建筑结构（第2版）教学课件作者曹孝柏13

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1、第十三章 建筑结构抗震设计,第一节 地震基础知识 第二节 抗震设防与概念设计 第三节 建筑场地和地基基础抗震设计 第四节 多层框架结构抗震设计 第五节 多层砌体结构抗震设计,返回,第一节 地震基础知识,一、地震的类型 地震按其成因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。由于火山爆发而引起的地震叫火山地震；由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震叫陷落地震；由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震叫构造地震。前两种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后一种地震的破坏作用大，影响范围也广，通常在研究工程抗震时将其作为重点。 二、构造地震的成因 地球内部在不停地运动着，

2、在地球的运动过程中，始终存在巨大的能量，而组成地壳的岩层在巨大的能量作用下， 也不停地连续变动， 不断地发生褶皱、断裂和错动， 如图-所示。这种地壳构造状态的变动，使岩层处于复杂的地应力作用之下。,下一页,返回,第一节 地震基础知识,不断的地壳运动使地壳某些部位的地应力逐渐加强，当弹性应力的积聚超过岩石的强度极限时，岩层就会发生突然断裂和猛烈错动，从而引起振动。振动以波的形式传到地面，形成地震。由于岩层的破裂往往不是沿一个平面发展的，而是形成由一系列裂缝组成的破碎地带，沿整个破碎地带的岩层不可能同时达到平衡，因此，在一次强烈地震（即主震）之后，岩层的变形还有不断的零星调整，从而形成一系列余震。

3、 构造地震与地质构造密切相关，这种地震往往发生在地应力比较集中、构造比较脆弱的地段，即原有断层的端点或转折处、不同断层的交会处。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,三、地震波 地震发生时，震源处的岩石破裂，并产生巨大的残余变形，地震的能量便从震源释放出来，其中小部分的能量引起振动，以波的形式传到地球表面各处，这就是地震波。地震波按其传播途径的不同，可分为体波和面波两类。 体波 在地球内部传播的波称为体波。体波又分为纵波和横波两类。纵波，或称波（），是由震源通过介质的质点以疏密相间的方式向四周传播的压缩波（图-），其质点的振动方向与波的传播方向一致。声音在空气中的传播即是一种纵波。纵波

4、的周期短、振幅小、波速快。其波速可按下式计算：,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,式中 E介质弹性模量； 介质泊松比； 介质密度。 横波或称波（），它通过介质的质点在垂直于传播方向以蛇形振动的形式传播（图-）。横波传播时，物体的体积不变，但形状会改变，即发生剪切变形，故又称为剪切波。由于横波无法通过固定形状的液体，地震学者推测地核的外核可能为液体。 横波介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。与纵波相比，横波的周期长、振幅大、波速慢。横波的波速可按下式计算：,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,式中 G介质的剪切模量。 纵波引起地面垂直方向的振动，横波引起地面水平方向的振动。

5、由式（-）、式（-），当取时，得 可见，纵波比横波传播速度要快。常根据波速的不同分析地震记录图上纵波和横波到达的时差来确定震源距。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识, 面波 从震源发生的以弹性波形式向各个方向传播的体波到达地球表面后，经过途中层状地壳岩层界面的折射和反射，产生沿地表传播的波称为面波，它是在一定条件下激发的次生波。面波有两种，即瑞利波（）和勒夫波（）。 瑞利波传播时，质点在波的传播方向和地面法线所确定的铅垂平面内，以滚动形式做逆进椭圆运动（图-）。而勒夫波传播时，质点在地面上做垂直于波传播方向的振动，以蛇行运动的方式前进（图-）。 面波振幅大、周期长，只在地表附近传播，

6、振幅随深度的增加迅速减小，速度约为横波的。面波比体波衰减慢，能传播到很远的地方。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,地震发生时，在地震仪上可记录到如图-所示的地震记录。最先达到的是纵波（），表现出周期短、振幅小的特点；其次到达的是横波（），表现出周期长、振幅较大的特点； 接着是面波中的勒夫波（）和瑞利波（）。过去一般认为，面波的振幅最大，横波和面波都到达时振动最为剧烈，使工程结构物发生破坏，但近年来，尤其是从年月日日本阪神大地震震后的宏观调查及地震记录中发现，由纵波造成的破坏也不容忽视。 四、震级与地震烈度 震级 震级是表示地震本身大小的尺度。目前，国际上比较通用的是里氏震级，其原始

7、定义是年由里克特（）给出的，即地震震级犕为：,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,式中，犃是标准地震仪（指周期为、阻尼系数为、放大倍数为倍的地震仪）在距震中 处记录的以微米为单位的最大水平地动位移（单振幅）。例如，在距震中处地震仪记录的振幅是，即，其对数为，根据定义，这次地震就是级。 震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释放的能量将差倍。 一般认为，小于级的地震，人们感觉不到，只有仪器才能记录下来，称为微震；级的地震，人能感觉到，叫作有感地震；级以上的地震能引起不同程度的破坏，称为破坏性地震；级以上的地震，则称为强烈地震或大震；级以上的地震，称为特大地震。,上一页,下一页,

