抗震设计基础课件.ppt

1、土木工程教研室土木工程教研室建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/2工程抗震工程抗震 是一门多科性的学科,它将涉及地球物理学、地质学、地震学、结构动力学、工程结构学等多方面的知识这是一门较新的学科，而且将随震害经验的不断积累、抗震研究的不断深入而迅速发展。学习本门课要达到如下目的：1、掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律；2、培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力；3、了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法的发展趋势。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/3 本章要点本章要点 掌握：地震的含义、地震的类型；地震波掌握：地震的含义、地

2、震的类型；地震波 的类型、震级的含义；地震烈度、基本烈的类型、震级的含义；地震烈度、基本烈 度和设防烈度的异同度和设防烈度的异同 理解理解：抗震设防目标、抗震设计方法以及抗震设防目标、抗震设计方法以及 抗震设计的基本要求抗震设计的基本要求 了解：我国及世界的地震活动性；地震震了解：我国及世界的地震活动性；地震震 害害建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/4地震地震是地球内部构造运动的产物，是一种自然现象。 地震给人类社会带来灾难，造成不同程度的人身伤亡和经济损失。地震灾害地震灾害具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。唐山大地震唐山大地震：

3、 1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。 150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/5唐山市机车车辆厂震后概貌建筑结构

4、抗震设计建筑结构抗震设计http:/6 开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存仅西部转角残存 。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/7唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）重点保护遗迹之一。）建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/8建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/9 云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为

5、云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为12层钢筋混层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼层楼公寓上。西侧楼5层以层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于8米到米到10米，柱子数量偏少。米，柱子数量偏少。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/10 彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层

6、层钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈钢筋混凝土集合住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大型平面大楼上，柱子间距楼上，柱子间距7至至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。距太大。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/111.1 1.1 地震与地震动地震与地震动印度大地震：印度大地震：当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬

7、23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。 震后现场情况：建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/12建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/13 伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。二楼成了一楼。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/141.1 1.1 地震与地震动地震与地震动美国加州北岭地震美国加州北岭地震（7.0级）： 1994年1月17日，2400栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7

8、300人，直接经济损失300亿美元，保险损失104亿美元。日本阪神地震日本阪神地震（7.2级）： 1995年1月17日，22万栋房屋倒塌或严重损坏，死亡6348人，伤4万人，经济损失1000亿美元。 地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。 建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/151.1 1.1 地震与地震动地震与地震动中国汶川地震中国汶川地震（8.0级）： 2208.5.12，造成的直接经济损失

9、8451亿元人民币，当然四川是最严重的，四川的损失占到总损失的91.3%，甘肃占到总损失的5.8%，陕西占总损失的2.9%。直接的遇难人数是69,197人，失踪的人数是18,341人 。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/161.1 1.1 地震与地震动地震与地震动建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/171.1 1.1 地震与地震动地震与地震动 建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/181.1 1.1 地震与地震动地震与地震动1.1.1 地震及其成因1.按成因划分的类型： 构造地震：地壳构造作用，分布最广，危害最大。 火山地震：由火山爆发引起。 陷落地震：由溶洞或古旧矿井

10、等塌陷引起。 诱发地震：由水库蓄水或深井注水等引起。2.地球构造：地壳 地幔 地核 大部分地震发生在地壳内建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/191.1 1.1 地震与地震动地震与地震动3.构造地震的成因：（1）断层说：地壳构造变动与地震形成示意图(a)岩层原始状态；(b)受力后发生褶皱变形；(c)岩层断裂产生振动（2）板块构造学说：地球表面的岩层由若干个大板块所组成，由于板块作刚体运动时，板块之间发生相互挤压和顶撞，致使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。.地震序列：地震序列的认识和判断对预报地震和防御地震很重要在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为

