建筑结构抗震设计汇编

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1、建筑结构抗震设计 第一章的几个重要概念 地震类型（按成因分）、两大地震带、6个地震区、震源、震中 、震中距、体波、面波、各种波速之间量的关系及引起地面运动的强 弱、震级、烈度、基本烈度的定义、远震和近震、“三水准，两阶段” 、多遇地震烈度、罕遇地震烈度、设防地震烈度、建筑物的分类及设 防标准、概念设计的主要内容 第一章 抗震设计的基本知识 什么是地震？ 由于某种原因引起的地面剧烈颠簸和摇晃。 据统计，全世界每年大约发生地震500万次，其中约有5万次人 能感觉到。我国平均每年发生6级以上的破坏性地震5.4次，曾经给 人民的生命和财产造成过巨大损失。 1556年，陕西关中8.6级地震，83万人死亡

2、 1668年，山东郯城发生8.5级地震 5万余人死亡 1920年，宁夏海原8.6级地震，20多万人死亡 1976年，河北唐山7.8级地震，24万人死亡 地震给我国和世界人民造成了巨大的灾难。世界各国的科学家非 常重视抗震研究工作，已经逐步形成为一个独立的学科-地震工程 学。与地震工程学密切相关的几个学科 地震工程学与土木工程学的联系 地震工程学与地震学的联系 地震工程学与经济学的联系 1-1 地震的类型和成因 地震按其成因可划分为3类： 构造地震、火山地震、陷落地震 构造地震 地球的内部结构 地壳：30-40km，上部是花岗岩，下部是玄武岩 地幔：2900km，橄榄岩 地核：3500km，主要

3、是镍和铁 地球 内部的放射性物质不断放射能量，地球内部温度随深度而升高 ,200km700km范围内，温度6000C 20000C.地球内部的压力也很大 ,地幔上部约900MPa,中部约370000MPa.地球内部的压力是不均匀的 ，地幔中的软流层有缓慢的对流，引起地壳运动。在运动过程中有 的地区上升，有的地区下降，地球内部积累了大量的应变能，产生 了地应力。当地应力达到岩层的强度时，岩层产生断裂或错动（脆 性破坏），岩层内部的能量被释放，以波的形式传致地表，引起地 面震动。称构造地震。 火山地震 火山爆发，岩浆猛烈喷出，引起地面震动。 陷落地震 地下石灰岩产生溶洞，突然产生大规模陷落引起的地

4、面震动。 这两类地震震级小，在我国危害小。构造地震造成地面建筑物 破坏严重，对人类的危害大，所以我们这门课所说的地震主要是构造 地震。 构造地震的成因的另一种解释-板块学说 地球表面岩层由六大板块组成 欧亚板块、美州板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板 块、南极洲板块 由于地幔的对流，这些板块也在不停运动，板块之间相互挤压、 冲撞引起地应力。能较好地解释地震呈带形分布现象。 岩层断裂发生时，一般不只是一个断裂，而是由一系列断裂组成 的破碎带。一个部位发生断裂，能量释放，达到平衡状态，其它部位 还没有达到平衡状态，还要释放能量。所以一次地震的发生一般都不 是孤立的，伴随着一系列小震。 主震 一系列

5、地震中，释放能量最多一次地震。 前震 主震之前发生的地震。 余震 主震之后发生的地震。 1976年唐山地震 主震7.8级 7级以上余震2次 6.0-6.9级余震2次 5.0-5.9级余震71次 4.0-4.9级余震668次 1999年台湾大地震（9.21） 主震 7.6级 4级以上余震 21 100-120次/天 22 80-100 次/天 23 60-80 次/天 根据能量释放的特点 主震型地震 60% 震群型地震 30% 单发型地震 10% 地震的发生与地质构造密切相关 已有断裂带易发生地震，特别是活动性大断裂带的两端、转弯部位。 重力、磁力异常部位、莫霍面陡峭部位等。 世界范围内，地震分

