《結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)》PPT課件.ppt

工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi),主講人：黃雄軍 手機(jī)E-mail：,第1章 結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí) 1-1 地震基本知識(shí) 地震是一種經(jīng)常發(fā)生的自然現(xiàn)象，只不過(guò)在發(fā)生 小于四級(jí)地震時(shí)，人們沒(méi)有感覺(jué)。 但是，如果地震發(fā)生在人群居住地并且地震級(jí)別 較大時(shí)，將給人們帶來(lái)災(zāi)難甚至是滅頂之災(zāi)，例如： 1976年的唐山大地震，2008年的四川汶川大地震及 2013年4月的四川蘆山地震。 盡管目前人們尚不能控制及預(yù)測(cè)地震的發(fā)生，但 是實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)出抗震性能優(yōu)良的建筑物，則有可,能減少地震帶來(lái)的生命與財(cái)產(chǎn)損失。 因此，為了抵御和減輕地震災(zāi)害，有必要進(jìn)行工 程結(jié)構(gòu)的抗震分析與設(shè)計(jì)。,一、地球的構(gòu)造 地球：地球是一個(gè)平均半徑約為6400km的橢圓球體。 由外到內(nèi)可分為三層，即地殼、地幔與地核。,地殼：地球外表面的一層薄殼，平均厚度約為30km，最薄處約5km，地震多發(fā)于此。 通常認(rèn)為，地殼（地球最外層）是由一些巨大的 板塊所組成的，板塊向下延伸的深度大約為70-100km。 地幔主要由質(zhì)地堅(jiān)硬的橄欖巖組成。由于地球內(nèi) 部放射性物質(zhì)不斷釋放熱量，地球內(nèi)部的溫度隨深度 的增加而升高，導(dǎo)致地幔內(nèi)物質(zhì)的對(duì)流。 地核是地球的核心部分，可分為內(nèi)核與外核。,二、地震的類(lèi)型與成因 地震安全成因主要分為： 構(gòu)造地震 火山地震 水庫(kù)引發(fā)地震 礦山開(kāi)發(fā) 人工爆破 其中，前兩項(xiàng)為天然地震，后面為誘發(fā)地震。,構(gòu)造地震的成因主要有： 1.斷層說(shuō) 地球內(nèi)部在不斷運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，始終存在著巨大 的能量，造成地殼巖層不停地連續(xù)變動(dòng)，不斷發(fā)生變 形，產(chǎn)生地應(yīng)力。 當(dāng)?shù)貞?yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變超過(guò)某處巖層的極限應(yīng)變時(shí) ，巖層就會(huì)發(fā)生突然斷裂和錯(cuò)動(dòng)。,2.板塊構(gòu)造說(shuō) 地球表面的巖石層不是一塊整體，而是由六大板 塊和若干小板塊組成，即歐亞板塊、美洲板塊、非洲 板塊、太平洋板塊、澳洲板塊和南極板塊。 由于地幔物質(zhì)的對(duì)流，板塊一直在緩慢地相互運(yùn) 動(dòng)，板塊構(gòu)造說(shuō)認(rèn)為：板塊的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生構(gòu)造地 震的根本原因。 從局部機(jī)制上分析，地球板塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，板 塊之間的相互作用力會(huì)使地殼中的巖層發(fā)生變形。當(dāng) 這種變形積聚到超過(guò)巖石所能承受的程度時(shí)，該處的 巖體突然斷裂或錯(cuò)動(dòng)，從而引起地震。,三、世界的地震活動(dòng) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上平均每年發(fā)生震級(jí)8級(jí)以上、震中 烈度11度以上的毀滅性地震2次；震級(jí)7級(jí)以上、震中 烈度9度以上的大地震不到20次；震級(jí)在2.5級(jí)以上的 有感地震15萬(wàn)次以上。,三、我國(guó)的地震活動(dòng) 我國(guó)東臨太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震 分布相當(dāng)廣泛。我國(guó)6個(gè)地震活動(dòng)區(qū)： 臺(tái)灣及其附近海域 喜馬拉雅山脈活動(dòng)區(qū) 南北地震帶 天山地震活動(dòng)區(qū) 華北地震活動(dòng)區(qū) 東南沿海地震活動(dòng)區(qū),五、近期世界地震活動(dòng) 2004年12月26日印尼發(fā)生的地震為8.7級(jí)； 2008年5月12日四川汶川發(fā)生的地震為8.0級(jí)； 2010年1月12日海地發(fā)生的地震為7.3級(jí)； 2010年2月27日智利發(fā)生的地震為8.8級(jí)； 2011年3月11日日本發(fā)生的地震為9.0級(jí)，引發(fā) 海嘯與核泄漏，以致造成巨大的災(zāi)難； 2013年4月20日四川蘆山發(fā)生的地震為7.0級(jí)；,1-2 地震的基本術(shù)語(yǔ) 一、震源和震中 地球內(nèi)部由于某種原因發(fā)生振動(dòng)，并以波的形式傳遞到地表引起地面震動(dòng) 內(nèi)部發(fā)生振動(dòng)的地方稱(chēng)之為震源 震源在地表的投影叫震中 震源至地面的垂直距離叫震源深度 根據(jù)震源深度將地震劃分為： 淺源地震震源深度小于60km； 中源地震震源深度在60km- 300km之間； 深源地震震源深度大于300km； 其中，淺源地震的破壞性為最大。