建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主講吳傳文課件

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)前言工程抗震是一門多科性的學(xué)科,它將涉及地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)學(xué)等多方面的知識這是一門較新的學(xué)科，而且將隨震害經(jīng)驗(yàn)的不斷積累、抗震研究的不斷深入而迅速發(fā)展。學(xué)習(xí)本門課要達(dá)到如下目的：1、掌握抗震的基本知識、基本理論、基本技能，了解抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)律；2、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(jì)算能力；3、了解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的新理論、新方法及抗震理論、方法的發(fā)展趨勢。

21緒論·本章要點(diǎn)

■掌握：地震的含義、地震的類型；地震波的類型、震級的含義；地震烈度、基本烈度和設(shè)防烈度的異同

■理解：抗震設(shè)防目標(biāo)、抗震設(shè)計(jì)方法以及抗震設(shè)計(jì)的基本要求

■了解：我國及世界的地震活動性；地震震害3唐山市機(jī)車車輛廠震后概貌5開灤煤礦醫(yī)院，為磚混結(jié)構(gòu)的五層樓房（局部七層），僅西部轉(zhuǎn)角殘存。6唐山市河北省礦業(yè)學(xué)院圖書館，三層高的閱覽室，系裝配式純框架結(jié)構(gòu)，西頭倒毀，東頭框架幸存。（此處為唐山地震重點(diǎn)保護(hù)遺跡之一。）7云林縣六市中山國寶二期大樓座落在大智路上，為12層鋼筋混凝土住宅和商務(wù)混合大樓，其中二棟自樓梯間相接處分裂，東側(cè)樓6層以下全部塌陷，并向東側(cè)倒在鄰房4層樓公寓上。西側(cè)樓5層以下全部倒塌，并向西傾倒在另一棟大樓上，柱子間距介于8米到10米，柱子數(shù)量偏少。9彰化縣員林鎮(zhèn)邦富貴名門大樓座落在中山路惠明街口，為16層鋼筋混凝土集合住宅大樓。地震時其中一棟傾倒靠在呈L型平面大樓上，柱子間距7至10米。造成傾倒的原因是底層柱子數(shù)量少，間距太大。101.1地震與地震動印度大地震：當(dāng)?shù)貢r間2001年1月26日上午8時46分（北京時間2001年1月26日11時16分36.4秒，國際時間2001年1月26日03時16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦發(fā)生一次強(qiáng)烈地震。據(jù)印度地震部門測定，這次地震為里氏7.9級，震中位于北緯23.6度和東經(jīng)69.8度。至31日止，地震發(fā)生后已發(fā)生了196次余震。死亡人數(shù)達(dá)16403人，受傷人數(shù)達(dá)55863人，經(jīng)濟(jì)損失45億美元。

震后現(xiàn)場情況：11伊茲米特市一樓房底層空曠，結(jié)構(gòu)不合理，房屋整體傾斜，二樓成了一樓。131.1地震與地震動美國加州北嶺地震（7.0級）：1994年1月17日，2400棟建筑被毀，多處高架公路橋受損，死亡61人，傷7300人，直接經(jīng)濟(jì)損失300億美元，保險損失104億美元。日本阪神地震（7.2級）：1995年1月17日，22萬棟房屋倒塌或嚴(yán)重?fù)p壞，死亡6348人，傷4萬人，經(jīng)濟(jì)損失1000億美元。

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。目前記錄到的世界上最大地震是8.9級，發(fā)生于1960年5月22日的智利地震。