6、布也有一定的规律。带形分布 两组主要地震带 环太平洋地震带（80-90）%，沿南北美洲西海岸、阿留申群岛， 转向西南到日本列岛，再经我国台湾岛，到菲律宾、新几内亚、新 西兰。 欧亚地震带，西起大西洋的亚速岛，经意大利、土尔其、伊朗、 印度北部、我国西部和西南地区，过缅甸、印度尼西亚。 我国处于以上两大地震带之间 台湾属环太平洋地震带 西藏属欧亚地震带 北冰洋、大西洋、印度洋地震活动带 东非洲地震活动带 我国的地震活动呈带形分布，主要地震带有两条： 南北地震带：北起贺兰山，向南延伸至六盘山，穿越秦岭，沿川西至 云南省，地质构造复杂，有一系列大断裂带、断陷盆地。 东西地震带：主要有东西向两大构造带

7、 北方的一条：沿陕西、山西、河北北部、辽宁 南方的一条：自帕米尔高原起，经昆仑山、秦岭，到大别山 我国的地震活动相当频繁，除个别省份（浙江、江西）外，大部分地 区发生过强烈地震。如台湾、新疆、西藏、西南、西北、华北和东 南沿海地区曾经发生过较多的破坏性地震。 我国的6个地震活动区 1。台湾及其附近海域地震区2。喜马拉雅山脉地震活动区3。南北地震 带4。天山地震活动区5。华北地震活动区6。东南沿海地震活动区 1-2 震源、震中和地震波 震源：地震发生的部位。不是一个点。 震中：震源正上方的地面位置。附近地面运动最强烈，极震区。 震中距：场地上某一点到震中的距离。 等震线：将地面上破坏程度相近的点

8、连成的曲线。 震源深度（h）：震源到地表的垂直距离。 h 300km 深源地震 地震波：由震源释放的能量以波的形式向四周传播，这种波叫地震 波。弹性波。 体波：在地球内部传播的波 面波：只在地表面传播的波。是体波经多次反射、折射后在地 表形成的次生波。 体波包括纵波和横波 纵波：波的传播方向与介质质点运动方向一致。 压缩波（P波） 周期短、振幅小。 在固体中、液体中、气体中传播 横波：波的传播方向与介质质点运动方向垂直。 剪切波（S波） 周期较长、振幅较大。 只能在固体中传播 根据弹性理论 纵波波速和横波波速 E-介质的弹性模量 -介质的密度 -介质的泊松比 G-介质的剪切模量 显然有 注意：

9、剪切波速是介质非常重要的一个参数。在地基土的力学性质评 价中占有重要地位。反映地基强度的指标。建筑抗震规范以剪切波 速对场地土进行分类。 面波分瑞雷波和乐甫波 瑞雷波：波在传播时，质点在波的传播方向与地面的法向组成的平面 内做椭圆运动，而在该平面垂直方向没有振动。 乐甫波：波在传播时，质点在地平面内产生与波前进方向垂直的运动 ，地表呈蛇形运动。 面波随深度增加振幅急剧减小。面波周期长，衰减慢，能传播到很远 的地方。 面波的波速 所以有 强震记录： 纵波先到，横波次之，面波最后到。 地震现象表明： 纵波使地面产生竖向运动 横波产生水平运动 面波产生竖向运动和水平运动 面波和横波对建筑物破坏最严重

10、 1-3 地震震级、烈度、近震和远震 一、震级 指一次地震的大小,一次地震释放能量多少的度量单位。目前国际 上通用的李氏震级。1935年由里希特(C.F.Richter)提出的定义： 距震中100km处记录到的最大水平位移值A 强调标准地震仪(自振周期0.8,阻尼系数0.8,放大倍数2800) A以m计 2001.1.26印度古吉拉特邦地震：印度公布6.9,美国国家地震信息中心 公布7.9 ,中国数字地震台网公布7.8. 如果设置的地震仪震中距不是100km，用的地震仪也不是标准地震仪 ，须修正。 震级与能量的关系(Gutenberg and Richter) E的单位为尔格。 上式给出了震级

11、与释放能量的关系。由公式可以看出，震级差一级， 能量差32倍。 震级是一次地震释放能量的大小，所以一次地震只有一个震级。 地震仪与强震仪 地震仪 强震仪 位移 加速度 长期运行 触发 小震 大震 地震学用 地震工程（抗震）用 二、烈度 是指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响时的强弱程 度。 地点不同，烈度不同 场地条件不同，烈度不同 一次地震对应多个地震烈度 抗震设计用的是烈度，而不是震级。 1。地震烈度表 我国将地震烈度划分为12度。划分依据： 人的感觉、器物反应、建筑物破损程度、自然现象 烈度划分见附录 1957年，我国公布了一次地震烈度表，当时主要根据宏观 现象，缺乏物理指标。