8、返回,第一节 地震基础知识,据年后所提出的震级测算方法计算，年月发生在智利的级地震，是当时记录到的世界最大地震，它所释放出来的能量之大是空前的，海啸规模巨大，地面形态变化非常显著，其破坏性之大在世界上是十分罕见的。 地震烈度 地震烈度是指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。对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的。一般来说，随距离震中远近的不同，烈度有差异，距震中越远，地震影响越小，烈度就越低；反之，距震中越近，烈度就越高。此外，地震烈度还与地震大小、震源深度、地震传播介质、表土性质、建筑物动力特性、施工质量等许多因素有关。,上一页,下一页,

9、返回,第一节 地震基础知识,评定地震烈度需要建立一个标准，这个标准被称为地震烈度表。它是以描述震害宏观现象为主的，即根据建筑物的损坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具动作反应等方面进行区分。由于对烈度影响轻重的分段不同，以及在宏观现象和定量指标确定方面有差异，加之各国建筑情况及地表条件的不同，各国所制定的地震烈度表也就不同。目前，除了日本采用从度分成等的地震烈度表、少数国家（如欧洲一些国家）采用度划分的地震烈度表外，绝大多数国家包括我国都采用分成度的地震烈度表。考虑到抗震设计的需要，我国颁布了具有参考物理指标的中国地震烈度表（） 一般来说，震中烈度是地震大小和震源深度两者的函数。由于对人

10、民生命财产影响最大的、发生最多的地震的震源深度一般为，可以近似地认为震源深度不变，进行震中烈度I 与震级犕之间关系的研究。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,根据全国范围内既有宏观资料，又有仪器测定震级的次地震资料，中国地震目录（年版）给出了根据宏观资料估定震级的经验公式： MI 五、等震线、基本烈度与抗震设防烈度 等震线 一次地震发生后，在该地震波及的地区内，根据现场调查和通信调查，按照地震烈度表可对该区域内尽可能多的地点评出一个烈度。烈度相同区域的外包线称为等烈度线或等震线。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识,一般来说，某地点的烈度随震中距的增大而递减。因此，等震线的度

11、数也随震中距的增加而递减。但由于震源往往不是一个点，尤其是大地震或强烈地震，其震源往往是几十千米、几百千米的断裂错位，因此，等震线不可能是一些同心圆，再加上地质、地形等的影响，等震线多是一些不规则的曲线。 在等震线图中常可见到一些零星分布的烈度异常区。所谓异常，是指这一片小地区的烈度与其周围大片地区的烈度相比不一样。例如， 年唐山地震时， 在唐山西北约 处的玉田县，就是度区中的度低异常区。,上一页,下一页,返回,第一节 地震基础知识, 基本烈度 一个地区的基本烈度是指该地区在设计基准期年内，一般场地条件下，可能遭遇超越概率为的地震烈度。中国地震局颁布的中国地震烈度区划图给出了全国各地基本烈度的

12、分布。该图上，各个地区的基本烈度是根据未来年内可能发震的断层、震级的大小、烈度衰减规律等，用概率论的方法确定的。 抗震设防烈度 抗震设防烈度是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。一般情况，取年内超越概率的地震烈度。 一般情况下，建筑的抗震设防烈度应采用根据中国地震动参数区划图（）确定的地震基本烈度，即建筑抗震设计规范（）设计基本地震加速度值所对应的烈度值。,上一页,返回,第二节 抗震设防与概念设计,一、抗震设防 根据建筑抗震设计规范（）的规定，抗震设防烈度为度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。 建筑抗震设防的分类 建筑工程应分为以下四个抗震设防类别： （）特殊设防类：指使

13、用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。 （）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。,下一页,返回,第二节 抗震设防与概念设计,（）标准设防类：指大量的除（）、（）、（）以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。 （）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。 建筑抗震设防的标准 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求： （）特殊设防类（

14、甲类），应按高于本地区抗震设防烈度提高度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为度时应按比度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。,上一页,下一页,返回,第二节 抗震设防与概念设计,（）重点设防类（乙类），应按高于本地区抗震设防烈度度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为度时应按比度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 （）标准设防类（丙类），应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命

15、安全的严重破坏的抗震设防目标。 （）适度设防类（丁类），允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。,上一页,下一页,返回,第二节 抗震设防与概念设计, 建筑抗震设防的原则 （）结构构件的截面抗震验算，应采用以下设计表达式： 式中 N结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值； 承载力抗震调整系数； R结构构件承载力设计值。 当仅计算竖向地震作用时，各类结构构件承载力抗震调整系数均宜采用。 （）抗震设防烈度为度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。,上一页,下一页,返回,第二节 抗震设防与概念设计,（）适用于抗震设防烈度为、和度地区一般的建筑工程的抗震设计及隔震、消能减震设计。抗震设防烈度大于度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑，其抗震设计应按有关专门规定执行 （）抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定。 （）抗震设防烈度可采用中国地震烈度区划图的基本烈度。对已编制