地震災害及其工程防御

工程結構抗震設計原理南京大學金陵學院土木工程系主講教師:錢曉旭現(xiàn)在是1頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20231第1講地震災害及其工程防御現(xiàn)在是2頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20232第1講地震災害及其工程防御地震災害和土木工程專業(yè)有什么關系？面對地震災害，土木工程師能夠做些什么？想知道答案嗎？本門課程將回答你的疑問，我們開始學習吧！疑問現(xiàn)在是3頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20233第1講地震災害及其工程防御內容1.地震災害及其工程防御2.地震的工程特征與結構概念設計3.建筑場地的選擇4.液化與地基基礎抗震5.單自由度體系地震反應分析6.反應譜概念與設計反應譜7.多自由度體系地震反應分析8.振型分解反應譜法9.底部剪力法10.扭轉、豎向效應與抗震驗算11.混凝土結構抗震概念設計12.混凝土框架結構抗震設計13.砌體房屋和底框房屋抗震設計現(xiàn)在是4頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20234第1講地震災害及其工程防御第1講地震災害及其工程防御現(xiàn)在是5頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20235第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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空前的災難

2008年5月12日14時28分，一場8.0級特大地震襲擊了四川、陜西、甘肅等廣大地區(qū)。大地震持續(xù)了大約100秒，卻造成了空前的災難：死亡69197人，失蹤18222人，受傷374176人；直接經濟損失達8451億元人民幣；山崩地裂，江河改觀，生態(tài)環(huán)境遭到極大破壞；建筑物和基礎設施損毀嚴重，間接經濟損失和社會影響難以估量；。。。。?！，F(xiàn)在是6頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20236第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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家園被毀地震前的北川縣城地震后的北川縣城現(xiàn)在是7頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20237第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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家園被毀地震前的映秀鎮(zhèn)地震后的映秀鎮(zhèn)現(xiàn)在是8頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20238第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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山體滑坡北川縣陳家壩鄉(xiāng)太洪村地震前的太洪村現(xiàn)在是9頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/20239第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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山體滑坡平武縣平通鎮(zhèn)牛飛村現(xiàn)在是10頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202310第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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山體滑坡汶川地震中發(fā)生了什么事情？--山體滑坡王家?guī)r滑坡新北川中學滑坡老縣城新縣城現(xiàn)在是11頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202311第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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山體滑坡汶川地震中發(fā)生了什么事情？--山體滑坡1600人死亡！

老縣城現(xiàn)在是12頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202312第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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山體滑坡汶川地震中發(fā)生了什么事情？--山體滑坡906人死亡！

新北川中學巖崩現(xiàn)在是13頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202313第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破壞北川縣城汶川縣映秀震都江堰市青川縣城現(xiàn)在是14頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202314第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破壞北川縣陳家壩鄉(xiāng)什邡市紅白鎮(zhèn)綿竹市漢旺鎮(zhèn)平武縣平通鎮(zhèn)現(xiàn)在是15頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202315第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破壞彭州市白鹿中心學校現(xiàn)在是16頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202316第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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建筑物破壞都江堰市新建小學都江堰市聚源中學都江堰市中醫(yī)院現(xiàn)在是17頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202317第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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橋梁破壞百花大橋現(xiàn)在是18頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202318第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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橋梁破壞小魚洞大橋現(xiàn)在是19頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202319第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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橋梁破壞都汶公路上的橋梁映秀鎮(zhèn)順河大橋廟子坪岷江大橋映秀岷江大橋現(xiàn)在是20頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202320第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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隧道破壞龍池隧道現(xiàn)在是21頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202321第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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隧道破壞龍洞子隧道現(xiàn)在是22頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202322第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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道路破壞現(xiàn)在是23頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202323第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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通訊設施破壞都江堰市現(xiàn)在是24頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202324第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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給水設施破壞現(xiàn)在是25頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202325第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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水庫震害安縣豐收水庫現(xiàn)在是26頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202326第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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地面破壞都江堰市龍池鎮(zhèn)現(xiàn)在是27頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202327第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

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人員傷亡28現(xiàn)在是28頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202328第1講地震災害及其工程防御汶川地震震害的幾點啟示

