第1章地震基本知识和抗震设防课件

工程结构抗震设计工程结构抗震设计合肥工业大学土建学院建工系参考教材参考教材l工程结构抗震设计主编 柳炳康 沈小璞 武汉理工大学出版社l建筑抗震设计 编著 郭继武 建工出版社l建筑抗震设计规范GB500112001l混凝土结构设计规范GB500102002l建筑地基基础设计规范GB50072002 建工出版社主要内容主要内容l第一章第一章 地震基本知识与工程结构抗震设防地震基本知识与工程结构抗震设防l第二章第二章 场地、地基与基础抗震场地、地基与基础抗震l第三章第三章 地震作用工程结构地震反应分析地震作用工程结构地震反应分析 与抗震验算与抗震验算l第四章第四章 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计 l第五章第五章 多层砌体房屋抗震设计多层砌体房屋抗震设计l第六章第六章 隔震结构简介隔震结构简介学习本课程目的学习本课程目的l掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，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；了解抗震设计的一般规律；l培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力；和抗震计算能力；l了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法理论、方法 的发展趋势。的发展趋势。1 地震基础知识与工程结构抗震设防地震基础知识与工程结构抗震设防l1.1 概概 述述l地震的定义：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地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种灾害性灾害性自然现象。（自然现象。（500万次，万次，1，18次）次）唐山地震唐山地震（1976年，年，24.2万，万，100亿人民币）亿人民币）唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地级地震时倒塌一层，震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。级地震时除四根门柱外，全部坍塌。唐山地震唐山地震 开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存仅西部转角残存。唐山地震唐山地震 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。楼房，墙倒顶塌。唐山地震唐山地震 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，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。）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。）唐山地震唐山地震唐山市机车车辆厂震后概貌。唐山市机车车辆厂震后概貌。台湾集集地震台湾集集地震（1999年，年，2400人，人，94亿美元）亿美元）台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震台湾集集地震印度地震印度地震（2001年，年，2万人，万人，45亿美元）亿美元）印度地震印度地震印度地震印度地震 一座二层小学教学楼一座二层小学教学楼被完全摧毁。被完全摧毁。人员伤亡印度地震印度地震公路桥梁破坏公路桥梁破坏地表破坏地表破坏我国地震情况我国地震情况l抗震设防的国土面积：抗震设防的国土面积：82.7%l20世纪全球两次死亡世纪全球两次死亡20万人以上的大地震：万人以上的大地震：1920年，年，宁夏海源地震宁夏海源地震，8.5级，级，23.4万人万人 1976年，年，唐山地震唐山地震，7.8级，级，24.2万人万人l统计结果：统计结果：我国大陆地震约占世界大陆地震的我国大陆地震约占世界大陆地震的1/3；1900年以来，死于地震人数年以来，死于地震人数55万之多；万之多；占全球地震死亡人数的占全球地震死亡人数的53。防灾减灾的工作内容防灾减灾的工作内容l地震的监测预报地震的监测预报：预测地震发生的时间、地点和强度，：预测地震发生的时间、地点和强度，准确度？准确度？(有减灾实效的预测大概是有减灾实效的预测大概是10%。中长期年度。中长期年度预测的水平高一点，在预测的水平高一点，在30%到到40%)l地震作用预测地震作用预测：地震强度量化为作用在结构上的作用：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力，地震作用的估计相当粗糙。粗糙。l地震作用效应分析地震作用效应分析：抗震设计：抗震设计工程设计人员的责任：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。地震精心设防，尽量减轻震害。1.2地震基础知识地震基础知识l1.2.1、地球的构造、地球的构造l地球是一个半径约为地球是一个半径约为6400Km的椭圆球体，由三层不同的物的椭圆球体，由三层不同的物体组成。体组成。(1)表面层表面层：很薄的地壳，：很薄的地壳，平均厚平均厚3040Km (2)中间层中间层：地幔：地幔,厚约厚约2900Km (3)内层内层：地核，平均半径厚约：地核，平均半径厚约3500Km1.2.1地球的构造地球的构造l地壳地壳：各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。