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1、建筑结构抗震基本知识 12.1 地震基本知识地震俗称地动，是一种具有突发性的自然现象。地震按其发生的原因，主要有火山地震、陷落地震、人工诱发地震以及构造地震。构造地震破坏作用大，影响范围广是房屋建筑抗震研究的主要对象。在建筑抗震设计中，所指的地震是由于地壳构造运动（岩层构造状态的变动）使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动，这种地面振动称为构造地震，简称地震。地壳深处发生岩层断裂、错动的地方称为震源。震源正上方的地面称为震中。震中附近地面运动最激烈，也是破坏最严重的地区，叫震中区或极震区。地面上某处到震源的距离叫震源距。震源至地面的距离称为震源深度。一般把震源深度小于60Km的地震称为浅源地震；
2、60300Km称为中源地震；大于300Km成为深源地震。中国发生的绝大部分地震均属于浅源地震。地震波地震引起的振动以波的形式从震源向四周传播，这种波就称为地震波。地震波按其在地壳传播的位置不同，分为体波和面波。体波是在地球内部由震源向四周传播的波，分为纵波（P波）和横波（S波）。纵波（P波）是由震源向四周传播的压缩波，介质质点的振动方向与波的传播方向一致，引起地面垂直振动，周期短、振幅小、波速快。横波（S波）传播的是由震源向四周传播的剪切波，介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，引起地面水平振动，周期长、振幅大、波速慢。面波是体波经地层界面多次放射、折射形成的次生波。面波的质点振动方向比较复杂
3、，既引起地面水平振动又引起地面垂直振动。当地震发生时，纵波首先到达，使房屋产生上下颠簸，接着横波到达，使范围产生水平摇晃，一般是当面波和横波都到达时，房屋振动最为激烈。震级地震的震级是衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。地震的震级M，一般称为里氏震级。1935年由里希特首先提出了震级的定义。当震级相差一级，地面振动振幅增加约10倍，而能量增加近32倍。一般说来，M2的地震，人们感觉不到，称为微震；M=24的地震称为有感地震；M5的地震，对建筑物就要引起不同程度的破坏，统称为破坏性地震；M7的地震称为强烈地震或大地震；M8的地震称为特大地震。地震烈度和烈度表地震烈度是指某一地区的地面及建筑遭受
4、到一次地震影响的强弱程度。用I表示。相对震源而言，地震烈度也可以把它理解为地震场的强度。地震烈度表我国曾经编制过三张烈度表，现行的为中国地震烈度表（1990），是在中国地震烈度表（1980）的基础上，增补和修改了部分宏观标志，对表列以外房屋结构的震害与烈度评定在使用说明中作了规定。地震的震级与地震烈度是两个不同的概念，对于一次地震，只能有一个震级，而有多个烈度。一般来说离震中愈远地震烈度愈小，震中区的地震烈度最大，并称为“震中烈度”，震级于震中烈度的大致关系。同一地震中，具有相同地震烈度地点连线称为等震线。可通过地震烈度表进行评定。建筑物的震害及分析 1地表的破坏现象 （1）地裂缝 （2）喷砂
5、冒水 （3）地面下沉 （4）滑坡、坍方 2建筑物破坏 （1）结构丧失整体性 （2）承重结构承载力不足而引起的破坏 （3）地基失效3次生灾害抗震设计的一般规定抗震设防烈度、设计地震分组（1）抗震设防烈度抗震设防烈度是指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。一般情况下，抗震设防烈度可采用地震基本烈度值，即1990中国地震烈度区划图规定的地震基本烈度或新修订的2001中国地震动参数区划图附录D规定的“地震动峰值加速度分区”所对应的“地震基本烈度值”（或采用与规范设计基本地震加速度对应的烈度值）。对于已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。一个地
6、区的基本烈度是指该地区今后一定时间内（一般指50年），在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。2001年国家质量技术监督局发布中国地震动参数区划图GB18306-2001后，抗震规范GB50011-2001由地震基本烈度向地震动参数过度。其中中国地震动峰值加速度区划图A1分为0.05g，0.1g，0.15g，0.2g，0.3g，0.4g和不设防（0.05g）等七种情况。将近震与远震改称设计地震分组，考虑地震震级、震源机制、震中距和场地类别的影响，在中国地震动反应谱特征周期区划图B1基础上进行了调整后给出了全国近2900个县级城市的设计地震分组。对于类场地，第一、二、三组的设计特
7、征周期分别为0.35S、0.40S、0.45S。抗震规范GB50011-2001附录A给出了全国县级及以上城镇（按民政部2001行政区划手册，包括地市的市辖区）的中心地区（如城关地区）的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和所属的设计地震分组。如浙江省全省县级及县级以上设防城镇的设计地震分组均为第一组。岱山、嵊泗、舟山（2个市辖区）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。杭州（6个市辖区）、宁波（5个市辖区），湖州、嘉兴（2个市辖区）、温州（3个市辖区）、绍兴、绍兴县、长兴、安吉、临安、奉化、鄞县、象山、德清、嘉善、平湖、海盐、桐乡、余杭、海宁、萧山、上虞、慈溪、余姚、瑞安、富阳、平阳
8、、苍南、乐清、永嘉、泰顺、景宁、云和、庆元、洞头抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g。建筑重要性分类、抗震设防标准、抗震设防目标1建筑物重要性分类从抗震防灾的角度，根据建筑物使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果严重程度，国家标准建筑抗震设计规范(GB500112001)（以下简称为抗震规范），将建筑物分为甲、乙、丙、丁四类。具体划分按国家标准建筑抗震设防分类标准GB50223的规定采用。2抗震设防标准所谓建筑抗震设防是对建筑物进行抗震设计，包括地震作用、抗震承载力计算和采取抗震措施，以达到抗震的效果。建筑物的抗震设防标准是衡量抗震设防要求的尺度，它是指各类工程按照规定的可
