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(dòng)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)學(xué)等多方面的知識(shí)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(shí)、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(shì)。

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(jí)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(guó)及世界的地震活動(dòng)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(guó)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(shí)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(dòng)印度大地震：當(dāng)?shù)貢r(shí)間2001年1月26日上午8時(shí)46分（北京時(shí)間2001年1月26日11時(shí)16分36.4秒，國(guó)際時(shí)間2001年1月26日03時(shí)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(cè)定，這次地震為里氏7.9級(jí)，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(chǎng)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(dòng)美國(guó)加州北嶺地震（7.0級(jí)）：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(xiǎn)損失104億美元。日本阪神地震（7.2級(jí)）：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(jí)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(jí)，發(fā)生于1960年5月22日的智利地震。

141.1地震與地震動(dòng)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(dòng)按地震序列分類：主震型：主震震級(jí)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(gè)震級(jí)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(dòng)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(dòng)以波的形式從震源向各個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)形式洛夫波（L波）：在地面上呈蛇形運(yùn)動(dòng)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(dòng)能量越大，震級(jí)就越大；震級(jí)相差一級(jí)，地面振動(dòng)幅值相差10倍，能量相差約32倍。一次６級(jí)地震所釋放的能量，相當(dāng)于一個(gè)２萬t級(jí)的原子彈。（３）按震級(jí)的地震分類微震——2級(jí)以下，人們感覺不到的；有感地震——２～４級(jí)，人們能感覺到的；破壞性地震——５級(jí)以上，有不同程度破壞；強(qiáng)烈地震——７級(jí)以上，有破壞；特大地震——８級(jí)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(jí)大，破壞力不一定大；震級(jí)小，破壞力不一定就小。211.1地震與地震動(dòng)２.地震烈度１.定義及影響因素

地震烈度是指地震時(shí)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(jí)，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(píng)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(guó)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(gè)別靜止中的人感覺Ⅱ懸掛物微動(dòng)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(dòng)，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(mèng)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(dòng)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(mèng)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(gè)別磚瓦掉落、墻體微細(xì)裂縫驚惶失措，倉(cāng)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(cāng)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?；隆⑻匠Ｒ?。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(dòng)的人可能摔跤

Ⅸ100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震斷裂出現(xiàn)。基巖上的拱橋破壞。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(huì)摔。處不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)摔出幾尺遠(yuǎn)。有拋起感Ⅹ地震斷裂延續(xù)很長(zhǎng)。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(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)每一個(gè)地點(diǎn)評(píng)估出一個(gè)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(dòng)性1.2.1世界地震活動(dòng)性全世界地震主要分布于以下兩個(gè)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(guó)臺(tái)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(guó)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(gè)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(guó)地震活動(dòng)性我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。原因是：我國(guó)正好介于地球的兩大地震帶之間。

26我國(guó)境內(nèi)震級(jí)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(duì)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(tái)地、陡坡及故河道等，均對(duì)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(duì)建筑物的破壞無明顯影響，但在具體布置建筑時(shí)，不宜將建筑物橫跨在斷層上。在選擇建筑物的場(chǎng)地時(shí)，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(shí)，地下水位對(duì)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(duì)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(gè)地區(qū)作為抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，按國(guó)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(guó)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(shí)的地震，50年內(nèi)的超越概率為63.2%中震——基本烈度時(shí)的地震，50年內(nèi)的超越概率為10%大震——罕遇烈度時(shí)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(duì)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(duì)各類結(jié)構(gòu)按規(guī)定要求采取抗震措施。2.第二階段：對(duì)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(shí)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(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑甲