地震基礎的知識

1、關于地震基礎知識第1頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四三水準地震作用的標定地震影響50年超越概率地震重現(xiàn)期眾值烈度 小震63.2%50年基本烈度 中震10%475年罕遇烈度 大震2-3%1642-2475年 一般關系 烈 度： Im=I0-1.55, Is=I0+1 加速度： PGAm=PGA0 1/3； PGAs=PGAm (4-6)第2頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四2、抗震設防目標水準涵義要 求第一水準小震不壞當遭受低于本地區(qū)設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用第二水準中震可修當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的地震影響時

2、，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用第三水準大震不倒當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞第3頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四3. “三水準”抗震設防是對單一水準設防的改進，是向 “性能設計”發(fā)展的重要步驟 單一水準設防思想是我國74規(guī)范、78規(guī)范和目前許多國家采用的設防思想。 設防目標是： 當遭遇相當于設計烈度的地震時，建筑物的損壞不致使人民生命財產(chǎn)和重要生產(chǎn)設備遭受危害，建筑物不需修理或經(jīng)一般修理仍可繼續(xù)使用。 1989年美國Loma Preita地震(7.1級），死亡65人，直接經(jīng)濟損失（建筑物破壞重建） 80

3、億美元，間接經(jīng)濟損失150億美元。 1994年美國Northridge地震(6.7級)，傷亡不多，經(jīng)濟損失為200億美元。 1995年日本阪神地震(7.2級),經(jīng)濟損失為1000億美元。 1999年臺灣集集地震(7.3級),經(jīng)濟損失為94億美元。 單一設防目標不適合當前現(xiàn)代化發(fā)展要求，應研究開發(fā)下一代性能設計規(guī)范和抗震設計方法。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四“性能設計”要點（1）.對抗震設計規(guī)定相應的地震作用標準 重現(xiàn)期常遇地震43年（新建），72年（現(xiàn)有工程加固）偶遇地震72年（新建），225年（現(xiàn)有工程加固）少遇地震475年（新建和現(xiàn)有工程加固）罕遇地震970

4、年（新建），2475年（現(xiàn)有工程加固）（2）.建立建筑應滿足的性能水準 性能水準 要求正常使用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不損壞或很小損壞可以暫時使用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件需很少量的修復工程生命安全結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，具有足夠的豎向承載能力儲備，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞控制在保障生命安全范圍防止倒塌建筑保持不倒，其余破壞都在可接受范圍第5頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四（3）.確立設防性能目標 d g i j罕遇地震 c f h少遇地震 b e偶遇地震 a常遇地震防止倒塌生命安全可暫時使用正常運行地震作用水準建筑性能水準基本目標: 一般使用要求的建筑應具備a、b、c、d項的組合。 重要性較高或地震破壞

5、后危險性較大的性能目標為 e、f、g的組合。 對安全有十分危險影響的性能目標為 h、i、j 項的 組合。Chapter 1第6頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四（4）.規(guī)定地震作用下結(jié)構(gòu)變形的允許指標 應建立結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的地震作用水平下的允許破壞水平，結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件宏觀破壞狀態(tài)的描述和允許變形指標。第7頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四4.“兩階段”抗震設計方法第一階段： 對絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進行小震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗算；在此基礎上對各類結(jié)構(gòu)按規(guī)定要求采取抗震措施。第二階段： 對一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進行大震作用下的彈塑性變形驗算。 有特殊要求的建

6、筑、地震易倒塌的建筑、有明顯薄弱層的建筑，不規(guī)則的建筑等第8頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四二、抗震設防范圍 抗震設防烈度為6度及以上地區(qū)的所有新建建筑工程均必需進行抗震設計。 規(guī)范適用于6-9度地區(qū)抗震設計及隔震、消能減震設計。 超過9度的地區(qū)和行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑按有關專門規(guī)定執(zhí)行。三、抗震設防依據(jù)一般情況下采用抗震設防烈度。 在一定條件下可采用抗震設防區(qū)劃提供的地震動參數(shù)。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四四、 抗震設防分類及抗震設防措施建筑類別不同，抗震設防標準也不同。1.抗震設防分類 國家技術(shù)監(jiān)督局和建設部在2008年7月30日公

7、布了建筑抗震設防分類標準GB50223-2008 。 該標準主要以地震中和地震后房屋的損壞對社會和經(jīng)濟產(chǎn)生的影響的程度大小，新標準作如下修訂：(1)調(diào)整了分類的定義和內(nèi)涵。(2)擴大防災救災應急系統(tǒng)建筑的設防范圍。(3)擴大了教育建筑中提高設防標準的范圍，特別加強對未 成年人在地震等突發(fā)事件中的保護。(4)擴大了劃入人員密集建筑的范圍，提高了體育場館、博 物館、影劇院、商場、交通樞紐等人員密集的公共服務 設施的抗震能力。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四A、中央級、省級的電視調(diào)頻廣播發(fā)射塔建筑，國際電信樓、國際海纜登陸站、 國際衛(wèi)星地球站、中央級的電信樞紐（含衛(wèi)星地