地震災害目前是無法避免的。

=>地震預報技術還不成熟。。。

地震對人類的危害是巨大的。

=>人員傷亡、財富損失、社會秩序。。。

土木工程的破壞是震害形成的主要原因。=>建筑、橋梁、基礎設施。。。

現(xiàn)代工程結構仍然無法完全抵御地震作用。=>合理設防可以極大地減輕工程結構的地震破壞！防震減災任重道遠。=>土木工程師的作用是。。?，F(xiàn)在是29頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202329第1講地震災害及其工程防御結論地震災害的主要屬性是土木工程災害！如此說來，土木工程師不是大有作為嗎？現(xiàn)在是30頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202330第1講地震災害及其工程防御土木工程給人類帶來了無限的文明，同時也給人類帶來了無盡的災難。這個災難就是土木工程災害！現(xiàn)在是31頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202331第1講地震災害及其工程防御地震的危害性二十世紀部分強震死亡人數現(xiàn)在是32頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202332第1講地震災害及其工程防御地震發(fā)生的地點是有規(guī)律的。。。環(huán)太平洋地震帶：從南美洲西部海岸起，經北美西部海岸、阿拉斯加南岸、阿留申群島，轉向西南至日本列島，然后分成兩支，西支經我國臺灣省，菲律賓、印度尼西亞至新幾內亞；東支經馬里亞納群島至新幾內亞；兩支匯合后，經所羅門到湯加，突然向南到新西蘭。這個地震帶的地震活動最強，全球約75％左右的地震都發(fā)生于此地震帶內。亞歐地震帶：東起環(huán)太平洋地震帶的新幾內亞，經印度尼西亞的南部和西部、緬甸，而進入我國西南部和西部與印度北部，再經伊朗、土耳其、希臘、意大利南部等地中海地區(qū)和非洲北部，至太平洋亞速爾群島。全世界地震總數的22%左右發(fā)生于此地震帶內。現(xiàn)在是33頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202333第1講地震災害及其工程防御地震的危害性

全世界每年發(fā)生地震100萬次左右，但大部分為無感地震，不會造成危害。每年平均有幾百次破壞較輕微的地震，災情慘重的地震約20次。據統(tǒng)計，二十世紀有200多萬人死于地震，而地球強烈震動的時間總計不超過1小時！現(xiàn)在是34頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202334第1講地震災害及其工程防御中國的地震形勢與災害情況如何？現(xiàn)在是35頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202335第1講地震災害及其工程防御世界死亡人數最多的十大地震資料來源：美國地質調查局（USGS）現(xiàn)在是36頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202336第1講地震災害及其工程防御中國陜西關中大地震嘉靖三十四年十二月壬寅，是日山西、陜西、河南同時地震，聲如雷，雞犬鳴吠。陜西渭南、華洲、朝邑、三原等處和山西蒲州等處尤甚，或裂泉涌，中有魚物；或城廓房屋陷入地中，或平地災成山阜；或一日連震數次，或累日震不止。河渭泛漲，華岳、終南山鳴，河壅數日。壓死官吏軍民奏報有名者八十二萬有余，其不知名未經奏報者復不可數計。摘自《明嘉靖實錄》現(xiàn)在是37頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202337第1講地震災害及其工程防御1949-1969年死亡人數與地震次數資料來源：胡聿賢著《地震工程學》現(xiàn)在是38頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202338第1講地震災害及其工程防御現(xiàn)在是39頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202339第1講地震災害及其工程防御中國的地震區(qū)和地震帶

全國共分為10個地震區(qū)，其中包括23個地震亞區(qū)。地震活動主要分布在23條地震帶上。現(xiàn)在是40頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202340第1講地震災害及其工程防御臺灣地震帶。──大板塊邊緣地震帶西藏南部地震帶。──

大板塊邊緣地震帶中樞地震帶。──

板塊內地震帶華北地震帶。──板塊內地震帶郯城-廬江地震帶。──板塊內地震帶五大地震帶：中國的地震區(qū)和地震帶現(xiàn)在是41頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202341第1講地震災害及其工程防御東南地震區(qū)。包括臺灣地震區(qū)、南海地震區(qū)、華南地震區(qū)東南沿海地震亞區(qū)。──

屬于環(huán)太平洋地震帶西部地震區(qū)。包括青藏高原南、中、北部地震區(qū)和新疆中、北部地震區(qū)。──

屬于亞歐地震帶華北地震區(qū)。包括陰山、燕山亞區(qū)（北緣）、許昌-淮南地震帶（南緣）、營口-郯城地震帶（東緣）、山西亞區(qū)（西緣）。──

典型板塊內部地震區(qū)三大地震區(qū)：中國的地震區(qū)和地震帶現(xiàn)在是42頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202342第1講地震災害及其工程防御結論