11、地震序列；有前震、主震、余震。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/201.1 1.1 地震与地震动地震与地震动按地震序列分类：主震型：主震震级突出，释放能量占绝大部分；这类地震占60震群型：主要能量由多个震级相近地震释放；这类地震占30单发型：能量基本上通过主震一次释放出来；这类地震占10.震源、震中、震中距 地球内部发生地震的地方叫震源； 震源在地面上的投影点称为震中； 震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区 ； 从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/211.1 1.1 地震与地震动地震与地震动按震源深浅划分：浅源地震：震源深度小于70

12、千米，波及范围小，破坏力大 ； 全世界约85%的地震都是浅源地震。中源地震：震源深度在70至300千米， 全世界约12%的地震都是中源地震。深源地震：震源深度在300千米以上，波及范围大，破坏力小； 全世界约3%的地震都是深源地震。1.1.2 地震波 地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。地震波是一种弹性波。包含体波和面波。1.体波：在地球内部传播的 纵波（P波）：介质质点的振动方向与波的前进方向一致，能在 （疏密波） 固体和液体内传播。 横波（S波）：介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直，只 （剪切波） 能在固体内传播。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计htt

13、p:/221.1 1.1 地震与地震动地震与地震动2.面波：只限于在地球表面传播 瑞雷波（R波）：在地面上呈滚动形式 洛夫波（L波）：在地面上呈蛇形运动形式地震波的传播以纵波最快，剪切波 次之，面波最慢。地震波记录图地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。由于面波的能量比体波的大，所以造成建筑物和地表的破坏以面波为主。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/231.1 1.1 地震与地震动地震与地震动1.1.3 地震强度1.震级 地震强度通常用震级和烈度等反映。（1）定义:表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度，用

14、表示 式中表示标准地震仪在距离震中100km处记录的以微米为单位的最大水平地动位移。（）震级与能量的关系震级表示一次地震释放能量的多少，也表示地震强度大小的指标，所以一次地震只有一个震级。震级与能量（尔格）之间的关系：AMlogME5 . 18 .11log建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/241.1 1.1 地震与地震动地震与地震动能量越大，震级就越大；震级相差一级，地面振动幅值相差10倍，能量相差约32倍。一次级地震所释放的能量，相当于一个万t级的原子弹。（）按震级的地震分类微震2级以下，人们感觉不到的；有感地震级，人们能感觉到的；破坏性地震级以上，有不同程度破坏；强烈地震级以上

15、，有破坏；特大地震级以上，有严重破坏；由于震源深浅、震中距大小和土质条件等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/251.1 1.1 地震与地震动地震与地震动.地震烈度.定义及影响因素地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度，用I表示。一般来说，离震中愈近，地震影响愈大，地震烈度愈高；离震中愈远，地震烈度就愈低。影响因素：震级，震中距，震源深度，土质条件等.地震烈度表地震烈度表是评定地震烈度的标准。它是以描述震害宏观现象为主的。我国采用分成12度的地震烈度表，于1980年公布。见下

16、表。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/26速度加速度 其它现象 一般房屋 人的感觉烈度2/ smmsmm /无感室内个别静止中的人感觉悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒3（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒 6（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出13（10-18）125（90-177

17、）河岸出现坍方。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轻度破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出25（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难50（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤 100（72-141）1000（708-1414）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倒塌大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔。处不稳状

18、态的人会摔出几尺远。有抛起感地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭地面剧烈变化，山河改观个别：个别：10%以下以下少数：少数：10%50%多数：多数：50%70%大多数：大多数：70%90%普遍：普遍：90%以上以上建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/271.1 1.1 地震与地震动地震与地震动1.1.4 地震区划与地震影响1.地震区划：根据历史地震、地震地质构造和地震观测等资料，在地图上按地震情况的差异划出不同的区域。.基本烈度：指在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。用Ib表示。.地震影响：用设计基本地震加速度和特征周期或抗震规范规定的设计地震

19、动参数来表征。建筑的设计特征周期根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。设计地震分组共分组，用以体现震级和震中距的影响。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/281.1 1.1 地震与地震动地震与地震动1.1.5 常用术语震源深度：震中到震源的垂直距离震中距：建筑物到震中的距离震源距：建筑物到震源的距离极震区：在震中附近，振动最剧烈、破坏最严重的地区等震线：一次地震中，在其所波及的地区内，用烈度表可以对每一个地点评估出一个烈度，烈度相同点 术语解释示意图的外包线。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/291.2.1 世界地震活动性全世界地震主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震

20、带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿 留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至 我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。（2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸 至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经 中亚细亚到地中海及其附近。 以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。 1.2.1 我国地震活动性我国是一个多地震国家，据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。 建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/30喜马拉雅喜马拉雅地中海地震带地中海地震带环太平洋地震带环太平洋地震带建筑结构抗震设计建筑结构

21、抗震设计http:/31中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。我国的主要地震带有两条：南北地震带：东西地震带：大致划分为个地震活动区：台湾及其附近海域；喜马拉雅山脉活动区；南北地震带；天山地震活动区；华北地震活动区；东南沿海地震活动区。1.2.3 近期世界地震活动性近年来，世界已进入多地震活跃期，地震活动非常频繁。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/32建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/331.3.1 概述1.地表破坏：主要有山石崩裂、滑坡、地面裂缝、地陷和喷水冒砂等。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/34.工程结构的破坏现象（）承重结构

22、承载力不足或变形过大而造成的破坏建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/35（）结构丧失整体性而造成的破坏建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/36（）地基失效引起的破坏建筑物因砂土液化不均匀下沉建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/37.次生灾害造成的破坏次生灾害主要有水灾、火灾、毒气污染等。震后引起的火灾建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/381.3.2 工程地质条件对震害的影响1.局部地形条件的影响孤立突出的山梁、山包、条状山嘴、高差较大的台地、陡坡及故河道等，均对建筑物的抗震不利。.局部地质构造的影响局部地质构造主要指断层。断层分为发震断层和非发震断层。非发震断

23、层对建筑物的破坏无明显影响，但在具体布置建筑时，不宜将建筑物横跨在断层上。在选择建筑物的场地时，应尽量使房屋或工程设施远离断层及其破碎带。.地下水位的影响地震时，地下水位对建筑物有明显影响，水位越浅震害愈重。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/391.4.1 抗震设防的目标：抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施。.抗震设防烈度：一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，按国家规定权限审批或颁发的文件执行。一般情况下，采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。.小震、中震和大震小震众值烈度时的地震，50年内的超越概率为63.2%中震基本烈度时的地震， 50年内的超

24、越概率为10%大震罕遇烈度时的地震， 50年内的超越概率为2%3.设防目标：三水准：“小震不坏，中震不修，大震不倒”建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/401.4.2 建筑结构抗震设计方法： 两阶段抗震设计方法：1.第一阶段： 对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。2.第二阶段：对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。 有特殊要求的建筑、地震易倒有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等不规则的建筑等建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/411.4.3

25、抗震设计的基本要求1.抗震建筑的概念设计（1）定义： 根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计（）基本内容：三部分：建筑设计应重视建筑结构的规则性； 合理的建筑结构体系选择； 抗侧力结构和构件的延性设计。.建筑的抗震设防类别：抗震次要建筑丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类 重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类 设设防防分分类类建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/42.抗震设防范围抗震设防烈度为6度及以上地区的所有新建建筑工程均必需进行抗震设计。规范适用于6-9度

26、地区抗震设计及隔震、消能减震设计。超过9度的地区和行业有特殊要求的工业建筑按有关专门规定执行。.抗震设防依据一般情况下采用抗震设防烈度。在一定条件下可采用抗震设防区划提供的地震动参数。.建筑的抗震设防标准抗震措施:除结构地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。抗震构造措施：一般不须计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计http:/43对各抗震设防类别建筑的设防标准，应符合的要求抗震设防烈度为度，除另有规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低丁类应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙类一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙类当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要求；当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求甲类抗抗震震措措施施