陆地陆地:表面：沉积层，表面：沉积层，上部：花岗岩岩层上部：花岗岩岩层 平均厚度平均厚度303040km40km 下部：玄武岩岩层下部：玄武岩岩层 海洋海洋：玄武岩岩层玄武岩岩层 平均厚度平均厚度5 58km8km 世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的的地壳内。地壳内。1.2.1地球的构造地球的构造l地幔地幔：主要由质地坚硬的橄榄岩组成。主要由质地坚硬的橄榄岩组成。上地幔：上地幔：404070km70km岩石层，岩石层，和地壳成岩石圈和地壳成岩石圈 7070700km700km为厚几百公里为厚几百公里软流层软流层 下地幔：物质密度增大下地幔：物质密度增大 地幔是地壳运动的根源：地幔是地壳运动的根源：（1 1）地球内部的温度随深度的增加而升高。）地球内部的温度随深度的增加而升高。地下地下200Km200Km700Km700Km其温度由其温度由600600升至升至20002000 （2 2）地球内部的压力是不均衡的，在地幔上部约）地球内部的压力是不均衡的，在地幔上部约900MPa,900MPa,地幔中部为地幔中部为3700MPa3700MPa。1.2.1地球的构造地球的构造l地幔内部的物质在热状态和不均衡的压力作用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）下缓慢的运动着。（地震产生的根源）l地核：地球的核心，主要构成物质是镍、铁地核：地球的核心，主要构成物质是镍、铁 外核（厚外核（厚2100Km2100Km）处于液态）处于液态 内核（厚内核（厚1400Km1400Km）处于固态）处于固态 地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不能通过液体）。能通过液体）。地震仅发生在地球的地壳和地幔上部地震仅发生在地球的地壳和地幔上部(700km(700km）1.2.2地震类型和成因地震类型和成因l地震类型：地震类型：按产生地震的原因按产生地震的原因l火山地震火山地震：由于火山爆发而引由于火山爆发而引 起的地面振动。起的地面振动。7l陷落地震陷落地震：由于地表或地下岩层突然发生大规模的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。陷落和崩塌所引起小范围的地面振动。3l构造地震构造地震:由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错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。动引起的地面振动。90，破坏性大，影响面广。，破坏性大，影响面广。在工程抗震设计中仅考虑在工程抗震设计中仅考虑构造地震构造地震的设防问题的设防问题1.2.2地震类型和成因地震类型和成因l构造地震的成因：构造地震的成因：板块构造学说板块构造学说 全球岩石圈全球岩石圈 六大板块六大板块 地幔软流层对流地幔软流层对流 各板块相互挤压、碰撞各板块相互挤压、碰撞 积累能量，变形应力积累能量，变形应力 岩层断裂和错动，弹性波，地面振动，地震岩层断裂和错动，弹性波，地面振动，地震1.3地震活动与地震分布地震活动与地震分布l1.3.1世界地震活动世界地震活动 全世界地震主要分布于以下两个带：全世界地震主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震带）环太平洋地震带:经我国台湾省经我国台湾省（2）欧亚地震带）欧亚地震带(喜马拉雅喜马拉雅地中海地震带地中海地震带):经我国横经我国横断山脉、喜马拉雅山区断山脉、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这两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的量的98%。我国正好介于地球的两大地震带之间。我国正好介于地球的两大地震带之间。1.3.2我国地震活动我国地震活动l十大地震区十大地震区 台湾地震区台湾地震区,南海地震区南海地震区,华南地震区华南地震区 属环太平洋地震带属环太平洋地震带 青藏高原南部青藏高原南部 中部中部 北部地震区北部地震区 新疆中部新疆中部 北部地震区北部地震区 属欧亚地震带属欧亚地震带 华北地震带华北地震带 东北地震带东北地震带 我国目前处于地震活跃期。我国目前处于地震活跃期。1.3.3地震灾害地震灾害l分类分类:l直接灾害直接灾害:一次灾害一次灾害,地面运动引起的地表破坏地面运动引起的地表破坏,建筑物倒塌等建筑物倒塌等l次生灾害次生灾害:二次灾害二次灾害,由直接灾害继发的地震后由直接灾害继发的地震后火灾火灾 水灾水灾 海啸海啸 毒气逸散等毒气逸散等l诱发灾害诱发灾害:三次灾害三次灾害,由前两种灾害引起的工厂由前两种灾害引起的工厂停产停产,城市瘫痪城市瘫痪,瘟疫蔓延等瘟疫蔓延等1.3.3.1直接灾害直接灾害1、地面破坏。地面破坏。如地面裂缝、滑坡塌方、如地面裂缝、滑坡塌方、塌陷、液化等；塌陷、液化等；地面破坏地面破坏丰源市狮子会馆及水源路被断层拱起丰源市狮子会馆及水源路被断层拱起4米米滑坡塌方滑坡塌方砂土液化地面喷水冒砂砂土液化地面喷水冒砂唐山地震喷砂唐山地震喷砂2.工程结构的破坏工程结构的破坏唐山地震滦河大桥被震垮唐山地震滦河大桥被震垮如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等2.工程结构的破坏工程结构的破坏承重构件强度不足承重构件强度不足2.工程结构的破坏工程结构的破坏承重构件强度不足承重构件强度不足2.工程结构的破坏工程结构的破坏2.