,二、地震波 地震由于地下巖體發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng)并以 波的形式從震源向外傳播，即為地震波，可分為體波 與面波。 （1）體波 體波是指通過(guò)地球本體內(nèi)傳播的波，包含縱波、 橫波。,縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳遞方向一致的波。 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳遞方向垂直的波。 縱波：壓縮波，無(wú)論是在固體內(nèi)還是液體內(nèi)均能 傳播； 周期短、振幅小，在地面引起上下顛簸運(yùn)動(dòng)。 橫波：剪切波，只能在固體內(nèi)傳播； 周期較長(zhǎng)，振幅較大，引起地面水平方向的 運(yùn)動(dòng)。,（2）面波 面波是指介質(zhì)表面或地球表面及其附近傳播的 波，一般認(rèn)為是體波經(jīng)地層界面多次反射形成的次生 波，包含瑞雷波和樂(lè)普波。 瑞雷波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在波的前進(jìn)方向與地表法向 組成的平面內(nèi)作逆向橢圓運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形式被認(rèn)為 是形成地面晃動(dòng)的主要原因。 樂(lè)夫波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在與波的前進(jìn)方向垂直的水 平方向運(yùn)動(dòng)，在地面上表現(xiàn)為蛇形運(yùn)動(dòng)。,瑞雷波振動(dòng)軌跡剖面(a)和射線(b),地震波的傳播速度，以縱波最快、橫波次之，面 波最慢。 所以，在地震發(fā)生的中心地區(qū)人們的感覺(jué)是，先 上下顛簸，后左右搖晃。當(dāng)橫波或面波到達(dá)時(shí)，地面 振動(dòng)最為強(qiáng)力，產(chǎn)生的破壞作用也最大。 在離震中較遠(yuǎn)的地方，地震波衰減，地面振動(dòng)減 弱，破壞作用也就減輕。,三、地震震級(jí) 地震震級(jí)是表示地震本身大小的一種度量。其數(shù) 值是根據(jù)地震儀記錄到的地震波圖確定的。例如某時(shí) 某地發(fā)生了里氏7級(jí)地震。 地震震級(jí)M與震幅的關(guān)系： 地震震級(jí)M與震源釋放能量的關(guān)系如下： 從該公式可以知道，如果地震震級(jí)M增加1級(jí)，則 震源釋放能量E增加大約為30倍。,四、地震烈度 地震烈度是指某一區(qū)域的地表和各類(lèi)建筑物遭受 某一次地震影響的平均強(qiáng)弱程度。 一次地震，表示地震本身大小的震級(jí)只有一個(gè)。 然而，由于同一次地震對(duì)不同地點(diǎn)的影響不一樣，隨 著距離震中的遠(yuǎn)近會(huì)出現(xiàn)多種不同的烈度。 此外，由于地層土不一樣，地震波的表現(xiàn)也不一 樣，因此震中距相同的建筑，其破壞程度也不一樣。,此外，地震烈度與地面上的建筑物的抗震性能也 有關(guān)。08年8月底在攀枝花發(fā)生的6.1級(jí)與2010年4月玉 樹(shù)地震帶來(lái)的破壞也相對(duì)較大，原因之一就是處于山 區(qū)農(nóng)民的房屋大部分是土坯房，即使不發(fā)生地震，也 應(yīng)該是危房。 地震等級(jí)在地震發(fā)生后不久就可以確定，但是， 地震烈度則要經(jīng)過(guò)調(diào)查后才能確定，時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。 例如，5.12汶川地震發(fā)生后，國(guó)家地震局隨即就 發(fā)布了地震的等級(jí)為7.8級(jí)，兩天后修改為8.0級(jí)。但 是地震烈度的情況則是在9月初公布。,汶川地震的烈度分布情況,1-2 地震動(dòng)特性 由地震波傳播所引發(fā)的地面振動(dòng)，稱(chēng)為地震動(dòng)。 一般通過(guò)記錄地面運(yùn)動(dòng)的加速度來(lái)了解地震動(dòng)的 特性。 地震動(dòng)的三要素為地震動(dòng)的峰值（最大振幅）、 頻譜和持續(xù)時(shí)間。 工程結(jié)構(gòu)的地震破壞與地震動(dòng)三要素密切相關(guān)。 每次的地震動(dòng)記錄都是不一樣的。