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1、建筑结构系列电子教案建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计 Reinforced Concrete StructureReinforced Concrete Structure1.抗震设计的基本要求 Primary Requirements ofPrimary Requirements of Anti-Quake Anti-Quake主讲：沙勇20129第1章 抗震设计的基本要求 1.1 地震的基本知识 1.2 建筑抗震设防要求 1.3 建筑抗震概念设计1.1 地震的基本知识n一 地球的构造n二 地震的成因及分类n三 常用术语一、地球的构造n1、地壳n 地球最表面的一层，很薄，一般厚度为5-40 k
2、m，平均厚度约为30km。n 主要由各种不均匀的岩石组成：沉积岩花岗 岩玄武岩等。n 绝大部分地震都发生在地壳内。n2、地幔n 中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。n 主要由具有粘弹性性质的质地比较坚硬的橄榄 岩组成。n 地幔内部的物质在热状态和不均衡压力作用下 缓慢运动，可能是造成地壳运动的根源。n3、地核n 地球最里面的一层，半径约为3500km，是地 球的核心部分。n 可分为外核（厚2100km）和内核，其主要构 成物质是镍和铁。n 根据推测，外核可能处于液态，内核可能处于 固态。二 地震的成因及分类1.地震及分类地震：地球内某处岩层突然破裂或塌陷或火山爆发 等发生振动，并以波的形
3、式传到地表，从而引起 地面振动。 地球内部构造运动的产物构造地震：地壳运动推挤岩层产生断裂、错动，引起地 面的震动，占地震总数的90。火山地震：火山爆发，岩浆猛烈冲出地面，在地球表面 产生的震动，发生较少。陷落地震：由溶洞、矿洞等的塌陷、核爆炸等原因引起 的地震，发生较少诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起的地震，发生 较少二 地震的成因及分类1.地震及分类地震：地球内某处岩层突然破裂或塌陷或火山爆发 等发生振动，并以波的形式传到地表，从而引起 地面振动。 地球内部构造运动的产物。构造地震：地壳运动推挤岩层产生断裂、错动，引起地 面的震动，占地震总数的90。92%的地震 发生在地 壳中， 其余
4、的发 生在地幔 上部 二 地震的成因及分类1.地震及分类火山地震：火山爆发，岩浆猛烈冲出地面，在地球表面产 生的震动，发生较少，这类地震只占全世界地震的7%左右 。1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于 一个6.7级地震。 二 地震的成因及分类1.地震及分类陷落地震：由溶洞、矿洞等的塌陷、核 爆炸等原因引起的地震，发生较少。诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引 起的地震，发生较少。1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生 了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。 二 地震的成因及分类2.构造地震的成因断层说：岩石层不停运动，连续变动产 生地应力，当地应力超过某处岩层强度的极限
5、 值，岩层破坏、断裂错动，引起地面的震动；板块构造学说：地面上部岩石层由若干 板块组成（美洲板块、非洲、欧亚、印澳、太 平洋南极洲板块等），下面岩流层对流运动引 起上面岩石层板块之间挤压和顶撞，使边缘岩 石层脆性破坏而引发地震。（有助于解释地震带）世界地震活动性2.世界地震分布图：大震主要发生在以下4个主要地震带：环太平洋地震带；（80%浅源和90%中深源和 所有深源地震）欧亚地震带；（10%中深源和一些大的浅源地震 ）沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅 震活动带；地震相当活跃的断裂谷。世界地震活动性2.世界地震分布图：大震主要发生在以下4个主要地震带：环太平洋地震带；（80%浅源和9
6、0%中深源和 所有深源地震）欧亚地震带；（10%中深源和一些大的浅源地震 ）沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅 震活动带；地震相当活跃的断裂谷。日本列岛菲律宾新几内亚新西兰智利60.8.5墨西哥85.8.1亚速岛伊朗印度北缅甸印度尼西亚意大利土耳其我国地震活动性我国地震分布图：主要有2个地震带：南北地震带；东西地震带；有两条大致可分为6个地震活动区：我国地震活动性我国地震分布图：主要有2个地震带：南北地震带；东西地震带；有两条大致可分为6个地震活动区：贺兰山六盘山秦岭川西云南东北帕米尔陕西山西河北北部辽宁潜山昆仑山秦岭大别山天山山脉喜马拉雅山山脉我国地震活动性我国地震分布图：大致可分为
7、6个地震活动区：台湾及其附近海域；喜马拉雅山脉活 动区；天山山脉活动区；南北地震带 ；华北地震带；东南沿海地震带。其 中台湾大地震最多，其次是新疆、西藏， 还有西南、西北、华北和东南沿海地震较 多。三 常用地震术语n n震源、震中震源、震中n n地震波地震波n n震级、震级分类震级、震级分类n n地震烈度地震烈度n n基本烈度基本烈度n n抗震设防烈度抗震设防烈度n n设计基本地震加速度设计基本地震加速度n n特征周期特征周期 震源：地壳深处发生岩层断裂、错动的地方 。 震中：震源正上方的地面。 极震区：震中附近，震动最剧烈破坏最严重 的地区。 震中距：地面上某点至震中的距离。 震源距：地面上
8、某点至震源的距离。 震源深度：震源至地面上的垂直距离。 等震线：一次地震中，烈度相同点的外包线 。三 常用地震术语三 常用地震术语三 常用地震术语问：浅源地震、中源地震、深源 地震哪种危害大？n浅源地震：震源深度60km的地震。 如唐山地震（占全世界总释放能量的85% ）n中源地震：震源深度在60300km的 地震。 （占全世界总释放能量的12%）n深源地震：震源深度 300km的地震 。（占全世界总释放能量的3%）三 常用地震术语n定义：岩层断裂错动时，岩层积累的变形能突 然释放，它以波的形式传播，形成地震波。n体波：在地球内部传播的波。n纵波：振动方向与传播方向一致 的波。P波n横波：振动
9、方向与传播方向垂直的波。 S波n面波：沿地球表面及其附近传播的波。可认为 是体波经地层界面多次反射形成的次生波。n瑞利波：P波S波沿界面传播相互叠加的结果。 质点沿波的传播方向在与地表面法向组成的平 面内做逆进椭圆运动。R波n乐夫波：质点沿前进方向作蛇形运动，与运动 方向垂直。产生水平扭转运动分量。L波三 常用地震术语-地震波纵波 横波 面波三 常用地震术语-地震波传播速度振动幅度n纵波、横波、面波性能比较杂波P波开始S波开始面波开始纵波：使建筑物产生上下颠簸三 常用地震术语-地震波横波：使建筑物产生水平方向摇晃n纵波、横波、面波对建筑物的影响面波：使建筑物既产生上下颠簸又水 平方向摇晃，对建
10、筑物破坏最严重横波和面波同时到达时，震动最剧烈波速公式由公式可见，波速与介质密度有关。， ，且横波比纵波慢。波速应用n确定地球的构成n确定地震深度: 一般来说：n混凝土介质，横波波速：2020m/sn粘土介质，横波波速：100300m/sn砂石介质，横波波速： 600m/s n基岩介质，横波波速： 500m /s地震动特性n地震动：地震引起地面运动n地震动时程曲线：地面上质点的加速度、速度和位移 的时间函数关系，可由地震仪记录下来，绘制反应谱 曲线。通常根据加速度时程曲线分析地震动特性n地震加速度的最大幅值（振幅）n加速度幅值：最直观反映地震地面运动强烈程度 ，结构时程分析要输入最大加速度n地
11、震加速度的频谱特性n频谱特性，频谱是反映振幅与频率的关系曲线， 长周期分量与短周期分量的比值，可调整上部结 构周期，避免类共振n地震加速度波形的持续时间n强震持时，越长则输入的能量越大，结构越容易 倒塌 振幅、频谱特性和持续时间为地震动的三要素.三 常用地震术语 -震级（里氏震级） 定义：衡量一次地震释放能量大小的一种度量指 标，用地面振动振幅的大小来度量。 震级的定义最早由美国的里克特（C.F.Richter) 给出。 公式：M=lgAA用标准地震仪在距震中100km 处记录的 以微米为单位的最大地表水平位移。震级是表示一次地震释放能量的多少和地震强 度大小的指标。一次地震只有一个震级震级与
12、震源释放出能量E的经验关系如下：nlgE=1.5M+11.8 E地震释放的能量。（尔格）各级地震所释放的能量见表1.1n由此可见： 震级差一级，能量相差近32倍。8级的大地震，释放的能量为61023尔格，相当于 日本广岛爆炸的原子能量的数千倍。震级与能量关系震级级 M2245 7 8类别类别微震有感 地震破坏 性地 震强烈地 震（大 地震特大地 震震级分类表地球上平均每年发生地震500万次，M 2.5级的有15万次， M 4级的有4万 次， M 7造成破坏的则不到20次。 M 8的毁灭性地震2次1.地震烈度：指某一地区的地面和各类建筑物遭 受一次地震影响的强弱程度。是衡量地震引起 后果的一种度
13、量。2.地震烈度表：根据地震时人的感觉、器物的反 应、建筑物的损害程度不同和地貌变化特征等 方面的宏观现象进行判定和区分，形成地震烈 度表。 我国在1980年制定了中国地震烈度表。 中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。三 常用地震术语 -地震烈度无感 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 外少数人感觉。少数 人梦中惊醒43 （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56 （5-9）63 （45
14、-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 613 （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 725 （19-35）250 （178-353 ）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 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 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
15、部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人 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3.地震烈度影响因素：震级、震源深度、 震中距、地质条件等因素有关。 离震中愈近，地震影响愈大，地震烈度 愈高 离震中愈远，地震影响愈小，地震烈度 愈低 一次地震只有一个震级，却有不同烈度三 常用地震术语 -地震烈度三 常用地震术语 -地震烈度4.震中烈度I0：震中的地震烈度 震中烈度是震源深度和震级的函数，但震源深 度多数在10-30KM范围内，可认为不变，建立 震中烈度和震级的经验公式： M=0.58I0+1.5 （二者关系见表1.2）三 常用地震术语 -基本烈度5.基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件 下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值 称为该地区的基本烈度。用Ib表示。 相当于475年一遇的最大地震的烈度。 基本烈度也称为偶遇烈度或中