工程结构的破坏工程结构的破坏 基础失效基础失效1.3.3.2次生灾害次生灾害1.3.3.2次生灾害次生灾害1.3.3.2次生灾害次生灾害1.3.3.2次生灾害次生灾害1.3.3.2次生灾害次生灾害1.3.3.3诱发灾害诱发灾害唐山震后工厂厂房唐山震后工厂厂房 工厂停产工厂停产1.3.3.3诱发灾害诱发灾害1.4 地震特征描述地震特征描述(1.4.1地震空间位置地震空间位置)震源震源：地球内部断层错动：地球内部断层错动并辐射出地震波的部位并辐射出地震波的部位震中震中：震源在地面上的投：震源在地面上的投影点影点震中区震中区:震中周围的地区震中周围的地区(极极震区震区)震中距震中距：地面某处至震中：地面某处至震中的水平距离的水平距离震源深度震源深度：震中到震源的：震中到震源的垂直距离垂直距离等震线等震线：把地面上破坏程：把地面上破坏程度相近的点连成的曲线度相近的点连成的曲线1.4.1地震空间位置地震空间位置l按震源的深浅不同，地震又可分为：按震源的深浅不同，地震又可分为：l浅源地震浅源地震：震源深度在震源深度在60Km以内。以内。85%l中源地震中源地震：震源深度在震源深度在60300Km范围内。范围内。12%l深源地震深源地震：震源深度超过震源深度超过300Km。3%(720km)2002年年6月月29日晨日晨1：20发生于吉林的发生于吉林的7.2级地震，震源级地震，震源深度为深度为540km，无破坏。，无破坏。1960年年2月月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，级地震，深度为深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。内。1.4.2地震强度度量地震强度度量l1.4.2.1地震波地震波l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传播并释放能量,这种从震源地方的岩石破裂产生的弹这种从震源地方的岩石破裂产生的弹性波。分为性波。分为体波和面波体波和面波l体波：体波：在地球内部传播，在地球内部传播，包括纵波和横波包括纵波和横波l纵波：纵波：是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振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。和疏松。l纵波特点纵波特点:周期短周期短,振幅小振幅小,波速快波速快,200-1400m/s，使建筑物产生上下颠簸使建筑物产生上下颠簸1.4.2.1地震波l横波横波：是由震源向外传播的剪切波，其介质质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。点的振动方向与波前进的方向相垂直。l横波特点横波特点:周期长、振幅大、周期长、振幅大、波速慢波速慢,100-800m/s，使建筑物产生水平方向摇晃，使建筑物产生水平方向摇晃l在一般情况下：在一般情况下：纵波速度纵波速度 Vp =1.67Vs 横波速度横波速度 纵波：初波（纵波：初波（primary wave)，P波波 横波：次波（横波：次波（secondary wave),S波波 1.4.2.1地震波l面波面波：沿地球表面传播；主要有瑞雷波和洛夫波沿地球表面传播；主要有瑞雷波和洛夫波l洛夫波（洛夫波（L L波）波）：传播时将使质点在与波前进方：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。向相垂直的水平方向上作蛇形运动。l瑞雷波（瑞雷波（R R波）波）：传播时将使质点在波的前进方：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向与地表面法向组成的平面内做逆向椭圆运动1.4.2.1地震波l面波特点面波特点：比体波传播速度慢、振幅大、周期长、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衰减慢、传播远，使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。右摇晃。l建筑物一般在横波和面波都到达时振动最为激烈建筑物一般在横波和面波都到达时振动最为激烈。因。因面波的能量比体波的大，所以造成建筑物和地表的破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。坏以面波为主。1.4.2.2震级震级l震级震级：反映地震强度大小的指标，用反映地震强度大小的指标，用M M表示。表示。M=lgAM=lgA （里氏震级）里氏震级）lA A：在距震中在距震中100Km100Km处用标准地震仪记录以微米为单位处用标准地震仪记录以微米为单位的最大水平地动位移。的最大水平地动位移。l标准地震仪标准地震仪：指摆的自振周期为指摆的自振周期为0.8s0.8s，阻尼系数为，阻尼系数为0.80.8，放大倍数为，放大倍数为28002800倍的地震仪。倍的地震仪。l震级表示一次地震释放能量的多少，一次地震只有一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。个震级。1.4.2.2震级震级l震级震级M M与地震释放能量与地震释放能量E E（尔格）之间的关系（尔格）之间的关系：lgElgE=11.8+1.5M (1=11.8+1.5M (1尔格尔格=10=10-7-7J)J)能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差倍；相差二级，能量相差1000倍。倍。一个一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。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到目前为止，世界上记录到的最大一次地震是1960年年5月月23日发生在智利的日发生在智利的8.9级地震级地震1.4.2.2震级震级 微震微震-2级以下级以下 人感觉不到人感觉不到 有感地震有感地震-2-4级级 人有感觉人有感觉 破坏性地震破坏性地震-5级以上级以上 有破坏有破坏 强烈地震强烈地震-7级以上级以上 有破坏有破坏 特大地震特大地震-8级以上级以上 有破坏有破坏 由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏由于震源深浅、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，破坏力也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。