但可根據(jù)地震 后的構(gòu)筑物的破壞情況或者通過(guò)人工合成的辦法確定 幾種典型的地震動(dòng)，作為進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)的抗震分析用。,一、地震動(dòng)幅值特性 地震動(dòng)的幅值可以是地面的加速度、速度或位移 的某種最大值或某種意義下的有效值。 目前采用最多的地震動(dòng)幅值是地面運(yùn)動(dòng)最大加速 度幅值，它可以描述地面震動(dòng)的強(qiáng)弱程度，且與震害 有著密切的關(guān)系，可作為地震烈度的參考物理指標(biāo)。 二、地震動(dòng)頻譜特性 震級(jí)、震中距和場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)的頻譜有重要 的影響，震級(jí)越大、震中距越遠(yuǎn)，地震動(dòng)記錄的長(zhǎng)周 期分量就越顯著。,地基土中軟土且地層厚的地基上的卓越周期偏向 長(zhǎng)周期，因此地震動(dòng)的作用就可能被放大。 三、地震動(dòng)持時(shí)特性 地震動(dòng)持時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞程度有著較大的影響。 在相同的地面運(yùn)動(dòng)最大加速度作用下，當(dāng)強(qiáng)震的持續(xù) 時(shí)間越長(zhǎng)，則該地點(diǎn)的地震烈度就高，結(jié)構(gòu)物的地震 破壞就重。,地震的破壞作用 1.地表破壞及其影響 地表破壞表現(xiàn)為地裂縫、地面下沉、噴水冒砂和 滑坡等形式。 地裂縫分成為構(gòu)造性地裂縫和重力式地裂縫。 地面不均勻沉陷易引起建筑物的破壞甚至倒塌。 2.建筑物及構(gòu)筑物的破壞 由地表破壞造成的建筑物破壞性質(zhì)上屬于靜力破 壞，這種破壞有時(shí)是災(zāi)難性的，如北川縣城的一些建 筑的破壞。,更多的建筑物（大約90%）破壞由于地震地面運(yùn)動(dòng) 的動(dòng)力響應(yīng)引起的，在性質(zhì)上屬于動(dòng)力破壞，也是人 們通過(guò)改善建筑物設(shè)計(jì)可以控制的。因此，結(jié)構(gòu)物動(dòng) 力破壞機(jī)制的分析，是結(jié)構(gòu)抗震研究的重點(diǎn)和結(jié)構(gòu)抗 震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 建筑物的動(dòng)力破壞主要表現(xiàn)為因?yàn)橹黧w結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 不足所形成的破壞和結(jié)構(gòu)喪失整體性?xún)深?lèi)破壞形式。,3.次生災(zāi)害 如地震形成的堰塞湖、水壩、煤氣、通訊、易 燃、易爆、有毒物質(zhì)的容器的破壞給人們的破壞也相 當(dāng)巨大。例如北川的唐家山堰塞湖，若不及時(shí)處理， 給下游造成的破壞有可能大于地震本身的破壞。,1-4 工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防 一、基本術(shù)語(yǔ) 抗震設(shè)防烈度 按國(guó)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50年內(nèi)超越概率為 10%的地震烈度，也稱(chēng)為基本烈度。 基本烈度是一個(gè)地區(qū)進(jìn)行抗震設(shè)防的主要依據(jù)。 如前所述，地震等級(jí)表明的是地震釋放能量的大 小，地震烈度是地面建筑物的破壞程度，因此對(duì)建筑 物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)只能依據(jù)烈度大小。,在我國(guó)基本地震烈度的區(qū)劃只能由國(guó)家地震局發(fā) 布，且基本上按縣級(jí)行政區(qū)域進(jìn)行劃分，可以在抗震 設(shè)計(jì)規(guī)范中查出，如地震烈度、地震加速度峰值。 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 衡量抗震設(shè)防要求高低的尺度，由抗震設(shè)防烈度 或設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)及建筑物的抗震類(lèi)別確定； 地震作用 由地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用，包括水平地震作 用和豎向地震作用。 設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù) 抗震設(shè)計(jì)用的加速度（速度、位移）時(shí)程曲線、加,速度反應(yīng)譜和峰值加速度 設(shè)計(jì)基本加速度 50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度的設(shè)計(jì) 取值； 設(shè)計(jì)特征周期 抗震設(shè)計(jì)用的地震影響系數(shù)程曲線中反映地震震級(jí) 、震中距和場(chǎng)地類(lèi)別等因素的下降起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期 值，簡(jiǎn)稱(chēng)特征周期； 場(chǎng)地 工程群體所在地，其范圍相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū) 和自然村或不小于1平方公里的平面面積。