12、修正后的烈度表增加了震害指数、峰值加速度、峰值速度 等物理指标 震害指数：见附录 中国地震烈度表（举例说明） 某一类房屋（105幢），按破损程度分为6个等级 全部倒塌 1。0 10（幢） 大部分倒塌 0。8 15 少数倒塌 0。6 35 局部倒塌 0。4 24 裂缝 0。2 19 基本完好 0。0 2 加权平均得这类房屋的震害指数。 平均震害指数=各类房屋震害指数的平均值。 地震所造成的破坏 地表破坏：山石崩裂、滑坡、地面裂缝、地陷、喷砂 。 工程结构破坏：建筑物开裂、倒塌、高耸结构折断、 桥面塌落 次生灾害：火灾、爆炸、疾病流行 三、近震和远震 近震：震中距较小的地震 远震：震中距较大的地震

13、 为什么区分近震和远震？ 震害调查表明，相同地震烈度的地区，震中距不同 ，某些建筑物破坏程度不同。 1952年美国克恩县（Kern County）地震，远离震中 的洛杉矶市、长滩市高层建筑震害严重。震中地区一、二 层砖房破坏严重 1954年美国的迪克希谷（Dixie valley）地震，距震 中 300 km处地下水池由于激起长周期水浪破坏，其他建 筑物无损坏 1976年唐山地震天津市工业厂房、烟囱破坏严重，一 、二层砖房破坏较轻。 相同烈度 震中距大（远震），高柔结构易破坏 原因：地震波在传播过程中要衰减，高频成分衰 减得快，低频成分衰减慢，长周期成分多，易与高柔结 构发生共振。 震中距小（

14、近震），刚度大的结构破坏严重。 震中附近，高频成分丰富，易产生共振。 所以在抗震设计时要区分近震和远震。 1-4抗震设防 一、抗震设防的目标 抗震设防手段 抗震设防烈度： 一个地区作为抗震设计所依据的地震烈度。 国家有统一规定，一般取地震区划图中规定 的基本烈度（或与抗震规范中设计基本加速度 值对应的烈度值）。 抗震设防目标：“三水准” 小震不坏、中震可修、大震不倒 第一水准：建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度 的多遇烈度的地震作用时，建筑物一般不受损 坏或不经修理可继续使用。小震不坏 第二水准：建筑物遭受本地区抗震设防烈度的地 震作用时，建筑物可以有一定的损坏，但不致 危及生命和生产设备的安全

15、，经一般修理或不 修理仍可继续使用。中震可修 第三水准：建筑物遭受高于本地区抗震设防烈度 的罕遇烈度的地震作用时，建筑物不致倒塌或 发生危及生命的严重破坏。 大震不倒 二、小震、中震和大震 统计结果表明，在规定的年限内某一地区的地震烈度基本符合 怀布尔极值型分布。 -烈度上限，取12 Im-众值烈度。 K-形状参数，可由地震烈度资料统计得出。 怀布尔极值型分布。 基本烈度（中震）：50年内超越概率为10%的地震烈度值。 烈度区划图：把全国各地的基本地震烈度用图表示出来。随着地震 资料的积累，地震区划工作进一步合理，地震区划图也在不断改进 。 众值地震烈度和罕遇地震烈度 众值地震烈度（众值烈度，

16、小震） 该地区50年超越概率为63%的地震烈度值 罕遇地震烈度（大震） 该地区50年超越概率为2%的地震烈度值 多遇烈度比基本烈度大约低1.55度 罕遇烈度比基本烈度大约高1度 三、抗震设防依据及地震影响 设防范围 基本烈度 6 7 8 9度地区 基本烈度大于9度地区，须特殊研究，按有关规定执行 。 设防依据： 设防烈度（反映设计基本地震加速度值） 震中距 震级 后两个因素用设计特征周期（简称特征周期）反映 。特征周期与场地条件和设计地震分组有关。场地条件 后面要详细讲。新的抗震规范将设计地震分为3组，首 都和全部直辖市县级以上城镇均为第一组。分组见抗震 规范附录A。 四、建筑结构抗震设计方法 为实现上述设防目标，抗震规范规定采用二阶段设