不一定就小。1.4.2.3地震烈度地震烈度l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。用遭受到一次地震影响的强弱程度。简称烈度。用I I表表示。示。影响烈度的因素：影响烈度的因素：震级、震中距、震源深度、地质构震级、震中距、震源深度、地质构 造和地基条件等。造和地基条件等。一般而言一般而言，震级越大，烈度就越大。，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，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。地震烈度就不同。l对浅源地震，震级与震中烈度的关系：对浅源地震，震级与震中烈度的关系：M M0.58I0.58I0 0+1.5+1.51.4.2.3地震烈度地震烈度 地震烈度表地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。是评定烈度的标准和尺度。中国地震烈度表中国地震烈度表将地震烈度分为将地震烈度分为1-12度。度。从工程抗震的角度，烈度表中对应于不同烈度给出了从工程抗震的角度，烈度表中对应于不同烈度给出了地面运动地面运动最大加速度最大加速度和和最大速度最大速度无感无感 1室内个别静止中的室内个别静止中的人感觉人感觉 2悬挂物微动悬挂物微动门、窗轻微作响门、窗轻微作响室内少数静止中的室内少数静止中的人感觉人感觉 3悬挂物明显摆动，器皿作响悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响门、窗作响室内多数人感觉。室内多数人感觉。室外少数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒少数人梦中惊醒 43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝出现微细裂缝室内普遍感觉。室室内普遍感觉。室外多数人感觉。多外多数人感觉。多数人梦中惊醒数人梦中惊醒 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水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏损坏个别砖瓦个别砖瓦掉落、墙体微细裂掉落、墙体微细裂缝缝惊惶失措，仓皇逃惊惶失措，仓皇逃出出 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土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏轻度破坏局部破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出大多数人仓皇逃出 725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏破坏中等破坏中等破坏结构结构受损，需要修理受损，需要修理摇晃颠簸，行走困摇晃颠簸，行走困难难 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。砖烟囱出现倒塌现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏严重破坏墙体龟裂，墙体龟裂，局部倒塌，修复困难局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人坐立不稳。行动的人可能摔跤可能摔跤 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坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌倒塌大部倒塌，大部倒塌，不堪修复不堪修复骑自行车的人会摔倒。骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感出几尺远。有抛起感 10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏的拱桥毁坏毁灭毁灭11地面剧烈变化，山河改观地面剧烈变化，山河改观12速度速度加速度加速度 其它现象其它现象 一般房屋一般房屋 人的感觉人的感觉烈烈度度2/smmsmm/1.5工程结构抗震设防工程结构抗震设防l1.5.1工程结构抗震设防依据工程结构抗震设防依据l1.5.1.1地震烈度区划地震烈度区划l地震区划地震区划：是指根据历史地震、地震地质构造和地震：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观测资料，在地图上按地震情况的差异划出的不同区域。（域。（1990版，基本烈度不同的版，基本烈度不同的5个地区）个地区）l2001年版的年版的中国地震动参考区划图中国地震动参考区划图，是确定我国，是确定我国城镇城镇抗震设防烈度抗震设防烈度、设计基本地震加速度设计基本地震加速度和和设计地震设计地震分组的依据分组的依据，具有法律效应。，具有法律效应。中国地震动峰值加速度区划图中国地震动峰值加速度区划图中国地震动反应谱特征周期区划图中国地震动反应谱特征周期区划图基本术语基本术语l抗震设防烈度抗震设防烈度：按国家规定的权限批准的作为一个地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。用区抗震设防依据的地震烈度。用IdId表示。表示。l规范规定：一般情况下，设防烈度可采用规范规定：一般情况下，设防烈度可采用中国地震中国地震动参数区划图动参数区划图 中的地震基本烈度。中的地震基本烈度。基本烈度：基本烈度：一个地区未来一个地区未来5050年内一般场地条件下可能年内一般场地条件下可能遭受的具有遭受的具有10%10%超越概率的地震烈度值称为该地区的超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用基本烈度。用IbIb表示。也表示。也称为偶遇烈度或中震烈度。称为偶遇烈度或中震烈度。相当于相当于475475年一遇的最大地震的烈度。年一遇的最大地震的烈度。l设计基本地震加速度设计基本地震加速度：是指：是指5050年设计基准期超越概率年设计基准期超越概率为为10%10%的地震加速度的设计取值，即地震动的峰值加的地震加速度的设计取值，即地震动的峰值加速度速度1.5.1.2地震小区划地震小区划l地震小区划：地震小区划：是在地震烈度区划的基础上，考虑局是在地震烈度区划的基础上，考虑局部范围的地震地质背景、土质条件、地形地貌，给出部范围的地震地质背景、土质条件、地形地貌，给出一个城市或一个大的工矿企业内的地震烈度和地震动一个城市或一个大的工矿企业内的地震烈度和地震动参数。参数。l建筑抗震规范建筑抗震规范规定对做过地震小区划的地区，可规定对做过地震小区划的地区，可采用抗震主管部门批准使用的设防烈度和设计地震动采用抗震主管部门批准使用的设防烈度和设计地震动参数。参数。1.5.1.3设计地震分组设计地震分组l地震波的特性：地震波的特性：地震波在传播过程中高频分量比低频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）分量衰减得快（纵波衰减最快，面波传播最远）l震级大震中距远的地震波其主导频率为低频分量，考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，共振效应虑结构物本身的自振周期，共振效应l一般来说，在宏观烈度大体相同条件下，震级较大震一般来说，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。级震中距较近的情况严重的多。l同样烈度下，不同震级和震中距的地震对不同建筑物同样烈度下，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造成的破坏程度是不同的1.5.1.3设计地震分组设计地震分组l建筑抗震规范建筑抗震规范将设计地震划分为三组以反映近、将设计地震划分为三组以反映近、中、远震的影响。中、远震的影响。l不同的设计地震分组，采用不同的设计特征周期。不同的设计地震分组，采用不同的设计特征周期。l对于对于类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：为：0.35s、0.40s、0.45s.l合肥地区的设计地震分组为第一组合肥地区的设计地震分组为第一组1.5.1.4地震动特性地震动特性l地震动特性地震动特性(地震动三要素地震动三要素)(1)地震动幅值特性地震动幅值特性:描述地震动的强弱程度描述地震动的强弱程度 地面运动最大加速度幅值地面运动最大加速度幅值 地面运动最大速度幅值地面运动最大速度幅值 地面运动最大位移幅值地面运动最大位移幅值(2)地震动频谱特性地震动频谱特性:地震动对不同自振周期结构反应地震动对不同自振周期结构反应 特性特性 反应谱反应谱、功率谱、傅立叶谱、功率谱、傅立叶谱(3)地震动持时特性地震动持时特性1.5.2工程结构抗震设计思想工程结构抗震设计思想l1.5.2.1三水准的抗震设防准则三水准的抗震设防准则l抗震设防的目的：抗震设防的目的：通过抗震设防，减轻建筑的破坏，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。避免人员死亡，减轻经济损失。l具体通过具体通过“三水准三水准”的抗震设防要求和的抗震设防要求和“两阶段两阶段”的的抗震设计方法实现。抗震设计方法实现。l“三水准三水准”抗震设防目标抗震设防目标：（1）第一水准第一水准：在遭受：在遭受低于低于本地区设防烈度的本地区设防烈度的多遇多遇地震地震影响时，建筑物一般不损坏或不需修理仍可继续影响时，建筑物一般不损坏或不需修理仍可继续使用。使用。小震不坏小震不坏，结构处于弹性工作阶段，结构处于弹性工作阶段1.5.2.1三水准的抗震设防准则三水准的抗震设防准则l（2）第二水准第二水准：在遭受本地区：在遭受本地区规定规定的的设防烈度设防烈度的地的地震影响时，建筑物可能有损坏，经一般修理或不需修震影响时，建筑物可能有损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。理仍可继续使用。中震可修中震可修，允许结构进入非弹性工作阶段，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。但由此造成的结构损坏可控。l（3）第三水准：第三水准：当遭受当遭受高于高于本地区设防烈度的本地区设防烈度的预估预估罕遇地震罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。严重破坏。大震不倒大震不倒，结构有较大的非弹性变形，结构有较大的非弹性变形1.5.2.2大震与小震大震与小震l小震：小震：发生机会较多的地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烈度时的地震l大震：大震：发生机会极小的地震，罕遇烈度时的地震发生机会极小的地震，罕遇烈度时的地震 1.5.2.2大震与小震大震与小震众值烈度众值烈度：多遇地震烈度、第一水准烈度：多遇地震烈度、第一水准烈度 在在5050年期限内，一般场地条件下，可能遭遇年期限内，一般场地条件下，可能遭遇 的超越概率为的超越概率为63.2%63.2%的地震烈度值。的地震烈度值。相当于相当于5050年一遇的烈度值。年一遇的烈度值。基本烈度基本烈度1.55度度基本烈度基本烈度：偶遇地震烈度、第二水准烈度：偶遇地震烈度、第二水准烈度 在在5050年期限内，一般场地条件下，可能遭遇年期限内，一般场地条件下，可能遭遇 的超越概率为的超越概率为10%10%的地震烈度值。的地震烈度值。相当于相当于474474年一遇的烈度值。年一遇的烈度值。1.5.2.2大震与小震大震与小震l罕遇烈度罕遇烈度：大震烈度，第三水准烈度：大震烈度，第三水准烈度 在在5050年期限内，一般场地条件下，可能遭遇年期限内，一般场地条件下，可能遭遇 的超越概率为的超越概率为2%2%3 3%的地震烈度值。的地震烈度值。相当于相当于1600160025002500年一遇的烈度值。年一遇的烈度值。基本烈度基本烈度+1度。度。合肥地区基本烈度为合肥地区基本烈度为7度，其众值烈度？罕遇烈度？度，其众值烈度？罕遇烈度？1.5.2.3二阶段设计方法二阶段设计方法l第一阶段设计第一阶段设计：多遇地震多遇地震作用下承载力验算作用下承载力验算小震不坏小震不坏 弹性变形验算弹性变形验算中震可修。中震可修。合理的结构布置和抗震构造措施合理的结构布置和抗震构造措施大震不倒大震不倒l第二阶段设计第二阶段设计：罕遇地震下罕遇地震下弹塑性变形验算弹塑性变形验算大震不倒大震不倒 针对特别重要的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显针对特别重要的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显 薄弱层的建筑，不规则的建筑等薄弱层的建筑，不规则的建筑等1.5.2.4工程结构的分类和设防标准工程结构的分类和设防标准抗震设防分类：抗震设防分类：依据：根据建筑遭受地震破坏后可能产生的经济损失，依据：根据建筑遭受地震破坏后可能产生的经济损失，社会影响及其在抗震救灾中的作用，分为四类。社会影响及其在抗震救灾中的作用，分为四类。l甲类：甲类：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害 的建筑。的建筑。l乙类：乙类：地震时使用不能中断或尽快恢复的建筑。地震时使用不能中断或尽快恢复的建筑。l 如医疗、广播、通讯、供水、供电、供气、消防等如医疗、广播、通讯、供水、供电、供气、消防等l丙类：丙类：一般建筑。一般建筑。如工厂、学校、机关、商场、住宅等如工厂、学校、机关、商场、住宅等l丁类：丁类：次要的建筑。次要的建筑。如水塔、烟囱、仓库等如水塔、烟囱、仓库等1.5.2.4工程结构的分类和设防标准工程结构的分类和设防标准 设防标准设防标准l甲类建筑甲类建筑 地震作用地震作用：高于高于本地区抗震设防烈度要求，按地震安本地区抗震设防烈度要求，按地震安 全性评价结果确定全性评价结果确定 抗震措施抗震措施：抗震设防烈度为：抗震设防烈度为6 68 8度时，抗震措施应度时，抗震措施应 提高一度提高一度，9度时，抗震设防应比度时，抗震设防应比9度更高度更高l乙类建筑乙类建筑 地震作用：地震作用：符合符合本地区抗震设防烈度的要求；本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施：按本地区的设防烈度抗震措施：按本地区的设防烈度提高一度提高一度考虑。考虑。1.5.2.4工程结构的分类和设防标准工程结构的分类和设防标准l丙类建筑丙类建筑 地震作用：地震作用：按按本地区本地区设防烈度设防烈度考虑考虑 抗震措施：抗震措施：按按本地区本地区设防烈度设防烈度考虑考虑l丁类建筑丁类建筑 地震作用：地震作用：按按本地区本地区设防烈度设防烈度考虑考虑 抗震措施：按本地区的设防烈度抗震措施：按本地区的设防烈度降低一度降低一度考虑，考虑，但但6度不降。度不降。在设防烈度为在设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。丁类建筑可不进行地震作用计算。1.6工程结构抗震概念设计工程结构抗震概念设计l概念设计：概念设计：定义：根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计定义：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原则和设计思想进行建筑和结构总体布置总体布置并确定并确定细部细部构造构造的过程称为概念设计。的过程称为概念设计。主要内容：主要内容：1.建筑选型应重视建筑结构的规则性；建筑选型应重视建筑结构的规则性；2.合理的建筑结构体系选择；合理的建筑结构体系选择；3.抗侧力结构和构件的延性设计。抗侧力结构和构件的延性设计。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择l建筑选型遵循的原则：建筑选型遵循的原则：1、建筑平面布置应简单规整、建筑平面布置应简单规整2、建筑物竖向布置应均匀和连续、建筑物竖向布置应均匀和连续3、刚度中心和质量中心应一致、刚度中心和质量中心应一致4、复杂建筑物应进行处理、复杂建筑物应进行处理1.6.1建筑形状选择建筑形状选择例：例：1972年年2月月23日南美洲的尼加拉瓜首都马那日南美洲的尼加拉瓜首都马那瓜发生地震，当地地震烈度估计为瓜发生地震，当地地震烈度估计为8度，市区度，市区1万多栋楼房夷为平地，死亡万多栋楼房夷为平地，死亡5000多人。多人。其中两幢相距不远的高层建筑，一幢为其中两幢相距不远的高层建筑，一幢为15层高层高的的中央银行大厦中央银行大厦，另一幢为，另一幢为18层高层高的的美美洲银行大厦洲银行大厦。一幢破坏严重，震后拆除；另一。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择马那瓜美洲银行大厦马那瓜中央银行大厦1.6.1建筑形状选择建筑形状选择l原因分析：原因分析：美洲银行：美洲银行：结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个个L形的筒体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地形的筒体，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。震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择l中央银行中央银行l1）平面不规则）平面不规则 4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。结构一端刚度大，另一端刚度小。结构一端刚度大，另一端刚度小。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择l2）竖向不规则）竖向不规则l单跨框架结构，有单跨框架结构，有1层地下室，层地下室，3层以上柱距层以上柱距1.4m,3层层以下柱距扩大为以下柱距扩大为9.8m,用深梁转换，用深梁转换，3层以下层以下10根大柱根大柱子的断面为子的断面为1m 1.55m，3层以上北、东、西三面布置层以上北、东、西三面布置了密集的小柱子，共了密集的小柱子，共64根。根。上下两部分严重不均匀，不连续。上下两部分严重不均匀，不连续。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择l主要破坏：主要破坏：l第第3层与第层与第4层之间层之间,周围柱周围柱 子严重开裂，柱钢筋压屈；子严重开裂，柱钢筋压屈；横横向裂缝贯穿向裂缝贯穿3层以上层以上 的所有楼板的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯直至电梯井东侧；井东侧；1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 平面不规则的类型平面不规则的类型不规则类型不规则类型 定义定义扭转不规则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）平均值的性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍倍凹凸不规则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%楼板局部不连楼板局部不连续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层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层或较大的楼层错层1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 平面不规则的类型平面不规则的类型1221222.1122扭转不规则扭转不规则max3.0 BBmaxBmax3.0 BBmaxBmaxBmax3.0 BBmaxBmax3.0 BB凹凸角不规则凹凸角不规则1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 平面不规则的类型平面不规则的类型BBb5.0BBlAAA3.00l局部不连续局部不连续大开洞大开洞错层错层1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 竖向不规则的类型竖向不规则的类型不规则类型不规则类型 定义定义侧向刚度不规则侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的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竖向抗侧力构件不连续续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等平转换构件（梁、桁架等)向下传递向下传递楼层承载力突变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抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 竖向不规则的类型竖向不规则的类型17.0iiKKiK1iK2iK3iK)3(8.0321iiiiKKKK沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）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竖向抗侧力构件不连续1.6.1建筑形状选择建筑形状选择竖向不规则的类型竖向不规则的类型竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 （有薄弱层）（有薄弱层）iyQ,1,iyQ1,8.0iyiyQQ 严重不规则严重不规则是指体型复杂，是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或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，将会导致地重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝注：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。土和钢结构的多层和高层建筑。