8、球站）。B、研究、中試生產(chǎn)和存放劇毒生物制品和天然人工細菌與病毒（如鼠疫、霍亂、 傷寒等) 的建筑。C、三級特等醫(yī)院的住院部、醫(yī)技樓、門診部?？拐鸫我ㄖ☆?除甲乙丁類以外的一般建筑丙類 地震時使用功能不能中斷需盡快恢復的建筑乙類 重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑甲類 設防分類 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和建設部在2010年5月31日公布了建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2010。 該規(guī)范對上面標準作了修改。第11頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四應允許比本地區(qū)抗震設防烈度的要求適當降低，但抗震設防烈度為6度時不應降低丁類應符合本地區(qū)抗震設防烈度度的要求丙類

9、一般情況下，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求；當9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求，對較小的乙類建筑，當其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時，應允許仍按本地區(qū)抗震設防烈度的要求采取抗震措施乙類當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求；當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求甲類抗震措施注：較小乙類建筑：工礦企業(yè)的變電所、空壓站以及城市供水水源的泵房等?？拐鹦阅茌^好的結(jié)構(gòu)類型指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。2.抗震設防措施 抗震措施:除結(jié)構(gòu)地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施。 抗震構(gòu)造措施：一般不須計算而對結(jié)構(gòu)和非

10、結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細部要求。第12頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四3.地震作用一般情況下仍應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求丁類 應符合本地區(qū)抗震設防烈度要求丙類 應符合本地區(qū)抗震設防烈度要求乙類 按地震安全性評價結(jié)果確定甲類 地震作用 在設防烈度為6度時，除規(guī)范有具體規(guī)定外，對乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四1.8 工程結(jié)構(gòu)抗震概念設計一、定義與基本內(nèi)容 根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想進行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細部構(gòu)造的過程稱為概念設計。 基本內(nèi)容有三部分： 1.建筑設計應

11、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)件的延性設計。意義（1）“計算設計”很難有效控制結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，不能完全解決問題 地震作用的不確定性 結(jié)構(gòu)計算假定與實際情況的差異（計算模型、非結(jié)構(gòu) 墻體對結(jié)構(gòu)剛度的影響、阻尼變化等）（2） 經(jīng)驗總結(jié)、定性判斷第14頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四二、建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對抗震能力的重要影響的認識始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。 最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。 馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當?shù)氐?/p>

12、震烈度估計為8度。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴重呢？馬那瓜美洲銀行大廈第16頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四 1）平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。 2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上）， 北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m 1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴重不均勻，不連續(xù)。 主

13、要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴重開裂，柱鋼筋壓屈； 橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達1cm),直至電梯井東側(cè)； 塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均 嚴重破壞或倒塌。 震后計算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴重扭轉(zhuǎn)效應;2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運動等。 馬那瓜中央銀行大廈 結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括 4個 L形的桶體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞， 是整個結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對稱的結(jié)構(gòu)布置及相

14、對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當連梁剪切破壞后， 結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。美洲銀行第17頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四不規(guī)則類型 定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或

15、較大的樓層錯層平面不規(guī)則的類型扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則第18頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四局部不連續(xù)大開洞錯層不規(guī)則類型 定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層平面不規(guī)則的類型第19頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四不規(guī)則類型 定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的

16、70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%豎向不規(guī)則的類型沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)第20頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強度不均勻 （有薄弱層） 嚴重不規(guī)則是指體型復雜，多項不規(guī)則指標超過表中指標或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導致地震破壞的嚴重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋

17、混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。不規(guī)則類型 定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等向下傳遞)樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%豎向不規(guī)則的類型第21頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四二、結(jié)構(gòu)體系的合理選擇 抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設計應考慮的關鍵問題，結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理，對安全性和經(jīng)濟性起決定性作用。規(guī)范規(guī)定： 1.結(jié)構(gòu)體系應具有明確的計算簡

18、圖和合理的地震作用傳遞途徑。 受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實際表現(xiàn)相符合。第22頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四 2.應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。 由于柱子的數(shù)量較少或承載能力較弱，部分柱子退出工作后，整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)喪失了對豎向荷載的承載能力。 抗震設計的一個重要原則是結(jié)構(gòu)應有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四 3.結(jié)構(gòu)體系應具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。 足夠的承載力和變形能力是需要同時滿足的。 有較大的變形能力而缺少較高的抗側(cè)向力的能力如鋼或鋼筋混凝土純框架，由于在不大的地震作用下會產(chǎn)生較大的變形，導致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或結(jié)構(gòu)本身的失穩(wěn)。第24頁，共28頁，2022年，5月20日，5點41分，星期四 有較高的承載能力而缺少較大變形能力如不加約束的砌體結(jié)構(gòu)，很容易引起脆性破壞而倒塌。 必要的承載能力和良好的變形能力的結(jié)合便是結(jié)構(gòu)在地震作用下具有的耗能能力。 足夠的承載力和變形能