《工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》課件 第1章地震工程基礎(chǔ)知識(shí)

第1章地震工程基本知識(shí)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)123465概述地震基本知識(shí)地震活動(dòng)與地震分布地震動(dòng)地震震害地震預(yù)警與救援第1章地震工程基本知識(shí)第1章地震工程基本知識(shí)

地震是一種災(zāi)害性自然現(xiàn)象。

全世界每年發(fā)生大約500萬次地震，其中絕大多數(shù)地震是人感覺不到的微小地震，只有靈敏的儀器才能測(cè)量到它們的活動(dòng)。

人能夠感覺到的有感地震每年發(fā)生約5萬次，其中5級(jí)以上具有破壞性地震約1400余次，能夠造成嚴(yán)重破壞的7級(jí)以上強(qiáng)烈地震平均每年發(fā)生約18次。

地震給人類帶來了巨大的災(zāi)難，中國人民遭受的地震磨難尤為深重。我國是世界上多地震國家之一，20世紀(jì)共發(fā)生破壞性地震3000余次，其中6級(jí)以上地震近800次，8級(jí)以上特大地震9次。1.1概述第1章地震工程基本知識(shí)

人員傷亡：1920年12月16日寧夏海源8.5級(jí)地震死亡20多萬人。1976年7月28日唐山7.8級(jí)地震中死亡24萬人，重傷36萬。2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震中死亡8.7萬,傷38萬。2010年4月14日玉樹7.1級(jí)地震死亡2698人，傷1萬余人。2013年4月20日盧山7.0級(jí)地震死亡196人，傷1萬余人。

經(jīng)濟(jì)損失：

1976年唐山地震，倒塌民房630萬間，損失百億，重建百億，（占當(dāng)年全國GDP的3.4%）。

1995年日本阪神地震，經(jīng)濟(jì)損失967億美元（日本GDP1.9%）。

2008年汶川地震經(jīng)濟(jì)損失8451億元（占當(dāng)年全國GDP2.8%）。第1章地震工程基本知識(shí)

1976年唐山地震，倒塌民房630萬間，損失百億，重建百億。第1章地震工程基本知識(shí)

2008年汶川地震直接經(jīng)濟(jì)損失8451億元第1章地震工程基本知識(shí)

地球是一個(gè)略呈橢圓的球體，平均半徑約為6400Km。研究表明，地球從地表至核心是由性質(zhì)不同的三個(gè)層次構(gòu)成：最外層：薄薄的地殼，厚度約為30～40km；中間層：地幔，厚度約為2900km；最里層：地核，厚度約為3500km。

世界上絕大部分的地震都發(fā)生在這一薄薄的地殼內(nèi)。1.2.1地球的構(gòu)造第1章地震工程基本知識(shí)

1.地震按其成因分類：

構(gòu)造地震:由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地下巖層斷裂錯(cuò)動(dòng)引起的地面振動(dòng)。發(fā)生頻繁，占90％以上，破壞性大，影響面廣。

火山地震：由于火山爆發(fā)而引起的地面振動(dòng)。

塌陷地震：由于地表或地下巖層突然發(fā)生大規(guī)模陷落和

崩塌所引起小范圍的地面振動(dòng)。

誘發(fā)地震：由于建造水庫、油田深井注水等原因引發(fā)的地震。

在工程抗震設(shè)計(jì)中僅考慮構(gòu)造地震的設(shè)防問題1.2.2地震類型和成因第1章地震工程基本知識(shí)

世界地震活動(dòng)與地震分布亞歐地震帶環(huán)太平洋地震帶1.3.1世界地震活動(dòng)第1章地震工程基本知識(shí)

我國地處上述兩個(gè)世界上最活躍的地震帶之間，東瀕環(huán)太平洋地震帶，西部和西南部是歐亞地震帶所經(jīng)過的地區(qū)，是一個(gè)多地震國家。

