土木工程抗震：1 绪论

1、建筑结构抗震设计河北工程学院 土木 工程学院 主讲人 杨树标抗震结构设计重 点第1章、第4章 基本概念第3章 地震作用计算第5章 框架结构抗震计算第6章 砌体结构房屋第1章 绪论地震的一般知识地震的危害抗御地震的方法抗震设计的基本概念 1.1 地震与地震动 1、地震的分类构造地震：火山地震： 陷落地震：诱发地震： 2、构造地震的成因和分布成因：断层说、板块构造说。 断层说地质断层的类型在自然界，大规模的破裂面被称为地质断层。一条断层的两侧可以逐渐地并难以察觉地互相滑过；也可以突然破裂，以地震形式释放能量。 犹他州喀那布附近的切过岩层的小而清晰的正断层形形色色的断层 1988年亚美尼亚地震造成的

2、新鲜断崖 在海滨地区跨圣安德烈斯断裂的篱笆在1906年旧金山地震时 错动了2.6米，远处的土地向右移动 埃莫森断裂崖的新鲜断面显示1992年兰德斯地震后的滑移(称之为擦痕) 板块说：大陆漂移假说：它是德国气象学家魏格纳（Wegener）(18801930年)在讲课中提出来的。 这一假说在约10年时间内没有受到地质界的重视。在1922年2月16日有一篇评述魏格纳的书的一无人署名的短文，发表于著名的科学杂志自然上，说“该书直接应用了物理学原理，但遭到许多地质学家的强烈反对”。 魏格纳假定一个超级大陆于3亿年前破裂，其碎块漂移出去形成现今的大陆。作为证据，他指出不同大陆的大型地质构造，如非洲西海岸和

3、南美的东海岸似乎可以吻合。这一原理能够解释许多地质学问题，在以后几十年代中成为辩论的主要焦点。 由洋中脊，海沟和转换断层构成边界的主要构造板块 美洲板块，欧亚板块，印澳板块，太平洋板块，南极洲板块等 来自以色列的精彩实例原来水平的刚性岩石层在长时期作用的构造力挤压下褶皱 板块学说的佐证地震序列弹性应变能释放，以波的形式扩散。经多次反射、折射形成持续过程。加之断裂错位不是瞬间完成的，形成地震序列。 主震：最大的一次地震 前震：主震之前发生的地震 余震：主震之后发生的地震 主震型（能量突出） 震群型、单发型或孤立型3、地震带岩层断裂带我国是多地震区，邯郸处于太行山断裂带。4、地震周期性活跃期 平静

4、期 76年后，我国经历了十多年的平静期，从90年开始又进入新的活跃期，已发生多起5级以上地震。5、震源 地下地震的发源处6、震中、震中距、等震线 垂直于震源的地表为震中7、浅源地震300km8、地震波: 体波和面波体波： 纵波 ：P波，为压缩波 ，速度快，产生颠簸。 vp=1.67vs 横波 ：S波， vs为剪切波，速度稍慢，产生摇晃。 地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态 勒夫波和瑞利波传播过程中近地表岩石的运动 面波：有勒夫波和瑞利波，vR=vL=0.9vs ，能量大，破坏大，产生颠簸摇晃。地震波记录图地震波的应用震源的确定。震级的确定。地质勘察，如地球内构造的研究等。核

5、爆炸的探察等。 1.2 地震震级与地震烈度1、 震级 一次地震强弱的等级。现国际上的通用震级表示为里氏震级。（Richter） 用标准的地震仪在距震中100km处记录最大水平位移A（以m=10-6 m计）。 震级M=logA 查尔斯里克特（19001985年） 震级与能量的关系 logE=11.8+1.5M 震级差一级，能量差32倍之多。 按着这个定义，对一个100千米外的地震，如果标准地震仪记录到1厘米的峰值波振幅（即1毫米的104倍），则震级为4级。 1级 微震，人们无感觉。24级 有感地震5级以上 破坏性地震7级以上 强烈地震8级以上 特大地震现记录到的最强地震为8.9级。唐山地震7.8

6、级2、 地震烈度 某一地点地面震动的强烈程度，由地面建筑的破坏程度，人的感觉，物体的振动及运动强烈程度而定。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。 注意与震级区分。3、 烈度表 分为1-12度（不同的国家的分度方法不同）中国地震烈度表 分项：人的感觉 ，大多数房屋震害程度 ，其他现象 ，加速度(水平向)厘米/秒 ，速度(水平向)厘米/秒 I度：为无感觉，VI （6）度：惊慌失措，仓惶逃出 ；损坏一个别砖瓦掉落墙体微细裂缝 ；河岸和松软土上出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头 ；加速度63厘米/秒 。 VII （7）度：大多数人仓惶逃出 ；轻度破坏，局部破坏、开裂，但不

7、妨碍使用 ；河岸出现塌方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏 ；加速度125厘米/秒 。 （8）度：摇晃颠簸行走困难；中等破坏,结构受损，需要修理 ；干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏 ；加速度250厘米/秒 。 （9）度：坐立不稳行动的人可能摔跤 ；严重破坏,墙体龟裂，局部倒塌，复修困难 ；严重破坏,墙体龟裂，局部倒塌，复修困难；加速度500厘米/秒 。烈度表（10） 度：骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感；大部倒塌，不堪修复 ；山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁；加速度1000厘米/秒 。 （12）度：地

8、面剧烈变化，山河改观 。烈度表注意：12度分。评定标准：人的感觉，房屋破坏，其它现象，物理指标。6度开始有破坏。 加速度：10度为1000cm/s2 9度为500 cm/s2 8度为250 cm/s2 7度为125 cm/s2 6度为63 cm/s2 问题：一建筑物可假定为刚体，质量为100t，问该建筑的地震力在69度时，分别为多少？F=ma4、基本烈度和烈度区划图 地震烈度不同，建筑物的地震力不同。一个地区的抗震设计应取多大的地震烈度合适？设防烈度基本烈度基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。烈度区划图（或新出的中国地震动峰值加速度区划图）： 按基本烈

9、度划分为不同的区。意义：做为抗震设计的依据。邯郸为7度区（地震动加速度为0.15g）设计基本地震加速度值抗震设防烈度6度7度8度9度设计设计基本地震加速度值0.05g0.1g（0.15g）0.2g（0.3g）0.4g1.3 地震灾害 本世纪以来，全世界破坏性强的地震平均每年18次，造成经济损失达数千亿美元。126万人死亡，近千万人严重伤残。 我国本世纪以来，发生6级以上地震500余次，8级以上地震9次。 一次大地震可在数10秒钟之内使一座繁荣的城市变成废墟，人们几代人的积累和财富化为乌有。 1976年7月28日,在河北省唐山、丰南一带发生了7.8级强烈地震，唐山地震造成24.2万人死亡，16.

10、4万人受重伤，仅唐山市区终身残废者达1700多人，倒塌民房530万间。唐山地区总的直接经济损失达54亿元，公共设施遭受严重破坏，灾情之大举世罕见。地震灾害直接灾害：震动造成房屋被毁，地裂、滑坡、地陷、塌方等造成道路、矿山等的毁坏，海啸摧毁港口、船只和近海岸的建筑物等等。次生灾害：油罐、输气管道破裂引起火灾，水坝决口引起水灾，玻璃碎片飞舞伤人，此外还有爆炸、核泄漏等等。1.4 工程抗震设防 人类减轻地震灾害的基本对策及关于地震的基本概念一、地震预报 人类研究地震虽已取得大进展，但对地球本身的了解还太少，还不能准确预报地震，目前的水平是“偶有成功，错漏甚多”。地震预报的分类二、地震转移、分散 将地

11、震能量转移到其它地方释放。目前的水平“前期研究，尚在探索”。三、地震工程 通过工程技术提高城市综合抗震能力，提高各类建筑的抗震水平。目前的水平是：“屡见成功，偶有失败”。 a 、地震工程的内容：震害预测，地震区域划分，城市抗震规划，抢险救灾措施，灾后重建措施。 b、工程抗震设计、研究。地运动对建筑物的危害及对策由于地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。通过选择场地来解决（避）由于地基失效或沉陷而造成，如软弱地基沉陷、砂土液化。通过地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决。由于建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。通过设计中选择合理的结构方

12、案、合理的布置、合理的抗震措施解决。由于主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。通过结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施保证强度、延性、构造等。四、现行抗震规范中的基本概念 现行规范的基本做法是： 一是采取抗震构造措施， 二是进行抗震验算， 此外做了一些宏观的原则性规定（概念设计）， 以达到抗震的目的。这就是抗震设防。1、多遇地震烈度和罕遇地震烈度及设防烈度 某一地区的地震烈度是一个概率事件。 出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度。 很少出现的高于基本烈度的大的地震烈度称为罕遇烈度。经研究其分布函数可用极值III型表示。 上限值， =12Im 众值烈度 K 形

13、状参数基本烈度：超越概率为10%多遇烈度（众值烈度）： 超越概率63.2%比基本烈度小1.55度。罕遇烈度：超越概率为23%，比基本烈度 高1度左右。2、抗震设防的一般目标 (1)、设防烈度：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。一般情况下可采用基本烈度 (2)、地震随机性：小烈度的地震多，大烈度的地震少，可能发生，也可能不发生。（3）、 设防的一般目标：当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用； 当遭遇设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用； 当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重

14、破坏。小震不坏，中震可修，大震不倒。4、 保证设防目标的方法：两阶段设计法： 第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算，保证小震不坏和中震可修。 第二阶段，通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。5、抗震设防的范围 6度，7度，8度，9度 6度一般只需按构造考虑。10度区上的建筑抗震设计应做专门考虑。6、建筑类别及其设防标准 按建筑的重要性不同，而采用不同的设防标准。甲：特别重要的建筑，需国家批准。乙：重要建筑，重点抗震城市的生命线工程。丙：一般性建筑。丁：次要建筑。建筑物设防标准： 甲类：地震作用计算以及抗震构造措施均应高于本地区的设防烈度。 乙类：按设防烈度 进行抗震验算。构造措施按高一度处理。 丙类：按设防烈度考虑地震作用计算和构造处理。 丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降低构造措施要求。（6度时不降低）本章要