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1、建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计专业必课专业必课ZK506002ZK506002 建筑工程系课程建筑工程系课程 2016 2016年年0202月月2323日日 张毅张毅 副教授副教授 第一章第一章地震与地震动地震与地震动 高级工程师、副教授, 在企业中从事减震阻尼技术及高分子 复合材料分子设计、纳米及亚纳米智能材料研发、 新产品设计 、自动生产线设计、制造工艺技术、高新技术产品研发共32年 。 拥有多项科研成果及国家航天局科技成果一等奖。仅最 近4年内获得的国家发明专利有3项、国家实用新型专利6项。 非常荣幸能与各位潜在的未来的抗震设计师一起共同进入 奇特的减震抗震世界。 授课老师简介 张毅
2、本课程主要教学内容安排 第1章 绪论绪论 第2章 场场地与地基 第3章 结结构地震反应应分析与抗震设计设计 第3章 结结构地震反应应分析与抗震设计设计 第3章 结结构地震反应应分析与抗震设计设计 第4章 多层层砌体结结构抗震设计设计 第4章 多层层砌体结结构抗震设计设计 第5章 多高层层建筑钢钢筋混凝土结结构抗震设计设计 第5章 多高层层建筑钢钢筋混凝土结结构抗震设计设计 第6章 多高层层建筑钢结钢结构抗震设计设计 第6章 多高层层建筑钢结钢结构抗震设计设计 第7章 单层单层厂房抗震设计设计 第7章 单层单层厂房抗震设计设计 第8章 隔震、减震与结结构控制初步 总总复习习、答疑 学期研讨讨（测
3、试测试） 第一章 绪 论 （地震及结构抗震的基本知识） 1.1 地震与地震动 1.2 地震震级与地震烈度 1.3 地震灾害概说 1.4 工程抗震设防 1.5 抗震设计的总体要求 主要内容 1.1地震与地震动 o 地震分类 诱发地震 原因：人工爆破；矿山开采；工程活动 影响：一般不太强烈，个别情况会造成严重的地震灾害 构造地震 火山地震 原因：地壳构造运动 影响：发生数量大、影响范围广 (占地震总数约90) 工程地震的主 要研究对象 原因：火山爆发 一、地震类型与成因 天然地震 o 构造地震成因 地球构成： 三个圈层：地壳 、地幔 、地核 地幔物质对流 板块构造运动(根本原因) 地震 地震形成的
4、宏观背景： 图 板块分布图 图 地球构成 92%的地 震发生在 地壳中， 其余的发 生在地幔 上部 地震的形成： a、岩层的原始状态 b、受力发生弯曲 c、岩层破裂发生震动 地震形成的局部机制： 地球板块运动 板块之间的相互作用力 地壳中岩层变形 变形积聚超过岩石所能承受的程度 岩体就会发生突然断裂或错动 地震 震源：地球内部断层错动并引 起周围介质振动的部位 震中：震源正上方的地面位置 震中距：地面某处至震中的水平距离 震源 震源深度 震中 等震线 震中距 定义： 震源深度: 从震中到震源的距离 震源深度在70公里以内的地震为浅源地震 震源深度超过300公里的地震叫深源地震 震源深度介于70
5、-300公里之间的地震为中源地震 震中距在100公里-1000公里的称为近震 震中距超过1000公里的称为远震 二、地震波 地震波：地下岩体断裂，错动产生振动，并以波的形式从震源向外传播， 形成地震波 地震波的组成： 体波：在地球内部 传播的波 面波：沿地球表面 传播的波 纵波(压缩波 ) 横波(剪切波) 乐夫波 瑞雷波 面波周期长，振幅大；比体波衰减慢，能传到很远的地方 瑞雷波 乐夫波 压缩波 剪切波 横波周期较长，振幅较大 地震波的传播速度： 纵波横波面波 横波、面波 地面震动猛烈 破坏作用大 地震波在传播过程中能量衰减 地面振动减弱 破坏作用逐渐减轻 三、地震动 地震动：由地震波传播所引
6、发的地面振动，其中，在震中区附近的地震动 称为近场地震动 。 地面上任一点的振动过程实际上包括各种类型地震波的综合作用 最大振幅 地震动的强度特性 定量反映 频 谱 地震动的周期分布特征 揭 示 持 时 地震动循环作用程度的强弱 地震动的三要素 ： 地震动的峰值（最大振幅）、频谱、持续时间 考 察 1.2地震震级与地震烈度 一、地震震级 地震震级 ：表示地震本身大小的一种度量 近震震级M计算 ： M=logA+R() 震级M与震源释放能量之间的关系 ： 又称为里氏震级 式中 A记录图上量得的以m为单位的最大水平位移； R（）依震中距而变化的起算函数。 logE=1.5M+11.8 其数值是根据
7、地震仪记录到的地震波图确定的 二、地震烈度 地震烈度：是指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响 的平均强弱程度 一般来说，距离震中近，烈度就高；距离震中越远，烈度也越低 等烈度线：具有相同烈度的各个地点的外包线 等烈度线的度数随震中距的增大而递减 ， 但有时会出现烈度异常 震中烈度：震中区的烈度称为震中烈度 依据震级粗略地估算震中烈度的方法 地震烈度表：为评定地震烈度而建立起来的标准 1556年1月23日大地震等震线图 为震中烈度 ， 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
8、外少数人感觉。少数 人梦中惊醒 4 3 （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 5 6 （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 6 13 （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 7 25 (19-35) 250 (178-
9、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 8 50 (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 9 100 (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 1 0 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
10、烈变化，山河改观 12 个别：10%以下 少数：10%50% 多数：50%70% 大多数：70%90% 普遍：90%以上 速度加速度 其它现象 一般房屋 人的感觉烈 度 区别：地震烈度 与 震级 一次地震，表示地震大小的震级只有一个 由于同一次地震对不同地点的影响不一样， 随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度 三、基本烈度与地震区划 基本烈度：指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般 场地条件下按一定的概率（我国取10%）可能遭遇 到的最大地震烈度 一个地区进行抗震设防的依据 地震区划： 依据 地质构造资料 历史地震规律 强震观测资料 地震危险性分析 计算给出每一地区在未来一定 时限内关
11、于某一烈度（或地震 动加速度值）的超越概率 将国土划分为不同基本烈度所覆盖的区域 返回目录 地震区划已经可以给出地震动参数的区划结果 1.3地震灾害概说 一、中国地震背景 全球两大地震构造系 环太平洋地震构造系 集中了全世界 地震总数的75% 大陆地震构造系 集中了全球大陆 地震的90% o 我国位于世界两大地 震构造系的交汇区域 o 历史上就是地震多发 的国家之一。 二、地震的破坏作用 地震的破坏作用主要表现为三种形式 ： 图 台湾地震时地表出现 长达1公里的地表裂缝 图 2002年2月3日上午约9 时11分，土耳其中部阿菲 翁省，发生里氏6.0级地震 ，大量房屋倒塌。 图 1995年1月1
12、7日，清晨5点46分，在神户东南的兵库县淡路 岛，发生7.2级地震。由于煤气管道破裂，使煤气泄露，引起 熊熊大火，约有200多处 地表破坏 建筑物的破 坏 次生灾害 1、地表破坏 表现为：地裂缝、地面下沉、滑坡、喷水冒 砂等形式 地裂缝 危害： 当地裂缝穿过建筑物时，会造成结构开裂直至倒塌 图 1976年7月28日唐山大 地震造成的地裂缝 地震断层错动后在地表形成的痕迹 由于地表土质不匀及受地貌影响， 其规模较前者为小 构造式地裂缝： 重力式地缝： 多发生在软土分布地区和矿业采空区 危害： 不均匀沉陷易引起建筑物的破坏甚至倒塌 地面下沉 2005年11月26日九江县和 瑞昌市之间发生5.7级地
13、震 滑坡 在河岸、山崖、丘陵地区，地震时极易 诱发滑坡 危害： 切断交通通道，冲毁房屋和桥梁、堵塞河流 图 2003年5月27日日本东北 部里氏7级地震在宫城县筑馆 镇造成的一处山体滑坡 喷水冒砂 地面下水位较高 地震波的作用 地下水压急剧增高 地下水经地裂缝或 其它通道喷出地面 地表土层含有砂层或粉土层 砂土液化甚至 出现喷水冒砂 图 2001年昆仑山大地 震时在库塞湖畔的喷水 冒砂 危害： 液化可以造成建筑物倾斜与倒塌、埋地管网的大面积破坏 1995年神户地震 中 由于液化引起 地面的下沉 2建筑物的破坏（图） 主要破坏原因 结构物动力破坏机制的分析， 是结构抗震研究的重点和结构抗震设计的
14、基础 ：建筑物的破坏因地表破坏引起 ：建筑物的破坏由于地震地面运动的动力作用引起 静力破坏 动力破坏 两类动力破坏形式： 主要是因为结构承重构件的抗剪、 抗弯、抗压等强度不足而形成。 如：墙体裂缝、钢筋混凝土构件开裂或酥裂 强度破坏： 图 承重结构强度不足 强度破坏、丧失整体性破坏 结构丧失整体性： 在强度破坏前后，结构物一般进入弹塑性变形阶段。此时，在强 烈振动下会因为延性不足、节点连接失效、主要承重构件失稳等 原因而丧失整体性，从而造成局部或整体结构的倒塌 图 2005年3月20日日本福冈县以西海域 发生里氏7级地震，结构丧失整体性 图 1988年11月6日，澜沧耿马发 生7.6级地震，因
15、结构变形过大导 致倒塌 地震烈度 调 查情 况 震 害 程 度 6度7度8度9度10度 栋 数 百分 比 栋 数 百分 比 栋 数 百分 比 栋 数 百分 比 栋 数 百分 比 基本完好 轻微损坏 中等破坏 严重破坏 倒毁 总计 230 212 56 3 501 45.9 42.3 11.2 0.6 100 250 231 75 54 3 613 40.8 37.7 12.2 8.8 0.5 100 22 24 54 40 8 149 14.8 16.1 36.2 27.5 5.4 100 7 35 138 169 101 450 16 7.8 30.7 37.5 23.4 100 2 19
16、23 68 229 341 0.6 5.6 6.7 19.9 67.2 100 我国历历史强震中多层砖层砖 房屋震害程度统计统计 (2054幢) 地震 烈度 调查 情 况 震 害 程 度 7度8度9度10度 栋 数 百分 比 栋 数 百分 比 栋数 百分 比 栋数 百分 比 基本完好 轻微损坏 中等破坏 严重破坏 倒毁 总计 3 11 3 2 19 15.8 57.9 15.8 10.5 100 24 46 59 38 8 175 13.7 26.3 33.7 21.7 4.6 100 1 2 7 10 10 20 70 100 3 15 11 16 45 6.7 33.3 24.4 35.6 100 我国历史强震中单层混凝土柱