,抗震措施 除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容 ，包括抗震構(gòu)造措施。 抗震構(gòu)造措施 根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需要計(jì)算而對(duì)結(jié) 構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。,二、地震影響和抗震設(shè)防烈度 抗震設(shè)防烈度是一個(gè)地區(qū)進(jìn)行抗震設(shè)防依據(jù)的地 震烈度。 一般情況下可采用中國(guó)地震動(dòng)區(qū)劃圖的地震基本 烈度或與建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010） 設(shè)計(jì)基本地震加速度值對(duì)應(yīng)的烈度值。 抗震規(guī)范規(guī)定，設(shè)防烈度為6度及以上的地 區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 震害調(diào)查表明，雖然不同地區(qū)的宏觀烈度相同， 但處于大震級(jí)遠(yuǎn)震中距的柔性建筑物，其震害要比小 震級(jí)近震中距的情況。,震害調(diào)查表明，雖然不同地區(qū)的宏觀烈度相同， 但處于大震級(jí)遠(yuǎn)震中距的柔性建筑物，其震害要比小 震級(jí)近震中距的情況重得多。 因此，抗震規(guī)范用設(shè)計(jì)地震分組來(lái)體現(xiàn)震級(jí) 和震中距的影響，建筑工程的設(shè)計(jì)地震分成為三組。 第一組表示近震中距，第二、三組表示較遠(yuǎn)震中 距的影響。,三、建筑分類(lèi) 我國(guó)抗震規(guī)范將建筑物按其用途的重要性分 成為特殊設(shè)防類(lèi)（簡(jiǎn)稱(chēng)甲類(lèi)）、重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)（乙類(lèi)）、 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)（丙類(lèi)）、適度設(shè)防類(lèi)（丁類(lèi)）四類(lèi)。 （1）特殊設(shè)防類(lèi)建筑：指使用上有特殊設(shè)施，涉及 國(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重 次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的 建筑。 （2）重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)建筑：指地震時(shí)使用功能不能中斷 或者需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能 導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo),準(zhǔn)的建筑如城市的建筑，簡(jiǎn)稱(chēng)乙類(lèi)建筑。如城市的供 水、供電、通訊、交通控制中心、三甲醫(yī)院的主要醫(yī) 技樓及中小學(xué)、幼兒園的教學(xué)樓等。 （3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)建筑：除了（1）、（2）、（4）等 三類(lèi)建筑以外的建筑，簡(jiǎn)稱(chēng)丙類(lèi)建筑。 （4）適度設(shè)防類(lèi)建筑：指使用上人員稀少且震損不致 產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建 筑，簡(jiǎn)稱(chēng)丁類(lèi)。如無(wú)人看守的倉(cāng)庫(kù)、臨時(shí)建筑等。 經(jīng)過(guò)汶川地震的教訓(xùn)，我國(guó)將中小學(xué)的建筑調(diào)整為 乙類(lèi)建筑，國(guó)外如日本，學(xué)校的建筑是最安全的。,我國(guó)建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各抗震設(shè) 防類(lèi)別建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列要求： （1）特殊設(shè)防類(lèi)（甲類(lèi)建筑） 地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其 值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定。 抗震措施，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時(shí)，應(yīng)符合比 本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高1度的要求，當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng) 符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。,（2）重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)（乙類(lèi)建筑） 地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求；抗 震措施，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時(shí)，應(yīng) 符合比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高1度的要求，當(dāng)為9度 時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求；地基基礎(chǔ)的抗 震措施應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。 （3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)（丙類(lèi)建筑） 地震作用和抗震措施均應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈 度的要求。,（4）適度設(shè)防類(lèi)（丁類(lèi)建筑） 一般情況下，地震作用仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震抗震 設(shè)防烈度的要求；抗震措施應(yīng)允許比按本地區(qū)抗震設(shè) 防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不 應(yīng)降低。 抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，除規(guī)范有具體規(guī)定外， 對(duì)乙、丙、丁類(lèi)建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。,四、多遇地震烈度和罕遇地震 多遇地震烈度：是指發(fā)生機(jī)會(huì)較多的地震又稱(chēng)小震烈 度，是指在50年內(nèi)發(fā)生的可能性（或者被超越的概率） 為63.6%，又稱(chēng)為小震烈度。 基本烈度：它在50年內(nèi)發(fā)生的可能性（或者被超越的 概率）為10%，又稱(chēng)為中震對(duì)應(yīng)的烈度 。 罕遇地震烈度：是指在在50年內(nèi)發(fā)生的可能性（或者 被超越的概率）為2%，又稱(chēng)為大震烈度。 基本烈度較小震烈度約高1.55度，較罕遇地震烈 度低1度。,圖：三種烈度含義及其關(guān)系,五、抗震設(shè)防目標(biāo) 工程設(shè)防的基本目的是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，最 大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞，保障人民生 命財(cái)產(chǎn)的安全。 我國(guó)抗震規(guī)范明確提出了三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè) 防要求： 第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地 震影響時(shí)，建筑物一般不受損壞或不需要修理仍可繼 續(xù)使用；,第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震 影響時(shí)，建筑物可能損壞，但經(jīng)一般修理即可恢復(fù)正 常使用； 第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地 震影響時(shí)，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán) 重破壞。 上述三個(gè)水準(zhǔn)可簡(jiǎn)單表述為：“小震不壞、中震 可修，大震不倒” ，這也我國(guó)的抗震設(shè)防目標(biāo)。,我國(guó)采取6度起設(shè)防的方針。這樣，我國(guó)地震設(shè) 防區(qū)面積約占國(guó)土面積的60%。 每一個(gè)地區(qū)（具體到縣級(jí)行政區(qū)）的抗震設(shè)防烈 度均可以在抗震規(guī)范中查出。 同一抗震設(shè)防烈度等級(jí)還有不同的地震加速度， 如7度區(qū)，設(shè)計(jì)基本加速度有0.10g與0.15g，為了區(qū) 分，俗稱(chēng)為7度及7度半。