中國地震主要分布在五個(gè)區(qū)域和23條地震帶上。其中五個(gè)區(qū)域是：臺(tái)灣省及其附近海域；西南地區(qū)，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地區(qū)，主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓；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；東南沿海地區(qū)。全國23個(gè)地震帶1.3.2我國地震活動(dòng)第1章地震工程基本知識(shí)

震源：是指地球內(nèi)部發(fā)生地震首先射出地震波的地方，往往也是能量釋放中心。震中：震源正方向相應(yīng)的地面位置震源深度：震源到地面的垂直距離震源距：地面某處到震源的距離震中距：地面某處到震中的距離。震中區(qū)：震中周圍地區(qū)。極震區(qū)：地震時(shí)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)，根據(jù)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)的外包線。淺源地震：震源深度小于60km。中源地震：震源深度在60～300km。深源地震：震源深度大于300km。1.4.1常用術(shù)語第1章地震工程基本知識(shí)

體波包含縱波(P波)和橫波(S波)兩種形式。(a)縱波(b)橫波

縱波在傳播過程中，其介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向一致。其特點(diǎn)是周較短，振幅小、波速快，一般為200～1400m/s。

橫波在傳播過程中，其介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直周期較長。橫波又稱剪切波，其特點(diǎn)是周期長、振幅大、波速慢，一般為100～800m/s。（1）體波1.4.2地震波第1章地震工程基本知識(shí)（2）面波

面波是指沿地球表面及其附近傳播的波。一般認(rèn)為，面波是體波經(jīng)地層界面多次反射形成的次生波，它包括兩種形式的波，即瑞雷波(R波)和樂甫波(L波)。(a)瑞雷波(b)樂甫波

與體波相比，面波周期長、振幅大、衰減慢，故能傳播到很遠(yuǎn)的地方。第1章地震工程基本知識(shí)

人們一般通過記錄地面運(yùn)動(dòng)的加速度來了解地震動(dòng)的特征，對(duì)加速度記錄進(jìn)行積分，可以得到地面運(yùn)動(dòng)的速度和位移。

通長稱地震動(dòng)的峰值（最大振幅）、頻譜特性和持續(xù)時(shí)間為地震動(dòng)的三要素。工程結(jié)構(gòu)的地震破壞，與地震動(dòng)的三要素密切相關(guān)。1.4.3地震動(dòng)的三要素第1章地震工程基本知識(shí)（1）里氏震級(jí)

它是根據(jù)離震中一定距離所觀測(cè)到的地震波幅度和周期，并且考慮從震源到觀測(cè)點(diǎn)的地震波衰減，經(jīng)過一定公式計(jì)算出的震源處地震的大小。

用標(biāo)準(zhǔn)地震儀（周期為0.8s，阻尼系數(shù)為0.8，放大倍數(shù)為2800）在距震中100km處記錄到的最大水平位移(以μm為單位)的常用對(duì)數(shù)值。M=lgA式中：M—地震震級(jí)，即里氏震級(jí)；A—地震儀記錄到的最大振幅。

震級(jí)M與震源釋放的能量E(爾格)之間有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

lgE=1.5M+11.81.4.4震級(jí)第1章地震工程基本知識(shí)（2）矩震級(jí)

美國學(xué)者漢克斯和金森(HanksandKanamori)1977年從反映地震斷層錯(cuò)動(dòng)的力學(xué)量地震矩M0出發(fā)，提出新的震級(jí)標(biāo)度，用地震矩測(cè)定的震級(jí)稱矩震級(jí)Mw。M0=μDS 式中：M0——地震矩(N·m)；

μ——剪切模量；

D——震源斷裂面積上的平均位錯(cuò)量

S——斷裂面積。矩震級(jí)Mw定義為：Mw=2/3lgM0-6.06

一般來說，按照震級(jí)的大小，地震可分為：微震：M<2級(jí)；有感地震：M=2～4級(jí)；破壞地震：M≥5級(jí)；強(qiáng)烈地震：M≥7級(jí)；特大地震：M≥8級(jí)。第1章地震工程基本知識(shí)