1.6.1建筑形状选择建筑形状选择 对体型复杂的建筑物对体型复杂的建筑物:当无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的当无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时结构时,宜设置防震缝宜设置防震缝 防震缝的最小缝宽应符合下列规定：防震缝的最小缝宽应符合下列规定：（1 1）框架房屋，当高度不超过）框架房屋，当高度不超过15m15m，可采用，可采用70mm70mm；当高；当高度超过度超过15m15m，6 6度、度、7 7度、度、8 8度、度、9 9度相应每增高度相应每增高5m5m、4m4m、3m 3m、2m2m，宜加宽，宜加宽20mm20mm；（2 2）框架）框架抗震墙房屋的防震缝宽，可采用（抗震墙房屋的防震缝宽，可采用（1 1）数值）数值的的70%70%；抗震墙房屋可采用（；抗震墙房屋可采用（1 1）数值的）数值的50%50%，且不宜，且不宜小于小于70mm70mm。1.6.2抗震结构体系抗震结构体系l 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。用。l结构体系应符合下列各项要求，结构体系应符合下列各项要求，抗震规范抗震规范3.5.23.5.2应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失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。抗震能力或对重力荷载的承载能力。应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗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。地震能量的能力。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力1.6.2抗震结构体系抗震结构体系抗震设计的一个重要原则抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。和内力重分配的功能。1.6.2抗震结构体系抗震结构体系l合理的结构屈服机制合理的结构屈服机制l层间屈服机制层间屈服机制（S机制）：结构的竖向构件先于水平构件屈机制）：结构的竖向构件先于水平构件屈服，塑性铰先出现在柱上。服，塑性铰先出现在柱上。l总体屈服机制总体屈服机制（O机制）：结构的水平构件先于竖向构件屈机制）：结构的水平构件先于竖向构件屈服，塑性铰先出现在梁上。服，塑性铰先出现在梁上。1.6.2抗震结构体系抗震结构体系l多道抗震防线多道抗震防线l抗震防线抗震防线：在抗震体系中，吸收和消耗地震输入能：在抗震体系中，吸收和消耗地震输入能量的各部分。当某部分结构出现破坏，降低或丧失抗量的各部分。当某部分结构出现破坏，降低或丧失抗震能力，其余部分能继续抵抗地震作用。震能力，其余部分能继续抵抗地震作用。l应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。一般情况，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道一般情况，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。防线的抗侧力构件。1.6.2抗震结构体系抗震结构体系l多道抗震防线的作用：多道抗震防线的作用：l 一方面利用结构中某种构件的屈服和变形，一方面利用结构中某种构件的屈服和变形，来耗散输入的地震能量；来耗散输入的地震能量；l 另一方面利用某些构件的破坏和退出工作，另一方面利用某些构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。越周期长时间持续作用所引起的共振效应。1.6.2抗震结构体系抗震结构体系l钢筋混凝土框架结构钢筋混凝土框架结构 层间屈服机制：一道防线层间屈服机制：一道防线 总体屈服机制：二道防线总体屈服机制：二道防线l框架剪力墙结构框架剪力墙结构 多道抗震防线？多道抗震防线？1.6.3结构构件结构构件l概念设计要求概念设计要求(1)足够的强度足够的强度：抗弯、剪、压、扭等强度：抗弯、剪、压、扭等强度 强剪弱弯、强柱弱梁、强节点强剪弱弯、强柱弱梁、强节点(2)适当的刚度适当的刚度 刚度太小刚度太小变形过大变形过大非结构构件破坏非结构构件破坏 刚度太大刚度太大延性降低延性降低地震作用增大、耗材地震作用增大、耗材(3)良好的延性良好的延性：良好的变形能力和耗能能力：良好的变形能力和耗能能力(4)构件间可靠连接构件间可靠连接：结构空间整体性：结构空间整体性1.6.4非结构构件非结构构件l非结构构件非结构构件：附属于主体结构的构件，如女儿墙，围：附属于主体结构的构件，如女儿墙，围护墙、玻璃幕墙、门窗等。护墙、玻璃幕墙、门窗等。l按其是否参与主体结构工作，考虑按其是否参与主体结构工作，考虑(1)非结构墙体非结构墙体 不利不利：增加了结构的质量和刚度，增大了地震作用，：增加了结构的质量和刚度，增大了地震作用，计算中不能忽略计算中不能忽略 有利有利：分担一部分地震作用，减少整个结构的侧移：分担一部分地震作用，减少整个结构的侧移(2)附属构件或装饰物附属构件或装饰物：增强：增强 和主体结构的可靠连接锚固和主体结构的可靠连接锚固本章重点本章重点1.名词解释：名词解释：构造地震、震源、震中、震源深度、震源距、震中距、构造地震、震源、震中、震源深度、震源距、震中距、震级、地震烈度、地震基本烈度震级、地震烈度、地震基本烈度2.地震的类型地震的类型（分别按成因、震源深浅、震级大小）（分别按成因、震源深浅、震级大小）3.地震波地震波的种类，传播特点及对地面运动的影响的种类，传播特点及对地面运动的影响4.建筑抗震的建筑抗震的三水准设防目标三水准设防目标和和两阶段设计方法两阶段设计方法5.建筑类别建筑类别和设防标准和设防标准6.建筑抗震的建筑抗震的概念设计概念设计