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1、绪论基本概念第一页，共七十一页。（优选）绪论基本概念第二页，共七十一页。本课程主要学习结构抗震方面的相关概念、计算原理和设计方法，同时介绍结构抗风和结构抗火方面的知识。目的：目的： 掌握建筑结构抗震设计方面的基本理论知识和设计应用能力；掌握建筑结构抗震设计方面的基本理论知识和设计应用能力； 熟悉结构抗风、抗火方面的基本概念和设计方法。熟悉结构抗风、抗火方面的基本概念和设计方法。第三页，共七十一页。主主 要要 内内 容容n n 第一章第一章 概概 论论n n 第二章第二章 结构抗震基本知识结构抗震基本知识n n 第三章第三章 场地、地基和基础场地、地基和基础n n 第四章第四章 结构地震反应分析
2、与抗震验算结构地震反应分析与抗震验算n n 第五章第五章 钢筋混凝土框架结构抗震设计钢筋混凝土框架结构抗震设计n n 第六章第六章 隔震与耗能减震房屋设计隔震与耗能减震房屋设计n n 第七章第七章 风灾害与结构抗风设计风灾害与结构抗风设计n 第八章第八章 火灾害与结构抗火设计火灾害与结构抗火设计第四页，共七十一页。第一章第一章 概概 论论v 灾害的类型灾害的类型v 自然灾害的危害自然灾害的危害v 防灾减灾系统防灾减灾系统v 土木工程防灾减灾土木工程防灾减灾第五页，共七十一页。1.1 灾害的类型灾害的类型q 灾害的含义灾害的含义 灾害灾害 是指那些由于自然的、人为的或人与自然的原因，对人类的生存
3、和社会发展造成损害的各种现象。 灾害是事物运动、变化、发展的一种极端的表现形灾害是事物运动、变化、发展的一种极端的表现形式，其特点是损害人类的利益、威胁人类的生存和式，其特点是损害人类的利益、威胁人类的生存和持续发展。持续发展。第六页，共七十一页。q 灾害的类型灾害的类型 自然灾害：给人类生存和发展带来各种祸害自然灾害：给人类生存和发展带来各种祸害的自然现象。的自然现象。人为灾害：由于人为因素和社会行为失调或失人为灾害：由于人为因素和社会行为失调或失控而产生的危害人类自身利益的社会现象。控而产生的危害人类自身利益的社会现象。两者关系：有时两者密切相联，如人为自然灾害两者关系：有时两者密切相联，
4、如人为自然灾害 （水库诱发地震、地球温室效应等）（水库诱发地震、地球温室效应等）火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等地震、热带风暴（飓风、台风）、洪涝、雷暴与龙卷风、雪暴、火山爆发、滑坡、泥石流、潮汐与海啸第七页，共七十一页。1.1 灾害的类型灾害的类型从过程特性看从过程特性看自然灾害自然灾害突变型突变型: 地震、泥石流地震、泥石流发展型发展型: 暴雨、台风、洪水暴雨、台风、洪水持续型持续型: 旱灾、涝灾、传染病旱灾、涝灾、传染病演变型演变型: 沙漠化、水土流失沙漠化、水土流失潜潜在在损损失失增增加加影影响响的的长长期期性性增增加加可可预预见
5、见性性增增加加第八页，共七十一页。1.2 自然灾害的危害自然灾害的危害主要表现在三个方面：主要表现在三个方面：危及人类的生命和健康危及人类的生命和健康造成严重经济损失造成严重经济损失破坏资源和环境，威胁国民经济的可持续发展破坏资源和环境，威胁国民经济的可持续发展第九页，共七十一页。1.3 防灾减灾系统防灾减灾系统 防灾减灾系统是一个由多种减灾措施组成的有机整体：防灾减灾系统是一个由多种减灾措施组成的有机整体：灾害监测：灾害监测：灾害预报：灾害预报：防灾：防灾：抗灾：抗灾：救灾救灾灾后重建与恢复生产灾后重建与恢复生产防灾措施防灾措施近期预报、中期预报、长期预报近期预报、中期预报、长期预报监测目的
6、监测目的:认识灾害的发生规律和进行预报认识灾害的发生规律和进行预报监测方式监测方式:卫星与航空遥感监测等卫星与航空遥感监测等工程结构抗灾工程结构抗灾灾后检测与加固灾后检测与加固第十页，共七十一页。1.4 土木工程防灾减灾土木工程防灾减灾土木工程防灾减灾的主要内容：土木工程防灾减灾的主要内容：土木工程规划性防灾土木工程规划性防灾工程性防灾工程性防灾工程结构抗灾工程结构抗灾工程技术减灾工程技术减灾工程结构在灾后的检测与加固工程结构在灾后的检测与加固灾前工作灾前工作灾后工作灾后工作第十一页，共七十一页。关于防灾减灾工程及防护工程专业防灾减灾工程及防护工程专业n防灾减灾工程及防护工程学科是土木工程学科