地震烈度是指某地區(qū)地面和各類建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度，是衡量地震造成后果的一種度量。它是按地震造成的后果分類的。用I表示。一般來說，距震中越遠(yuǎn)，地震影響越小，烈度越低；距震中越近，地震影響越大，烈度越高。震中區(qū)的烈度稱為震中烈度。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。

一次地震的震級(jí)只有一個(gè)，但距離震中不同的地點(diǎn)，地震烈度就不同。1.4.5地震烈度第1章地震工程基本知識(shí)

為了評(píng)定地震烈度，需要制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，目前我國和世界上絕大多數(shù)國家都采用12等級(jí)劃分的地震烈度表。我國2008年修訂的地震烈度表見下，它是根據(jù)地震時(shí)人的感覺、器物的反應(yīng)、建筑物破壞和地表現(xiàn)象劃分的。

（1）地震烈度表（2）基本烈度

地震基本烈度，指某地區(qū)在今后一段時(shí)間內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下可能遭受的最大地震烈度。（3）抗震設(shè)防烈度

抗震設(shè)防烈度是按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。一般情況下取基本烈度，但還須根據(jù)建筑物所在城市的大小，建筑物的類別、高度以及當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防小區(qū)規(guī)劃進(jìn)行確定。第1章地震工程基本知識(shí)

地震區(qū)劃圖是根據(jù)一個(gè)地區(qū)的活動(dòng)特性，按給定目的區(qū)劃出來的地區(qū)內(nèi)可能發(fā)生的地震動(dòng)強(qiáng)弱程度的分布圖，它實(shí)際上是對(duì)未來地震影響程度的一種預(yù)測(cè)。

2015年發(fā)布的《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》作為我國第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，相較于現(xiàn)行的第四代區(qū)劃圖有兩大變化：一是取消了不設(shè)防地區(qū)（即實(shí)施國土全面設(shè)防）；二是在附錄中將地震動(dòng)參數(shù)明確到鄉(xiāng)鎮(zhèn)。1.4.6地震區(qū)劃圖第1章地震工程基本知識(shí)

1.4.7震級(jí)與震中烈度關(guān)系地震震級(jí)與地震烈度是兩個(gè)不同的概念，震級(jí)表示一次地震釋放能量的大小，烈度表示某地區(qū)遭受地震影響的強(qiáng)弱程度。兩者關(guān)系可用炸彈爆炸來解釋，震級(jí)好比是炸彈的裝藥量，烈度則是炸彈爆炸后造成的破壞程度。

震級(jí)和烈度只在特定條件下存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。①淺源地震（震源深度在10-30km）,②震中附近。震級(jí)與震中烈度的關(guān)系：

M＝0.58I0+1.5震中烈度I0與震級(jí)M之間對(duì)照關(guān)系第1章地震工程基本知識(shí)23456788以上1～234～56～77～89～1011121.5.1.直接災(zāi)害（1）地表的破壞

構(gòu)造地裂縫，地下斷層錯(cuò)動(dòng)在地表留下的痕跡。與地下斷層走向一致，可延續(xù)幾公里至幾十公里甚至數(shù)百公里。第1章地震工程基本知識(shí)重力地裂縫

地震時(shí)由于地貌重力作用，地面土體受到擠壓、伸張、旋扭產(chǎn)生的結(jié)果。常發(fā)生在河湖堤岸等地表土質(zhì)松軟潮濕地方。

第1章地震工程基本知識(shí)

滑坡塌方

多發(fā)生在山區(qū)或丘陵地區(qū)。地震時(shí)滑坡可以切斷公路，沖毀房屋；大的滑坡還會(huì)吞沒村莊、堵塞河流。

第1章地震工程基本知識(shí)（2）工程結(jié)構(gòu)的破壞

地震對(duì)各類工程結(jié)構(gòu)造成破壞，主要表現(xiàn)在承重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)喪失整體性和發(fā)生倒塌等方面。