,六、兩階段抗震設(shè)計(jì)方法 我國(guó)抗震規(guī)范采用簡(jiǎn)化的兩階段設(shè)計(jì)方法： 第一階段設(shè)計(jì)：按多遇地震烈度對(duì)應(yīng)的地震作用 效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的組合驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力 和結(jié)構(gòu)的彈性變形。 第二階段設(shè)計(jì)：按罕遇地震烈度對(duì)應(yīng)的地震作用 效應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈塑性變形。 第一階段設(shè)計(jì)，保證了第一水準(zhǔn)的承載力要求與 變形的要求。 第二階段設(shè)計(jì)，則旨在保證了第三水準(zhǔn)的抗震設(shè),防要求，即大震不倒。 第二水準(zhǔn)設(shè)防很難進(jìn)行定量計(jì)算，目前主要通過(guò) 構(gòu)造措施來(lái)保證。如鋼筋的最小配筋率、鋼筋的錨固 長(zhǎng)度，最小截面要求等等。 汶川地震震害證明上述的三水準(zhǔn)設(shè)防與兩階段 設(shè)計(jì)是比較科學(xué)的。,七、基于性能的抗震設(shè)計(jì) 為了強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗震的安全目標(biāo)和提高結(jié)構(gòu)抗震的 功能要求，提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想和方法。 （1）從著眼于單體抗震設(shè)防轉(zhuǎn)向同時(shí)考慮單體工程 和所相關(guān)系統(tǒng)的抗震。 （2）將抗震設(shè)計(jì)以保障人民的生命安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn) 變?yōu)樵诓煌L(fēng)險(xiǎn)水平的地震作用下滿(mǎn)足不同的性能目 標(biāo)，即將統(tǒng)一的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)改變?yōu)闈M(mǎn)足不同性能要求的 更合理的設(shè)防目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。,（3）設(shè)計(jì)人員可根據(jù)業(yè)主的要求，通過(guò)費(fèi)用-效益的 工程決策分析確定最優(yōu)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案，以滿(mǎn) 足不同業(yè)主、不同建筑物的抗震要求。 基于抗震性能的抗震設(shè)計(jì)將是今后較長(zhǎng)時(shí)期結(jié)構(gòu) 抗震的研究和發(fā)展方向。,1-5 建筑場(chǎng)地 一、建筑場(chǎng)地類(lèi)別 地震區(qū)的建筑宜選擇有利地段，避開(kāi)不利地段， 不在危險(xiǎn)地段進(jìn)行工程建設(shè)。 但建筑場(chǎng)地的選擇則要受到地震以外的許多因素 的制約。 1.建筑場(chǎng)地的地震影響 不同場(chǎng)地上建筑物的震害差異是很明顯的。 在軟弱地基上，軟性結(jié)構(gòu)最容易遭到破壞，剛性 結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好；在堅(jiān)硬地基上，柔性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好， 而剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不一。,就地面建筑總的破壞現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，在軟弱地基上的破 壞現(xiàn)象比堅(jiān)硬地基上的破壞要嚴(yán)重。 不同覆蓋層厚度上的建筑物，其震害表現(xiàn)明顯不 同。 覆蓋層厚度 覆蓋層厚度為地下基巖或剪切波速大于500m/s的 堅(jiān)硬土層到地表面的距離，稱(chēng)為覆蓋層厚度。,不同覆蓋層厚度上的建筑物，其震害表現(xiàn)明顯不 同。在覆蓋層厚度為中等厚度的一般地基上，中等高 度一般房屋的破壞，比高層建筑的破壞嚴(yán)重，而在基 巖上各類(lèi)房屋的破壞普遍較輕。,2.場(chǎng)地土的固有周期與場(chǎng)地的地震效應(yīng) 不同場(chǎng)地上建筑物的震害差異是很明顯的,其主 要原因在于場(chǎng)地土的固有周期及自振周期不同。 土層的固有周期與覆蓋層厚度 有良好的相關(guān) 性，土層的固有周期隨著覆蓋層厚度的增加而增加。 場(chǎng)地土層的固有周期T可按下列簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算 ，對(duì)于： 單一土層： 多層土：,場(chǎng)地土對(duì)于基巖傳來(lái)的入射波具有放大作用。 當(dāng)?shù)卣饎?dòng)的卓越周期與該地點(diǎn)的土層固有周期一 致時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致地表的振幅大大增加。 由于表層土的濾波作用，堅(jiān)硬場(chǎng)地土地震動(dòng)以短 周期為主，而軟弱場(chǎng)地土則以長(zhǎng)周期為主。 當(dāng)?shù)卣鸩ㄖ姓純?yōu)勢(shì)的波動(dòng)分量的周期與建筑物自 振周期相接近時(shí)，建筑物將由于共振效應(yīng)而受到非常 大的地震作用，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)震害。,因此，堅(jiān)硬場(chǎng)地土上自振周期短的建筑物一般震 害較嚴(yán)重，而軟弱地基上長(zhǎng)周期柔性建筑物的震害必 然嚴(yán)重。,3.建筑場(chǎng)地類(lèi)別 建筑場(chǎng)地土類(lèi)別是場(chǎng)地條件的表征。 我國(guó)抗震規(guī)范根據(jù)土層等效剪切波速的大小 以及覆蓋層的厚度將場(chǎng)地劃分為4個(gè)類(lèi)別，即I 、II、 III、IV類(lèi)，其中I類(lèi)有2個(gè)子類(lèi)。 相同的建筑建造在I類(lèi)土上的抗震性能為最好，IV 類(lèi)最差。,計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的等效剪切波速應(yīng)按下式計(jì)算： d0計(jì)算深度，取覆蓋層厚度和20米兩者的較小 值； n計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)； t剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間； 計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度（m）； 計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速； 土層的等效剪切波速 ；,關(guān)于覆蓋層厚度的確定，應(yīng)符合以下要求： 1）一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s且其 下臥各層巖土的剪切波速均不小于500m/s的土層頂 面的距離確定； 2）當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于其上部各土層剪切 波速2.5倍的土層，且該層及其下臥各層巖土的剪 切切波速剪切波速均不小于400m/s ，可按地面至 該土層頂面的距離確定； 3）剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周?chē)?土層； 4）土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體，應(yīng)扣除。,例題：某場(chǎng)地的地質(zhì)狀況鉆孔資料如下，請(qǐng)確定該場(chǎng) 地類(lèi)別。,解：因?yàn)榈乇硐?.5米以下土層的剪切波速為： ，因此覆蓋層的厚度為7.5米。 所以，計(jì)算深度為： 等效剪切波速為： 根據(jù)抗震規(guī)范，即表1-4，該場(chǎng)地屬于II類(lèi)。,二、場(chǎng)地土的液化 1.場(chǎng)地土液化及其判別 飽和松散的砂土或粉土，地震時(shí)易發(fā)生液化現(xiàn)象 ，使地基承載力喪失或者減弱，甚至噴水冒砂，這種 現(xiàn)象稱(chēng)為砂土液化或者地基土液化。 液化機(jī)理土顆粒間的空隙水由于地震產(chǎn)生的 強(qiáng)烈擠壓來(lái)不及排出，導(dǎo)致壓力急劇增大并使得土粒 之間摩擦力消失，土顆粒處于“懸浮”狀態(tài)，形成所 謂的液化現(xiàn)象。 地基土液化使土體抗震強(qiáng)度喪失，引起地基的不 均勻沉陷引發(fā)建筑物的破壞或倒塌，后果較為嚴(yán)重。,影響土的液化的因素： （1）土層的地質(zhì)年代 （2）土中土粒的組成和密實(shí)程度 （3）砂土層埋置深度和地下水位深度 （4）地震烈度和地震持續(xù)時(shí)間,2.3.2液化的判別 1.初步判別 飽和的砂土或粉土當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可初 步判別為不液化或可以不考慮液化的影響： （1）地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及其以前且 設(shè)防烈度為7、8度時(shí)； （2）粉土的粘粒含量百分率c（%），當(dāng)烈度為7 度、8度、9度時(shí)分別大于10、13、16時(shí)； （3）地下水位深度和覆蓋層非液化厚度滿(mǎn)足下面三 式之一時(shí)：,2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 當(dāng)上述所有條件均不能滿(mǎn)足時(shí)，地基存在液化的 可能，此時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)一步判別其是否 液化。 當(dāng)?shù)孛嫦?0米深度范圍土的標(biāo)準(zhǔn)錘貫入擊數(shù) 小于下式確定的下限值 時(shí)，則為液化土，否則為 不液化土。,2.液化場(chǎng)地的危害性分析與