141.1地震與地震動1.1.1地震及其成因1.按成因劃分的類型：構(gòu)造地震：地殼構(gòu)造作用，分布最廣，危害最大?；鹕降卣穑河苫鹕奖l(fā)引起。陷落地震：由溶洞或古舊礦井等塌陷引起。誘發(fā)地震：由水庫蓄水或深井注水等引起。2.地球構(gòu)造：地殼地幔地核大部分地震發(fā)生在地殼內(nèi)151.1地震與地震動按地震序列分類：主震型：主震震級突出，釋放能量占絕大部分；這類地震占60％震群型：主要能量由多個震級相近地震釋放；這類地震占30％單發(fā)型：能量基本上通過主震一次釋放出來；這類地震占10％５.震源、震中、震中距地球內(nèi)部發(fā)生地震的地方叫震源；震源在地面上的投影點(diǎn)稱為震中；震中及其附近的地方稱為震中區(qū)，也稱極震區(qū)；從震中到地面上任何一點(diǎn)的距離稱為震中距。171.1地震與地震動按震源深淺劃分：淺源地震：震源深度小于70千米，波及范圍小，破壞力大；全世界約85%的地震都是淺源地震。中源地震：震源深度在70至300千米，全世界約12%的地震都是中源地震。深源地震：震源深度在300千米以上，波及范圍大，破壞力??；全世界約3%的地震都是深源地震。1.1.2地震波地震引起的振動以波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量，這就是地震波。地震波是一種彈性波。包含體波和面波。1.體波：在地球內(nèi)部傳播的縱波（P波）：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的前進(jìn)方向一致，能在（疏密波）固體和液體內(nèi)傳播。橫波（S波）：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的前進(jìn)方向相垂直，只（剪切波）能在固體內(nèi)傳播。181.1地震與地震動2.面波：只限于在地球表面?zhèn)鞑ト鹄撞ǎ≧波）：在地面上呈滾動形式洛夫波（L波）：在地面上呈蛇形運(yùn)動形式地震波的傳播以縱波最快，剪切波次之，面波最慢。地震波記錄圖地震現(xiàn)象表明，縱波使建筑物產(chǎn)生上下顛簸，剪切波使建筑物產(chǎn)生水平方向搖晃，而面波則使建筑物既產(chǎn)生上下顛簸又產(chǎn)生左右搖晃。由于面波的能量比體波的大，所以造成建筑物和地表的破壞以面波為主。191.1地震與地震動能量越大，震級就越大；震級相差一級，地面振動幅值相差10倍，能量相差約32倍。一次６級地震所釋放的能量，相當(dāng)于一個２萬t級的原子彈。（３）按震級的地震分類微震——2級以下，人們感覺不到的；有感地震——２～４級，人們能感覺到的；破壞性地震——５級以上，有不同程度破壞；強(qiáng)烈地震——７級以上，有破壞；特大地震——８級以上，有嚴(yán)重破壞；由于震源深淺、震中距大小和土質(zhì)條件等不同，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。211.1地震與地震動２.地震烈度１.定義及影響因素

地震烈度是指地震時某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度，用I表示。一般來說，離震中愈近，地震影響愈大，地震烈度愈高；離震中愈遠(yuǎn)，地震烈度就愈低。影響因素：震級，震中距，震源深度，土質(zhì)條件等２.地震烈度表地震烈度表是評定地震烈度的標(biāo)準(zhǔn)。它是以描述震害宏觀現(xiàn)象為主的。我國采用分成12度的地震烈度表，于1980年公布。見下表。22速度加速度

其它現(xiàn)象

一般房屋人的感覺烈度無感Ⅰ室內(nèi)個別靜止中的人感覺Ⅱ懸掛物微動門、窗輕微作響室內(nèi)少數(shù)靜止中的人感覺Ⅲ懸掛物明顯擺動，器皿作響門、窗作響室內(nèi)多數(shù)人感覺。室外少數(shù)人感覺。少數(shù)人夢中驚醒Ⅳ3（2-4）31（22-44）不穩(wěn)定器物翻倒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落。抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫室內(nèi)普遍感覺。室外多數(shù)人感覺。多數(shù)人夢中驚醒Ⅴ6（5-9）63（45-89）河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫。飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水。地面上有的磚煙囪輕度裂縫掉頭損壞——個別磚瓦掉落、墻體微細(xì)裂縫驚惶失措，倉皇逃出Ⅵ13（10-18）125（90-177）河岸出現(xiàn)坍方。飽和砂層常見噴砂冒水。松軟土上地裂縫較多。大多數(shù)磚煙囪中等破壞輕度破壞——局部破壞開裂，但不妨礙使用大多數(shù)人倉皇逃出Ⅶ25（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂縫。大多數(shù)磚煙囪嚴(yán)重破壞中等破壞——結(jié)構(gòu)受損，需要修理搖晃顛簸，行走困難Ⅷ50（36-71）500（354-707）干硬土上有許多地方出現(xiàn)裂縫，基巖上可能出現(xiàn)裂縫?；?、坍方常見。磚煙囪出現(xiàn)倒塌嚴(yán)重破壞—墻體龜裂，局部倒塌，修復(fù)困難坐立不穩(wěn)。行動的人可能摔跤

