建筑結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)

認(rèn)識我們的家園——地球地殼：平均厚度30-40km；地幔：厚度約為2900km；地核：半徑約為3500km。地震僅發(fā)生在地殼和地幔上部！地殼運(yùn)動引發(fā)地震！什么是地震？地震：因地球內(nèi)部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動。地震是一種自然現(xiàn)象，地球上每天都在發(fā)生地震。一年約有500萬次。其中約5萬次人們可以感覺到；能造成破壞的約有1000次；7級以上的大地震平均一年有十幾次。時間2005200620072008200920102011201220132014次數(shù)16152219202825202311+2005-2014年世界7級以上地震年發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計序號發(fā)震時刻緯度經(jīng)度深度震級參考地名12014/2/1217:1936.182.512km7.3新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)于田縣22014/3/1013:1840.8-12510km7美國加州附近海域32014/4/0207:46-19.6-70.710km8.1智利北部沿岸近海42014/4/0310:43-20.4-70.120km7.8智利北部沿岸近海52014/4/1115:07-6.615550km7巴布亞新幾內(nèi)亞62014/4/1304:14-11.3162.230km7.8所羅門群島附近海域72014/4/1320:36-11.5162.130km7.5所羅門群島附近海域82014/4/1822:2717.6-100.740km7.3墨西哥92014/4/1921:27-6.7154.940km7.6巴布亞新幾內(nèi)102014/6/2404:5351.8178.8100km7.9拉特群島112014/6/2915:52-55.6-28.610km7.0南桑威奇群島2014年世界7級以上地震信息地震的危害在我國這樣一個城市基礎(chǔ)設(shè)施總體上抗震能力相對較低的情況下，一旦遭受大地震的影響，經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都將會十分慘重?。?！1976年唐山7.8級地震：24萬人遇難；直接經(jīng)濟(jì)損失100億元，震后重建費(fèi)用100億元。2008年汶川8.0級地震：7人遇難，1.8人失蹤；直接經(jīng)濟(jì)損失8452億元，震后重建概算總投資8613億元。2010年玉樹7.1級地震：將近3萬人遇難。2013年雅安7.0級地震：200余人遇難。發(fā)展工程抗震的必要性2008年汶川8.0級地震：嚴(yán)格按照抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計并施工質(zhì)量有保證的建筑，多數(shù)受到中等至嚴(yán)重破壞，但不至于倒塌而危及到生命安全。1995年日本阪神地震經(jīng)良好抗震（按81規(guī)范）設(shè)計的建筑物與隔震房屋表現(xiàn)良好老舊房屋破壞嚴(yán)重甚至倒塌2010年1月海地7.0級地震有嚴(yán)格的建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、防震標(biāo)準(zhǔn)。沒有制定房屋的防震標(biāo)準(zhǔn)。2010年2月智利8.8級地震將近2000人遇難超過22萬人遇難結(jié)構(gòu)工程抗震在保護(hù)人類生命安全中可以發(fā)揮舉足輕重的作用。工程抗震的研究內(nèi)容以結(jié)構(gòu)動力學(xué)和工程學(xué)為基礎(chǔ)，研究內(nèi)容包括建筑材料與地基的動力特性，構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的振動特性、結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)（重點(diǎn)是非線性或彈塑性反應(yīng)），結(jié)構(gòu)物的彈塑性與脆性破壞機(jī)制，以及結(jié)構(gòu)可靠性理論和工程設(shè)計等領(lǐng)域。本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握抗震的基本知識、基本理論、基本技能，了解抗震設(shè)計的一般規(guī)律；培養(yǎng)運(yùn)用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)；查閱技術(shù)資料的能力和抗震計算能力；了解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的新理論、新方法及抗震理論、方法的發(fā)展趨勢。第1章建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識；第2章場地、地基與基礎(chǔ)；第3章建筑結(jié)構(gòu)抗震計算；第4章結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計；第5章砌體與磚混結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計；第6章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計；第7章鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計；第8章隔震與消能減震。本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法原理、步驟相通與工程實(shí)例結(jié)合是基礎(chǔ)是“基礎(chǔ)”重計算方法重思想、概念原理第1章建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識主要內(nèi)容1.1地震基本知識

1.2地震的災(zāi)害1.3地震的基本術(shù)語1.4地震動特性1.5建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防地震的部分專業(yè)術(shù)語震源：地球內(nèi)部直接產(chǎn)生破裂的地方稱為震源；震中：震源在地面上的投影點(diǎn)稱為震中；震中區(qū)：震中及其附近的地方稱為震中區(qū)；震中距：從震中到地面上任何一點(diǎn)的距離稱為震中距。1.1地震基本知識1.1.1地球的構(gòu)造1.1.2地震的類型與成因按地震成因構(gòu)造地震火山地震塌陷地震按震源深度淺源地震(<70km)中源地震(70-300km)深源地震(>300km)按感覺程度（正常人）（安靜狀態(tài)下）有感地震小震（震級在3~5級）中震（5~7級）無感地震超微震（震級小于1級）微震（1~3級）大震（7級以上）序號發(fā)震時刻緯度經(jīng)度深度震級參考地名12014/2/1217:1936.182.512km7.3新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)于田縣22014/3/1013:1840.8-12510km7美國加州附近海域32014/4/0207:46-19.6-70.710km8.1智利北部沿岸近海42014/4/0310:43-20.4-70.120km7.8智利北部沿岸近海52014/4/1115:07-6.615550km7巴布亞新幾內(nèi)亞62014/4/1304:14-11.3162.230km7.8所羅門群島附近海域72014/4/1320:36-11.5162.130km7.5所羅門群島附近海域82014/4/1822:2717.6-100.740km7.3墨西哥92014/4/1921:27-6.7154.940km7.6巴布亞新幾內(nèi)102014/6/2404:5351.8178.8100km7.9拉特群島112014/6/2915:52-55.6-28.610km7.0南桑威奇群島2014年中國及周邊地區(qū)5級以上地震全世界85%的地震都是淺源地震；淺源地震波及范圍小，但破壞力大；深源地震波及范圍大，但破壞力小。2002年6月29日發(fā)生于吉林的7.2級地震，震源深度為540km，無破壞。1960年2月29日發(fā)生于摩洛哥艾加迪爾城的5.8級地震，深度為3km。震中破壞極為嚴(yán)重，但破壞僅局限在震中8km內(nèi)。一、構(gòu)造地震構(gòu)造地震是地球構(gòu)造運(yùn)動引起的地震；構(gòu)造地震約占世界地震總數(shù)的90%以上；構(gòu)造地震的震源深度通常在60km以內(nèi)；破壞性地震主要屬于構(gòu)造地震。二、火山地震由于火山作用，如巖漿活動、氣體爆炸等引起的地震稱為火山地震，這類地震只占全世界地震的7%左右。1914年日本櫻島火山爆發(fā)，產(chǎn)生的震動相當(dāng)于一個6.7級地震。三、塌陷地震指天然的巖洞、溶洞以及礦區(qū)的采空區(qū)支撐不住上覆巖層，發(fā)生坍塌而形成的地震。既有天然因素，又有人為因素。約占全世界地震的3%左右。因人為因素直接造成的地震是人工地震，如工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動；在深井中進(jìn)行高壓注水以及大水庫蓄水后增加了地殼的壓力，有時也會誘發(fā)地震。1962年3月19日在廣東河源新豐江水庫壩區(qū)發(fā)生了迄今我國最大的水庫誘發(fā)地震，震級為6.1級。四、人工地震1.1.3地震的分布環(huán)太平洋地震帶：分布在太平洋周圍，包括南北美洲太平洋沿岸和從阿留申群島、堪察加半島、日本列島南下至我國臺灣省，再經(jīng)菲律賓群島轉(zhuǎn)向東南，直到新西蘭。這里是全球分布最廣、地震最多的地震帶，所釋放的能量約占全球的75%。歐亞地震帶：從地中海向東，一支經(jīng)中亞至喜馬拉雅山，然后向南經(jīng)我國橫斷山脈，過緬甸，呈弧形轉(zhuǎn)向東，至印度尼西亞。