7、中的交叉学防灾减灾工程及防护工程学科是土木工程学科中的交叉学科，其核心内容为抗震、抗风、抗火和抗爆工程及灾后修科，其核心内容为抗震、抗风、抗火和抗爆工程及灾后修复与加固等。复与加固等。n学科的主要任务是：研究和发展工程结构和工程系统抵御自然灾害和人为灾害的科学理论、设计方法和工程措施，最大限度地减轻未来灾害可能造成的破坏，保证人民生命和财产的安全，保障灾后经济恢复和发展的能力，提高国家重大工程的防灾能力。第十二页，共七十一页。关于防灾减灾工程及防护工程专业防灾减灾工程及防护工程专业n防灾减灾工程及防护工程实质上是研究防灾减灾工程及防护工程实质上是研究“结构工程结构工程”学科学科中的抗灾防灾问题
8、，与中的抗灾防灾问题，与“结构工程结构工程”内容交叉、相互促进，内容交叉、相互促进，其研究的内容大多为结构工程中的前沿科学问题。其研究的内容大多为结构工程中的前沿科学问题。n主要研究领域为工程结构防灾减灾（包括抗震、抗风、主要研究领域为工程结构防灾减灾（包括抗震、抗风、抗火等）理论及应用技术的研究。包括：工程结构在地抗火等）理论及应用技术的研究。包括：工程结构在地震（风、火）等荷载作用下的破坏机理及抗灾设计对策；震（风、火）等荷载作用下的破坏机理及抗灾设计对策；新型抗震材料和抗震结构体系；特殊和复杂高层建筑新型抗震材料和抗震结构体系；特殊和复杂高层建筑结结构抗灾设计构抗灾设计理论与应用等。理论
9、与应用等。n其中，抗震领域的研究范围最广，研究方向最多。其中，抗震领域的研究范围最广，研究方向最多。第十三页，共七十一页。第二章第二章 结构抗震基本知识结构抗震基本知识v 地震的类型及成因地震的类型及成因v 地震的基本概念地震的基本概念v 地震震害地震震害v 工程结构的抗震设防工程结构的抗震设防v 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求第十四页，共七十一页。n科学界多年的研究成果形成了一门学科科学界多年的研究成果形成了一门学科地震工程学。地震工程学。它包含工程地震和结构抗震两方面内容。它包含工程地震和结构抗震两方面内容。n工程地震主要研究：地震危险性分析、地震区划、潜在工程地震主要研究：地震危险
10、性分析、地震区划、潜在震源区地震活动规律、地震动工程参数的选择及估计等。震源区地震活动规律、地震动工程参数的选择及估计等。n结构抗震主要研究：建筑场地动力性能与抗震设计关系、结构抗震主要研究：建筑场地动力性能与抗震设计关系、构件与结构动力特性、结构动力破坏机制、结构地震构件与结构动力特性、结构动力破坏机制、结构地震反应分析理论与抗震设计方法等。反应分析理论与抗震设计方法等。第十五页，共七十一页。 地地震震是指因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。 地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几
11、次。目前记录到的世界上最大地震是9.0级，发生于2011年3月11日的日本地震。2.1 地震的类型及成因地震的类型及成因第十六页，共七十一页。q 地球的构造地球的构造 地壳地壳 陆地陆地:花岗岩层花岗岩层,玄武岩层玄武岩层海洋海洋:玄武岩层玄武岩层地幔地幔: 橄榄橄榄岩层，具粘弹性，岩层，具粘弹性， 温度随深度增加温度随深度增加而升高而升高.地幔内部物质地幔内部物质 地核地核热状态热状态不均衡压力不均衡压力外核外核(2100km): 液态液态内核内核(1400km): 固态固态壳壳局局部部变变形形爆爆发发地地震震各各部部分分压压力力差差别别引引起起地地地震多发于地壳内地震多发于地壳内第十七页，
12、共七十一页。q 地震的类型及成因地震的类型及成因 天然地震天然地震火山地震火山地震塌陷地震塌陷地震构造地震（构造地震（破坏性地震主要属于此类，破坏性地震主要属于此类， 约占世界地震总数的约占世界地震总数的90%以上以上）诱发地震诱发地震：主要是由于人工爆破、矿山开采及工程活：主要是由于人工爆破、矿山开采及工程活动（如兴建水库）所引发的地震动（如兴建水库）所引发的地震第十八页，共七十一页。火山地震由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。1914年日本鹿儿岛海湾东面的樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震，喷发的大量海底熔岩流使火山与陆
13、地相连。第十九页，共七十一页。塌陷地震由于地下水溶解可溶性岩石，或由于地下采矿形成的巨大空洞，造成地层崩塌陷落而引发的地震，称为陷落地裂。这类地震次数少，约占地震总数的3%左右，震级也都比较小。第二十页，共七十一页。诱发地震在特定的地区因某种地壳外界因素诱发而引起的地震，称为诱发地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动。大陨石冲击地面可能引起陨石冲击地震。在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。第二十一页，共七十一页。世界上自20世纪30年代以来，有40多个国家与地区约有百余座水库诱发了地震;其中有4座大型水库诱发了大于6.0级以上的地震，占水库诱发地震总数的3.
14、6%。最大一次地震是印度柯依纳水库1961年12月10日发生的6.5级地震。我国发生水库诱发地震20余例，最大一次为1962年3月19日04时18分53秒新丰江水库诱发6.1级地震。第二十二页，共七十一页。新丰江水库诱发地震n水库于1959年10月20日开始蓄水，同年11月记录到地震活动。1960年5月当水位蓄至81米时，发生了34次地震活动，震级Ms=3.1。同年7月18日水位达到90米时，记录到Ms=4.3的地震活动，震中烈度（MercalliScale）估计为5度。1962年3月19日水库水位110.5米时发生了震级为M=6.1的强震，震中在坝下游1.1公里处，震源深度约为5公里，震中烈
15、度约为8度。这次地震，在1318号坝段高程108米附近产生了长达82米的上下游贯穿性裂缝。2，5，10号坝段，在同一高程附近也出现了不连续的水平裂缝。第二十三页，共七十一页。新丰江水库诱发地震n由于新丰江水库诱发地震的发生，中国对诱发地震开展了综合性的科学研究，包括19611973年3次大坝原型震动试验，以及1981年对新丰江大坝头部抗震稳定问题的模型试验和非线性计算分析。从1961年3月起到1967年止，对新丰江大坝做了两期工程加固，对支墩间空腔部分填实，并在坝趾加浇戗台，最后达到设计烈度9.5度和百年一遇洪水位110米相组合的标准。截至1964年底，新丰江大坝附近记录了超过18万次微震。以
16、后22年又增加了12万次，其中大于2度的有1.3万次。地震活动于1962年3月19日达到M=6.1的高峰后即逐年迅速减弱。第二十四页，共七十一页。 构造地震构造地震 板块构造理论：板块构造理论：六大板块六大板块 板板块块之之间间处处于于拉拉张张、挤挤压压和和剪剪切切状状态态，产产生生地地应应力力，应应力力产产生生变变形形、积积聚聚能能力力，当当变变形形过过大大、能能力力释释放，导致岩层破裂而产生地震。放，导致岩层破裂而产生地震。断层理论：断层理论： 地地球球内内部部不不断断运运动动，造造成成地地壳壳岩岩层层不不停停变变化化，不不断断发发生生变变形形，产产生生地地应应力力，当当变变形形超超过过岩岩层层的的极极限限应应变变，岩岩层层就就会会在在薄薄弱弱处处（新新断断层层、旧旧断断层层或或其其交交会会处处）发生断裂和错动，形成地震。发生断裂和错动，形成地震。第二十五页，共七十一页。构造地震的产生由地壳构造运动所产生地球板块在运动过程中，板块之间的相互作用力会使地壳中的岩层发生变形。当这种变形积聚到超过岩石所能承受的程度时，该处岩体就会发生突然断裂或错动，从而引起地震。第二十六页，共七十一页。