9、靠性要求和技术经济水平所统一确定的抗震技术要求。它的依据是抗震设防烈度。抗震设防标准应符合表1.1的规定。建筑抗震设防分类 设防分类甲类重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑乙类地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑丙类除甲、乙、丁类以外的一般建筑丁类抗震次要建筑地震作用甲类按地震安全性评价结果确定乙类应符合本地区抗震设防烈度要求丙类应符合本地区抗震设防烈度要求丁类一般情况下仍应符合本地区抗震设防烈度的要求抗*震措施甲类当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求乙类 一般情况下，当抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震
10、设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑*，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施丙类应符合本地区抗震设防烈度要求丁类应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低 注：1、抗震措施指除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施；抗震构造措施指一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。2、较小的乙类建筑指工矿企业的变电所、变压站、水泵房以及城市供水水源的泵房等当为丙类建筑时，一般可采用砖混结构，当为乙类建筑时，若改用钢筋混凝土结构或钢结构，则可
11、按本地区设防烈度的规定采取抗震措施。抗震设防烈度为6度时，除规范有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不作地震作用计算。3抗震设防目标抗震规范规定以“三个水准”来表达抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。 第一水准：当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震（小震）影响时，建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用。 第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震（中震）影响时，建筑可能有一定的损坏，经一般修理和不需修理仍能继续使用。 第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生不危及生命的严重破坏。 规范采用两阶段设计来实现上述目标的。 第一阶段设计：按第一水准（小震）
12、的地震动参数计算结构地震作用效应并与其他荷载效应的基本组合，进行结构构件的截面承载力验算和弹性变形验算，同时采取相应的构造措施，这样既满足第一水准“不坏”的设防要求和第二水准“损坏可修”的设防要求。 第二阶段设计：对于地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及特殊要求的建筑结构，还应进行结构的薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。小震和大震 小震应是发生机会较多的地震，因此，可将小震定义为烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度，即众值烈度或称多遇烈度时的地震，50年内众值烈度的超越概率为63.2%，这就是第一水准的烈度。各地的基本烈度，即第二水准的烈
13、度。50年内的超越概率大体为10%。大震是罕遇的地震，它所对应的烈度在50年内的超越概率约为2%3%，这个烈度又可称为罕遇烈度，作为第三水准的烈度。基本烈度与众值烈度相差约为155度，而基本烈度与罕遇烈度相差大致为1度。场地和场地土类别场地即工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。土层剪切波速应由勘测设计单位测量，对于丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按下表划分土的类型，再按经验在下表的剪切波速范围内估计各
14、土层的剪切波速。场地土类型土的类型岩土名称和状态土层剪切波速范围（m/s）坚硬土或岩石稳定岩石、密实的碎石土us500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fK200的粘性土和粉土，坚硬黄土500us250中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fK200的粘性土和粉土，fK130的填土，可塑黄土250us140软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，fK130的填土，流塑黄土us 140注：fK为地基静承载力标准值（KPa）。建筑场地覆盖层厚度的确定，应符合下列要求：(1)一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定；(2)当地面5m
15、以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定；(3)剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；(4)土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。通常覆盖土层愈厚，剪切波速愈小。等效剪切波速与场地评定用的计算深度成正比，与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间成反比。当遇不均匀的土层其等效剪切波速，可按计算深度范围内土层总厚度d0除以剪切波在地面至计算深度之间的传播时间t求得, 计算深度可取覆盖层厚度且不小于20m。即 场地类别按等效剪切波速和覆盖层厚度两个指标划分为四类，见下表 建筑场地类别划分等效剪切波速（m/s）场地类别类类类类vse5000m500vse2505m5m250vse1403m350m