臺(tái)灣9.21大地震震倒的臺(tái)中縣大樓如推骨牌。第1章地震工程基本知識(shí)承重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，橋梁、房屋倒塌

日本阪神大地震倒塌的高架橋

印度地震樓房產(chǎn)生疊合塌落第1章地震工程基本知識(shí)（3）地基失效引起房屋傾斜

飽和砂土在地震作用下喪失承載力，導(dǎo)致地基失效，引起房屋產(chǎn)生過大位移，發(fā)生傾斜或倒塌。第1章地震工程基本知識(shí)

1.5.2.次生災(zāi)害地震時(shí)建筑物或其他設(shè)施遭受破壞而導(dǎo)致的一系列繼發(fā)性災(zāi)害稱為次生災(zāi)害。地震造成的次生災(zāi)害主要有火災(zāi)、海嘯、水災(zāi)、毒氣污染、泥石流等。（1）火災(zāi)

房屋倒塌后火源失控極易起火，同時(shí)震后消防系統(tǒng)受損，火勢(shì)得不到有效控制，釀成火災(zāi)。

第1章地震工程基本知識(shí)（2）水災(zāi)

1999年臺(tái)灣9.21地震中受斷層作用，臺(tái)中縣大家溪石崗大壩北段三跨泄洪道斷塌。水庫壩體倒塌，引發(fā)下游水災(zāi)。第1章地震工程基本知識(shí)

（3）海嘯

2004年12月26日，印度洋海域發(fā)生強(qiáng)烈地震并引發(fā)海嘯，波及沿岸印尼、泰國、印度、斯里蘭卡等國家，遇難者總?cè)藬?shù)達(dá)20多萬人，經(jīng)濟(jì)損失逾100億歐元。第1章地震工程基本知識(shí)1.5.3.誘發(fā)災(zāi)害由直接災(zāi)害和次生災(zāi)害引發(fā)出的各種社會(huì)性災(zāi)害。地震發(fā)生會(huì)使供電、供水、通訊等生命線工程遭到破壞。疾病流行、城市癱瘓、治安混亂，惡化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展。第1章地震工程基本知識(shí)

1.6.1地震預(yù)警

地震預(yù)警是指在地震發(fā)生以后，搶在地震波傳播到設(shè)防地區(qū)前，向設(shè)防地區(qū)提前幾秒至數(shù)十秒發(fā)出警報(bào)，以減小當(dāng)?shù)氐膿p失。

其按照系統(tǒng)響應(yīng)的順序可包括：地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)、地震參數(shù)快速判測(cè)系統(tǒng)、警報(bào)信息快速發(fā)布系統(tǒng)和預(yù)警信息接受終端。整套系統(tǒng)的特點(diǎn)是高度集成、實(shí)時(shí)監(jiān)控、飛速響應(yīng)。第1章地震工程基本知識(shí)

1.6.2逃生原則

首先要因地制宜，選擇最佳避難方案。若在室內(nèi)，應(yīng)躲在墻角或支撐牢固、管道多、整體性好的小跨度衛(wèi)生間和廚房等處的房間；若在室外，盡量遠(yuǎn)離高大建筑、狹窄胡同、高煙囪、變壓器、玻璃幕墻建筑、高架橋等場(chǎng)所。無論在何處躲避，都要盡量用棉被、枕頭、書包或其他軟物體保護(hù)頭部。

其次是行動(dòng)果斷、切忌猶豫。在千鈞一發(fā)之際，決不能瞻前顧后。例如在平房或樓房一層內(nèi)時(shí)，或就近躲避或緊急逃出，當(dāng)機(jī)立斷，切勿往返。

最后是伏而待定，不可疾出。地震突然發(fā)生時(shí)，不要急著向外逃。地震時(shí)人們進(jìn)人或