中國的地震活動性強。

=>

頻度高、強度大、震源淺、分布廣。

中國是世界上地震災害最嚴重的國家。

=>人員損失據世界之首。

中國的土木建筑工程量大面廣、抗震性能差異巨大。=>土木工程師責任重大。現(xiàn)在是43頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202343第1講地震災害及其工程防御

地震的發(fā)生不以人的意志為轉移

給人類帶來了空前災難我們應該怎么辦？現(xiàn)在是44頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202344第1講地震災害及其工程防御減輕地震災害的對策不讓地震發(fā)生或選擇發(fā)生地點？

=>目前的技術做不到！切斷地震傳播的途徑？

=>目前的技術做不到！搬離地震區(qū)？

=>地球太擁擠，無法實現(xiàn)！

地震預測預報？

=>目前技術還不成熟，成熟后仍無法避免地震災害！工程抗震設防？

=>目前可實現(xiàn)的最有效的對策！震后應急救災？

=>控制災害進一步擴大的對策！現(xiàn)在是45頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202345第1講地震災害及其工程防御結論

工程抗震設防是減輕地震災害和損失的行之有效的措施！??！這可是土木工程師的職責啊！現(xiàn)在是46頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202346第1講地震災害及其工程防御

1986年日本東京發(fā)生的6.2級地震為一城市直下型地震，上千萬人口的東京市只死亡2人，整個城市幾乎未遭到破壞。事例一：

1995年發(fā)生于日本第二大港神戶市的6.9級地震卻導致近十萬棟房屋毀壞、5500人死亡和約1000億美元的經濟損失。原因：東京市對工程抗震設防非常重視，長期以來一直致力于把東京建設成為能夠抵御8級大地震的城市。事例二：原因：神戶市對工程抗震設防掉以輕心，低估了該地區(qū)的地震危險性?，F(xiàn)在是47頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202347第1講地震災害及其工程防御1988年前蘇聯(lián)的亞美尼亞共和國發(fā)生的6.8級地震，使位于震中附近的斯皮塔克（Spitak）全城變成廢墟，距離震中40公里的列寧納坎（Leninaken）市約有80%的建筑毀壞，更遠的基洛伐克（Kirovaken）市也有將近一半的建筑物倒塌或嚴重破壞。地震中總的死亡人數達4~5萬人。事例三：原因：前蘇聯(lián)政府，特別是城市規(guī)劃部門和建設部門，在缺乏資金的情況下把該地區(qū)多層建筑的抗震設防標準一律從Ⅸ度降低到Ⅶ度，致使這些建筑物在地震中大量直落倒塌?，F(xiàn)在是48頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202348第1講地震災害及其工程防御

震害經驗反復證明：哪個地區(qū)重視工程抗震設防，設防標準制定得高，遭遇地震時損失就小；反之，地震損失就大?，F(xiàn)在是49頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202349第1講地震災害及其工程防御工程抗震設防的目的

通過抗震設防，減輕建筑的破壞，避免人員死亡，減輕經濟損失。現(xiàn)在是50頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202350第1講地震災害及其工程防御問題

是不是地震區(qū)內工程結構和設施、設備的抗震設防標準制訂得越高越好呢？

現(xiàn)在是51頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202351第1講地震災害及其工程防御抗震設防標準的決策

對工程進行抗震設防，就意味著增加建設投資。設防標準制訂得越高，需要增加的投資就越大。這些增加的投資只有在工程遭遇設防地震時才能見到效益。如果設防工程在服役期內沒有遭到期望強度及其以上的地震的襲擊，投入的設防費用無疑是一筆巨大的浪費。

現(xiàn)在是52頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202352第1講地震災害及其工程防御對策多級抗震設防思想！現(xiàn)在是53頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202353第1講地震災害及其工程防御抗震設防的法律依據

《中華人民共和國防震減災法》(1997年12月29日第八屆全國人民代表大會常務委員會第二十九次會議通過)第十七條新建、擴建、改建建設工程，必須達到抗震設防要求。第十九條建設工程必須按照抗震設防要求和抗震設計規(guī)范進行抗震設計，并按照抗震設計進行施工。第四十五條違反本法規(guī)定，有下列行為之一的，由縣級以上人民政府建設行政主管部門或者其他有關專業(yè)主管部門按照職責權限責令改正，處一萬元以上十萬元以下的罰款：（一）不按照抗震設計規(guī)范進行抗震設計的；（二）不按照抗震設計進行施工的?，F(xiàn)在是54頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202354第1講地震災害及其工程防御抗震設防分類

國家技術監(jiān)督局和建設部在1995年4月19日公布了《建筑抗震設防分類標準》GB50223。

該標準主要以地震中和地震后房屋的損壞對社會和經濟產生的影響的程度大小，將建筑分成4個抗震設防類別。

國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和建設部在2001年7月20日公布了《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001。該規(guī)范對上面標準作了修改。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的建筑乙類

重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑甲類

設防分類現(xiàn)在是55頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202355第1講地震災害及其工程防御抗震設防措施專題一：地震災害及其工程防御

抗震措施:除結構地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容，包括抗震構造措施。

抗震構造措施：一般不須計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。應允許比本地區(qū)抗震設防烈度的要求適當降低，但抗震設防烈度為6度時不應降低丁類應符合本地區(qū)抗震設防烈度度的要求丙類一般情況下，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求；當9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求，對較小的乙類建筑，當其結構改用抗震性能較好的結構類型時，應允許仍按本地區(qū)抗震設防烈度的要求采取抗震措施乙類當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求；當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求甲類抗震措施較小乙類建筑指：工礦企業(yè)的變電所、空壓站以及城市供水水源的泵房等?？拐鹦阅茌^好的結構類型指：鋼筋混凝土結構或鋼結構。現(xiàn)在是56頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202356第1講地震災害及其工程防御抗震設計規(guī)范的歷史沿革

1959年，地震區(qū)建筑規(guī)范（草案），劉恢先主持完成；

1964年，地震區(qū)建筑設計規(guī)范（草案），劉恢先主持完成；

1974年，工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范，TJ11-74；

1978年，工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范，TJ11-78；

1989年，建筑抗震設計規(guī)范，GBJ11-89；

2001年，建筑抗震設計規(guī)范，GB50011-2001；未公布未公布試行現(xiàn)在是57頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202357第1講地震災害及其工程防御重點抗震設防目標

第一水準：

當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。

第二水準：當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。

第三水準：

當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。簡稱為：“小震不壞，中震可修，大震不倒”?，F(xiàn)在是58頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202358第1講地震災害及其工程防御實施過程三水準設計目標、兩階段設計步驟?，F(xiàn)在是59頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202359第1講地震災害及其工程防御三水準的地震作用水平

多遇地震：50年超越概率為63.2%的地震，重現(xiàn)期為50年；

基本地震：50年超越概率為10%的地震，重現(xiàn)期為475年；

罕遇地震：50年超越概率為2~3%的地震，重現(xiàn)期平均約為2000年。設防地震現(xiàn)在是60頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202360第1講地震災害及其工程防御大震和小震？三水準設計目標、兩階段設計，我們如何定義：現(xiàn)在是61頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202361第1講地震災害及其工程防御我國地震烈度的概率分布基本上符合于極值III型分布其概率密度函數的基本形式為：式中，I——地震烈度；k——形狀參數，取決于一個地區(qū)的地震背景的復雜性；——地震烈度上限值，取=12; ——烈度概率密度曲線上峰值所對應的強度。圖地震烈度概率密度函數曲線

小震：發(fā)生機會較多的地震對應峰值烈度定義為小震烈度，又稱多遇地震烈度中震：全國地震區(qū)劃圖所規(guī)定的各地的基本烈度，可取為中震對應的烈度大震：是罕遇的地震,對應烈度又可稱為罕遇地震烈度

三種烈度含義：現(xiàn)在是62頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202362第1講地震災害及其工程防御三水準設防對建筑性能的要求

小震不壞：要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算要求及建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值；

中震可修：要求建筑結構具有相當的延性能力（變形能力），不發(fā)生不可修復的脆性破壞；

大震不倒：要求建筑結構具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值?，F(xiàn)在是63頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202363第1講地震災害及其工程防御兩階段設計步驟

第一階段：對絕大多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件承載力驗算和結構彈性變形演算。在此基礎上對各類結構按規(guī)定要求采取抗震措施；

第二階段：對一些規(guī)范規(guī)定的結構進行大震作用下的彈塑性變形驗算；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?，F(xiàn)在是64頁\一共有69頁\編輯于星期三4/17/202364第1講地震災害及其工程防御兩階段設計步驟

第一階段設計：按小震作用效應和其他荷載效應額基本組合驗算構件的承載能力，以及在小震作用下驗算結構的彈性變形，以滿足第一水準抗震設防目標的要求；

第二階段設計：按大震作用下驗算結構的彈塑性變形，以滿足第三水準抗震設防目標的要求；汶川地震后，專家的震后房屋應急評估顯示：嚴格按照設計規(guī)范設計，施工和適