另一支從中亞向東北延伸，至堪察加，分布比較零散。全球22%的地震發(fā)生在這一地震帶。一、全球地震分布環(huán)太平洋地震帶歐亞地震帶二、我國地震分布我國處于全球的兩大地震帶之間，因此，我國大陸地震約占世界大陸地震的1/3。我國的地震活動主要分布在五個地區(qū)（地震區(qū)）的兩條地震帶（南北地震帶和東西地震帶）上。①臺灣省及其附近海域；②西南地區(qū)：主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地區(qū)：主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓；④華北地區(qū)：主要在太行山兩側(cè)、汾渭河谷、陰山-燕山一帶、山東中部和渤海灣；⑤東南沿海的廣東、福建等地。1.2地震的災(zāi)害1.2.1直接災(zāi)害一、地表破壞山石崩裂、滑動，地面裂縫，地陷及噴砂冒水等。二、結(jié)構(gòu)物破壞房屋倒塌、橋梁斷落、鐵軌變形、水壩開裂。工程結(jié)構(gòu)的常見破壞情況結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足引起的破壞；結(jié)構(gòu)塑性變形能力不足引起的破壞；地基失效引起的破壞1.2.2次生災(zāi)害地震時間接引起的災(zāi)害稱為次生災(zāi)害。有時，次生災(zāi)害所造成的傷亡和損失比直接災(zāi)害還大?；馂?zāi)海嘯水災(zāi)毒氣泄漏核泄漏瘟疫1.1-1.2重點(diǎn)一、地震的類型與成因按地震成因構(gòu)造地震火山地震塌陷地震按震源深度淺源地震(<70km)中源地震(70-300km)深源地震(>300km)按感覺程度（正常人）（安靜狀態(tài)下）有感地震小震（震級在3~5級）中震（5~7級）無感地震超微震（震級小于1級）微震（1~3級）大震（7級以上）1.3地震的基本術(shù)語1.3.1震源和震中震中距：從震中到地面上任何一點(diǎn)的距離稱為震中距。震源：地球內(nèi)部直接產(chǎn)生破裂的地方稱為震源；震中：震源在地面上的投影點(diǎn)稱為震中；震中區(qū)：震中及其附近的地方稱為震中區(qū)；遠(yuǎn)震(>1000km)\近震(100-1000km)\地方震(<100km)雜波P波開始S波開始面波開始1.3.3震級（Magnitude）地震震級是地震的強(qiáng)度級別，由震源所釋放出的能量多少來確定。目前國際上常用的是里氏震級。震級等于標(biāo)準(zhǔn)地震儀記錄到的震中距Δ=100km處的地面最大水平位移（以10-6m為單位）的常用對數(shù)。一、定義A:待定震級的區(qū)域地震記錄儀記錄到的最大水平位移振幅（10-6m）；A0:標(biāo)準(zhǔn)地震儀在同一震中距離處的最大水平位移幅值；lgA0(Δ):0級地震在不同震中距的振幅對數(shù)值，稱為起算函數(shù)，又叫標(biāo)定函數(shù)。里克特規(guī)定：在Δ=100km處，記錄最大振幅的地動位移為10-6m時，對應(yīng)的震級為0。地震震級M與震源所釋放的能量E之間的關(guān)系：二、震級與能量的關(guān)系能量E的單位：爾格（1爾格=10-7J）能量越大，震級就越大；震級相差一級，能量相差約32倍；相差二級，能量相差1000倍。一個6級地震相當(dāng)于一個兩萬噸級的原子彈。由于震源深淺、震中距大小等不同，地震造成的破壞也不同。震級大，破壞力不一定大；震級小，破壞力不一定就小。烈度1.3.4烈度（intensity）一、定義及影響因素地震烈度是度量某一地區(qū)地面和建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度。在同一地震的影響下，各地烈度不同；地震烈度不僅取決于地震本身的大小，同時還受震源處巖層錯動的方式、震源深度、震中距離、地震波的傳播介質(zhì)、表土性質(zhì)、地下水埋藏深度，以及建筑物的動力特性、建筑材料、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量和維護(hù)情況等許多條件的綜合影響。1.3.4烈度（intensity）一、定義及影響因素二、烈度表地震烈度表是評定烈度的標(biāo)準(zhǔn)和尺度。我國在1980年制定了《中國地震烈度表》。《中國地震烈度表》將地震烈度分為1-12度。烈度是在還沒有地震動觀測儀器以前，地震動強(qiáng)弱的評定不得不以宏觀現(xiàn)象為依據(jù)的物理量，它以人的感覺、物體的反應(yīng)、各種結(jié)構(gòu)的破壞以及地表破壞為標(biāo)準(zhǔn)。不同的國家有不同的烈度表，采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所分的級別也不相同。1.3.4烈度（intensity）一、定義及影響因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、設(shè)防烈度按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度稱為設(shè)防烈度。設(shè)防烈度的取值依據(jù)：規(guī)范規(guī)定：一般情況下，可采用《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中的地震基本烈度。對已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，可按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)防。《抗震規(guī)范》附錄中列出了我國主要城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度。1.3.4烈度（intensity）一、定義及影響因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、設(shè)防烈度五、多遇烈度建筑所在地區(qū)在設(shè)計基準(zhǔn)期（50年）內(nèi)出現(xiàn)的頻度最高的烈度。也稱為常遇烈度、小震烈度。其超越概率為63.2%，重現(xiàn)期為50年。1.3.4烈度（intensity）一、定義及影響因素二、烈度表三、基本烈度（偶遇烈度、中震裂度）四、設(shè)防烈度五、多遇烈度六、罕遇烈度建筑所在地區(qū)在設(shè)計基準(zhǔn)期（50年）內(nèi)具有超越概率2%-3%的地震烈度。也稱為大震烈度，重現(xiàn)期約為2000年。1.5建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.5.1基本術(shù)語抗震設(shè)防烈度；抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；地震作用；設(shè)計地震動參數(shù)；設(shè)計基本加速度；設(shè)計特征周期；場地；抗震措施；抗震構(gòu)造措施。1.5.2地震影響和抗震設(shè)防烈度建筑所在地區(qū)遭受的地震影響，應(yīng)采用相應(yīng)于抗震設(shè)防烈度的設(shè)計基本地震加速度和設(shè)計特征周期來表征?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》3.2.1條地震影響的特征周期應(yīng)根據(jù)建筑所在地的設(shè)計地震分組和場地類別確定?！犊挂?guī)》表5.1.4-21.5.3建筑分類根據(jù)建筑使用功能的重要性，按其地震破壞產(chǎn)生的后果，分為四個抗震設(shè)防類別：甲類：屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑；乙類：屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)功能的建筑；丙類：屬于甲、乙、丁類以外的建筑；丁類：屬于抗震次要建筑。策略：不調(diào)整地震力，只是從抗震措施或抗震構(gòu)造措施上考慮建筑的重要性類別。1.5.4多遇地震烈度和罕遇地震烈度多遇烈度

——第一水準(zhǔn)基本烈度

——第二水準(zhǔn)罕遇烈度

——第三水準(zhǔn)抗震設(shè)計的目標(biāo)和方法？一、總目標(biāo)通過抗震設(shè)防，減輕建筑的破壞，避免人員死亡，減輕經(jīng)濟(jì)損失。地震是一種隨機(jī)性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，不可能保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的絕對安全，也不可能不抗震設(shè)防，如何辦？二、方法經(jīng)濟(jì)安全抗震設(shè)計的目標(biāo)和方法？一、總目標(biāo)通過抗震設(shè)防，減輕建筑的破壞，避免人員死亡，減輕經(jīng)濟(jì)損失。地震是一種隨機(jī)性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，不可能保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的絕對安全，也不可能不抗震設(shè)防，如何辦？具體通過“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防要求和“兩階段”的抗震設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)。二、方法經(jīng)濟(jì)安全1.5.6兩階段抗震設(shè)計方法第一階段設(shè)計：按小震作用效應(yīng)和其它荷載效應(yīng)的基本組合驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，以及在小震作用下驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的彈性變形：以滿足第一水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)的要求；第二階段設(shè)計：在大震作用下驗(yàn)