯冲；印澳板块以每年56cm的速度向北移动；同时，欧亚板块又从欧洲受到向东的推力。形成世界范围内的地震带。,2.板内地震的产生断块观
4、点全球岩石圈的形成和发展并不是整齐划一的。不同年代的地质构造运动，使岩石圈断裂分割为大小不等、深浅不一、发展历史不同的断裂块体。我国则分为9个断块构造分区，以桑干期（ 24亿年）构造分区最为古老，喜马拉雅期（0.260.65亿年）构造分区最为年轻。断块构造区形成板内地震带。,3.地震成因的局部机制弹性回跳说 地壳由弹性的，有断层的岩石组成； 地壳运动产生的能量以弹性应变能的形成在断层及其附近岩石中长期积累； 当弹性应变能积累及岩石变形达到一定程度时，断层上某一点两侧的岩体发生相对位移，地震发生，断层上长期积累的弹性应变能突然释放； 地震后岩体又重新恢复到没有变形的状态。,4.弹性回跳学说的改进
5、粘滑说 弹性回跳说认为，断层发生错动时，把积累的应变能全部释放。粘滑说则提出，每一次断层发生错动时只释放了积累的总应变能的一小部分，而剩余部分则为断层面上很高的动摩擦力所平衡。地震后，断层两侧仍有摩擦力使之固结，并可以再积累而发生较大的地震。此观点能较好地解释下一节的地震序列。,地震序列：按时间顺序排列的同一地质构造区内发生的一系列地震的大小（见书中图1-3） 1.主震型主震震级突出，主震释放的地震能量占全序列的90%95%；又可分为有明显前震和无明显前震两种情况；最大余震与主震的震级差的平均值为1.11.8。 2.震群型没有突出的主震，最大地震在全序列中所占能量比例小于80%，此型地震活动的
6、持续时间长。 3.孤立型（单发性地震）前震和余震都很少,1.3 地震序列,1.地震活动期和平静期 我国华北、华南地区每个地震活动期持续一、二百年，然后是大约一百年的平静期；而新疆、西藏中部地区的每个地震活动期持续50年左右，然后是20、30年的平静期。在每个地震活动期内又可出现地震更为集中的时间段，称为地震活动幕。,1.4 地震分布,2.世界地震构造系统 环太平洋地震带地震活动性最强，频度高，能量大，震源较下面几个地震带为深，释放的能量占全球地震释放总能量的75%以上。 地中海南亚地震带地震活动性仅次于环太平洋地震带，以浅源地震为主，释放的能量占全球地震释放能量的15%20%。 海岭地震带频度
7、低，震源浅，能量小。 大陆裂谷地震带地震活动较强，均为浅源地震。,3.我国的地震活动情况,我国可划分为10个地震区、23个地震亚区和30个地震带。概括地说：南海、东北地震强度小，频度低;华南中强地震活动，频度较低，但东南沿海强度较大；华北，台湾，青海高原和新疆地震强度大，频度高。,1.5 地震波与传播,地震波,体波 （由震源发出的波）,面波 （体波经界面多次 反射、折射而成）,纵波（压缩波或P波）,横波（剪切波或S波）,瑞雷波（R波）,乐夫波（L波）,瑞雷波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动。,乐夫波传播时，质点在地平面内产生与波前进方向相垂直的运动
8、，在地面上表现为蛇形运动。Vp= VsVsVLVp=56km/sP波、S波、L波的速度与震幅,1.6.1 震级 震级是地震发生强度的一种度量。 1935年里克特首先提出：M=lgAA震中距为1000km处地震仪的最大振幅（m) 震级与能量的关系:lgE=1.5M+11.8 E地震释放的能量（erg) 由以上两式可以看出，震级每增加1级，振幅增大10倍，而能量增大30余倍。,1.6 地震震级、震源与震中,地方震级（近震震级）ML,测定近震的短周期震动，适用于26级地震标度：ML=lgAM-R()+CsAM近震记录上的两个水平分量最大振幅的算术平均值；R()起称函数；Cs台站校整值。面波震级MS，
9、测定远震的长周期震动，适用于48级地震标度：MS=lg( )max+()+CSA两个水平分向地动位移的矢量和；MS为通常媒体报道的里氏震级。,体波震级MB,测定短周期深源地震：MS=1.59MB4 由于上述标定方法的局限性，由地震波频谱组成等因素的影响，同一地震在不同地震确定的震级差别可达0.5级。 短震级Mw ,为克服地震波谱组成影响和震级饱和而提出：Mw = lg M010.7 M0 地震矩 ，由地震波谱或经验关系确定。,1.6.2 震源与震中,震源：地震（岩层错断）发生的位置。 震中：震源在地表的投影位置。 震源距：地面上某一点到震源的距离。 震中距：地面上某一点到震中的距离。 大多数地
10、震的震源深度为520km，震源深度超过100km的地震不致引起地面灾害，观测到最深的地震震源深度为700km。,1.7 地震烈度,地震烈度：表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度。对应一次地震，震级只有一个，而由于震中距地质条件等的差别，不同地点的地震烈度也不同。 1.地震烈度表地震烈度表：用以描叙不同地震烈度的表格。当前采用的地震烈度表：中国地震烈度表（GB/T177421999）。,主 要 依 据,人的感觉（15度）,一般房屋震害情况（610度）,其他记录（11、12度）,参考物的指标：峰值加速度、峰值速度（610度）,2.烈度定量 我国抗震规范采用：设计基本地震加速度（地震影响系数最大
11、值）以及设计特征周期。,1976年和1990年我国颁发了两版中国地震烈度区划图。 2001年颁发了国家标准中国地震烈度区划图（GB183062001），给出了各地区50年超越概率为10%的地震动参数：地震动峰值加速度分区图和地震动反应谱特征周期分区图。,3. 烈度区划和地震动参数区划,4. 烈度和震级的关系震中烈度与震级的关系： M=1+ 0M=1.5+ 0.58 0地震烈度的衰减关系：=a+bMclg(R+R0) R场地到震源的距离；R0与震源深度有关的常数；a、b、c回归常数 。,M=8.0,0=10.5,0=11.2,M=8.0,1.8 地震灾害,1.8.1地震引起的地表变化 1.地裂缝 构造性地裂：由地下断层的错动连带地面的岩层发生 相对位移而形成。 重力型地裂：结构不均匀土质、不稳定的土坡及液化土层在地震作用下形成的。,2.滑坡塌方,3.喷砂冒水 无粘性土（沙土和粉土）的抗剪强度： f=( -u）tan剪切面上总法向压应力；u空隙水压力；土的内摩擦角。,4. 海啸,1.8.2 工程破坏 1.房屋建筑破坏承载力不足引起的破坏,连接不牢引起的破坏,