Ⅸ100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震斷裂出現(xiàn)?；鶐r上的拱橋破壞。大多數(shù)磚煙囪從根部破壞或倒毀倒塌——大部倒塌，不堪修復(fù)騎自行車的人會摔。處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔出幾尺遠(yuǎn)。有拋起感Ⅹ地震斷裂延續(xù)很長。山崩常見?；鶐r上的拱橋毀壞毀滅Ⅺ地面劇烈變化，山河改觀Ⅻ個別：10%以下少數(shù)：10%——50%多數(shù)：50%——70%大多數(shù)：70%——90%普遍：90%以上231.1地震與地震動1.1.5常用術(shù)語震源深度：震中到震源的垂直距離震中距：建筑物到震中的距離震源距：建筑物到震源的距離極震區(qū)：在震中附近，振動最劇烈、破壞最嚴(yán)重的地區(qū)等震線：一次地震中，在其所波及的地區(qū)內(nèi)，用烈度表可以對每一個地點(diǎn)評估出一個烈度，烈度相同點(diǎn)術(shù)語解釋示意圖的外包線。25１.２地震活動性1.2.1世界地震活動性全世界地震主要分布于以下兩個帶：（1）環(huán)太平洋地震帶：包括南北美洲的太平洋沿岸和從阿留申群島、堪察加半島、經(jīng)千島群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。

（2）喜馬拉雅——地中海地震帶：從印度、尼泊爾經(jīng)緬甸至我國橫斷山脈、喜馬拉雅山區(qū)，越帕米爾高原，經(jīng)中亞細(xì)亞到地中海及其附近。以上兩個地震帶釋放的能量，約占全球所有地震釋放能量的98%。

1.2.1我國地震活動性我國是一個多地震國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。原因是：我國正好介于地球的兩大地震帶之間。

26我國境內(nèi)震級大于或等于６的強(qiáng)震震中分布29１.３地震震害1.3.1概述1.地表破壞：主要有山石崩裂、滑坡、地面裂縫、地陷和噴水冒砂等。

30１.３地震震害２.工程結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象（１）承重結(jié)構(gòu)承載力不足或變形過大而造成的破壞31１.３地震震害（２）結(jié)構(gòu)喪失整體性而造成的破壞32１.３地震震害（３）地基失效引起的破壞建筑物因砂土液化不均勻下沉33１.３地震震害３.次生災(zāi)害造成的破壞次生災(zāi)害主要有水災(zāi)、火災(zāi)、毒氣污染等。

震后引起的火災(zāi)34１.３地震震害1.3.2工程地質(zhì)條件對震害的影響1.局部地形條件的影響孤立突出的山梁、山包、條狀山嘴、高差較大的臺地、陡坡及故河道等，均對建筑物的抗震不利。２.局部地質(zhì)構(gòu)造的影響局部地質(zhì)構(gòu)造主要指斷層。斷層分為發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層。非發(fā)震斷層對建筑物的破壞無明顯影響，但在具體布置建筑時，不宜將建筑物橫跨在斷層上。在選擇建筑物的場地時，應(yīng)盡量使房屋或工程設(shè)施遠(yuǎn)離斷層及其破碎帶。３.地下水位的影響地震時，地下水位對建筑物有明顯影響，水位越淺震害愈重。35１.４結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.4.1抗震設(shè)防的目標(biāo)：抗震設(shè)防是指對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)并采取一定的抗震構(gòu)造措施。１.抗震設(shè)防烈度：一個地區(qū)作為抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，按國家規(guī)定權(quán)限審批或頒發(fā)的文件執(zhí)行。一般情況下，采用國家地震局頒發(fā)的地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度。２.小震、中震和大震小震——眾值烈度時的地震，50年內(nèi)的超越概率為63.2%中震——基本烈度時的地震，50年內(nèi)的超越概率為10%大震——罕遇烈度時的地震，50年內(nèi)的超越概率為2%3.設(shè)防目標(biāo)：三水準(zhǔn)：“小震不壞，中震不修，大震不倒”36１.４結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.4.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法：

兩階段抗震設(shè)計(jì)方法：1.第一階段：對絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算；在此基礎(chǔ)上對各類結(jié)構(gòu)按規(guī)定要求采取抗震措施。2.第二階段：對一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明顯薄弱層的建筑，不規(guī)則的建筑等37１.４結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.4.3抗震設(shè)計(jì)的基本要求1.抗震建筑的概念設(shè)計(jì)（1）定義：根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程稱為概念設(shè)計(jì)（２）基本內(nèi)容：三部分：①建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性；②合理的建筑結(jié)構(gòu)體系選擇；③抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)。２.建筑的抗震設(shè)防類別：抗震次要建筑丁類

除甲乙丁類以外的一般建筑丙類

地震時使用功能不能中斷需盡快恢復(fù)的建筑乙類

重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑甲