建筑結(jié)構(gòu)抗震緒論,第1章,抗震設(shè)防水準(zhǔn)

工程結(jié)構(gòu)抗震河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系王曉虹重點(diǎn)內(nèi)容第1、2章基本概念第3、4章地震作用計(jì)算第5、6章砼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第8章砌體結(jié)構(gòu)房屋

所謂抗震，就是采取各種措施盡量避免或減輕地震給我們?cè)斐傻纳拓?cái)產(chǎn)的損失，工程結(jié)構(gòu)抗震是其中的一個(gè)組成部分。

自古以來(lái)，人類就不斷經(jīng)受著地震所帶來(lái)的危害。人們?cè)跒?zāi)難中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，采取種種手段抵御地震災(zāi)害。到現(xiàn)階段，圍繞抗震這個(gè)主題，已經(jīng)發(fā)展成為“地震工程”這樣一個(gè)具有許多分支的綜合性學(xué)科體系，通過(guò)工程技術(shù)提高城市綜合抗震能力，提高各類建筑的抗震水平。目前的水平是：“屢見(jiàn)成功，偶有失敗”。

它涵蓋了地震預(yù)報(bào)、地震危險(xiǎn)性分析、城市抗震規(guī)劃、工程結(jié)構(gòu)抗震、搶險(xiǎn)救災(zāi)措施、災(zāi)后重建措施等方面，涉及到地球物理、地質(zhì)學(xué)、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、城市規(guī)劃等方面的知識(shí)。0引言問(wèn)題的提出

首先引入一個(gè)實(shí)際例子作為載體，圍繞它展開(kāi)工程結(jié)構(gòu)抗震話題的討論。例：河北沙河市第二中學(xué)科技樓總建筑面積11277平米，基底建筑面積1810平米。建筑層數(shù)：地上6層，無(wú)地下室。建筑高度：24.8米。房間功能分布：首層由閱覽室、多媒體教室、辦公室、門(mén)廳等組成；二~五層主要為教室，六層主要為辦公室。建筑總平面及各層平面示意圖見(jiàn)圖0-1、0-2。北立面、I-I剖面及透視見(jiàn)圖0-3。

SU模型設(shè)計(jì)標(biāo)高及層高：室內(nèi)外地坪高差0.6米；首層層高4.2米，二~六層3.8米，設(shè)備層3.6米，局部八層2.9米。結(jié)構(gòu)形式：擬采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，耐火等級(jí)為二級(jí)。采用條形基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)使用年限：50年墻體材料：室內(nèi)地面以上采用加氣混凝土砌塊，外墻250mm厚，內(nèi)墻200mm厚；室內(nèi)地面以下采用煤矸石實(shí)心磚。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)?；締?wèn)題地震可能給此建筑造成什么樣的危害？我們能夠采取那些有效的對(duì)策進(jìn)行設(shè)防？設(shè)防的程度與經(jīng)濟(jì)代價(jià)之間的分寸如何把握？震害

對(duì)策原則震因、規(guī)律、危害避、減、抗（耐）生命、經(jīng)濟(jì)、能力水平、標(biāo)準(zhǔn)、要求

§0.1地震的成因及分布規(guī)律

抗震設(shè)計(jì)是指通過(guò)設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)能夠抵抗一定程度的地震所造成的破壞。

0.1.1地震的成因

地震分為構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震和誘發(fā)地震。其中后三種較少見(jiàn)，并且震級(jí)較小，一般不對(duì)房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)成威脅。通常所說(shuō)的地震一般是指構(gòu)造地震。地震的成因：斷層說(shuō)、板塊構(gòu)造說(shuō)……。地球構(gòu)造

地層剖面斷層圖板塊圖地震序列：震源的能量釋放不是一次瞬間完成的，況且各種地震波在介質(zhì)中的傳播速度有快有慢，在分層介質(zhì)的界面上又有反射與折射，因此到達(dá)地面某一地點(diǎn)形成若干個(gè)具有一定持續(xù)時(shí)間的過(guò)程。其中能量最集中、震動(dòng)最劇烈的稱為主震，主震之前發(fā)生的稱為前震，主震之后發(fā)生的稱為余震。0.1.2地震的分類

除了上述按地震的成因劃分的4類地震之外，按震源深度分為深源地震（震源深度>300km）、中源地震（震源深度60~300km）和淺源地震（震源深度<60km）。

按地震序列的特點(diǎn)分為主震型、震群型、單發(fā)型（或孤立型）地震。

按劇烈程度分為：微震（1級(jí)）、有感地震（2~4級(jí)）、破壞性地震（5級(jí)以上）。7級(jí)以上稱為強(qiáng)烈地震，8級(jí)以上為特大地震?，F(xiàn)記錄到的最大震級(jí)為8.9級(jí)。0.1.3地震的分布規(guī)律世界范圍——環(huán)太平洋地震帶、地中海南亞地震帶；國(guó)內(nèi)——屬板塊內(nèi)地震，分布規(guī)律不十分明顯，大體上可分為南北和東西兩大地震帶。地震帶巖層斷裂帶。我國(guó)是多地震區(qū)，邯鄲處于太行山斷裂帶。0.1.4震源、震中、震中距、等震線地下地震的發(fā)源處為震源垂直于震源的地表為震中§0.2震害0.2.1地震災(zāi)害

上世紀(jì)以來(lái)，全世界破壞性強(qiáng)的地震平均每年18次，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)千億元。126萬(wàn)人死亡，近千萬(wàn)人嚴(yán)重傷殘。一次大地震可在數(shù)10秒鐘之內(nèi)使一座繁榮的城市變成廢墟，人們幾代人的積累和財(cái)富化為烏有。地震災(zāi)害直接災(zāi)害：震動(dòng)造成房屋被毀，地裂、滑坡、地陷、塌方等造成道路、礦山等的毀壞，海嘯摧毀港口、船只和近海岸的建筑物等等。次生災(zāi)害：油罐、輸氣管道破裂引起火災(zāi)，水壩決口引起水災(zāi)，玻璃碎片飛舞傷人，此外還有爆炸、核泄漏等等?！?.3地震對(duì)建筑物的危害及對(duì)策由于地表破壞直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。由于地基失效或沉陷而造成，如軟弱地基沉陷、砂土液化。由于建筑物各部位聯(lián)接的破壞，造成結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定、造成整體倒塌。由于主要承重構(gòu)件的強(qiáng)度、延性不足造成局部破壞或局部倒塌。通過(guò)選擇場(chǎng)地來(lái)解決（避）通過(guò)地基的處理、加固，選擇合理的基礎(chǔ)方案及進(jìn)行必要的地基抗震驗(yàn)算來(lái)解決。通過(guò)設(shè)計(jì)中選擇合理的結(jié)構(gòu)方案、合理的布置、合理的抗震措施解決。通過(guò)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)抗震承載力及延性計(jì)算、構(gòu)造措施保證強(qiáng)度、延性、構(gòu)造等。建筑選址、規(guī)劃根據(jù)文件和具體情況確定抗震設(shè)防水準(zhǔn)調(diào)整結(jié)構(gòu)方案根據(jù)相應(yīng)的設(shè)防水準(zhǔn)進(jìn)行地震作用計(jì)算計(jì)算地震作用下的內(nèi)力及變形，重力荷載和其他可變荷載作用下的內(nèi)力內(nèi)力組合，截面及節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算和變形驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根據(jù)構(gòu)造要求確定構(gòu)造細(xì)節(jié)，繪制施工圖

現(xiàn)行規(guī)范的抗御地震基本做法是：

1)、抗震方案設(shè)計(jì)（概念設(shè)計(jì)）

2)、采取抗震構(gòu)造措施（構(gòu)造設(shè)計(jì)）

3)、進(jìn)行抗震驗(yàn)算（計(jì)算設(shè)計(jì)）通過(guò)以上手段達(dá)到抗震的目的。這就是抗震設(shè)防。第1章

抗震設(shè)防水準(zhǔn)地震的劇烈程度怎樣描述？未來(lái)將要發(fā)生的地震危險(xiǎn)性如何估計(jì)？抗震設(shè)防的水準(zhǔn)與經(jīng)濟(jì)代價(jià)之間的分寸怎把握？§1.1特定地點(diǎn)地震強(qiáng)烈程度的描述 ——地震烈度1.1.1地震震級(jí)與地震烈度(1)、震級(jí)一次地震強(qiáng)弱的等級(jí)?，F(xiàn)國(guó)際上的通用震級(jí)表示為里氏震級(jí)（Richter）。用標(biāo)準(zhǔn)的地震儀在距震中100km處記錄最大水平位移A（以μm計(jì)）。震級(jí)M=lgA+R(⊿)

震級(jí)與能量的關(guān)系lgE=11.8+1.5M

震級(jí)差一級(jí)，能量差32倍之多。

(2)、**地震烈度烈度定義：某一地點(diǎn)地面震動(dòng)的強(qiáng)烈程度，由地面建筑的破壞程度、物體的振動(dòng)及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度而定?，F(xiàn)在主要由地面震動(dòng)的速度和加速度確定。

注意與震級(jí)區(qū)分。烈度表：分為12度（不同的國(guó)家的分度方法不同）1度為無(wú)感覺(jué)，12度為山河劇變，山河改觀，見(jiàn)P238烈度表。注意：12度分。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：人的感覺(jué)，房屋破壞，其它現(xiàn)象，物理指標(biāo)。6度開(kāi)始有破壞。加速度：10度為1000cm/s29度為500cm/s28度為250cm/s2

7度為125cm/s26度為63cm/s2

問(wèn)題：一建筑物可假定為剛體，質(zhì)量為100t，問(wèn)該建筑的地震力在6—9度時(shí)，分別為多少？1.1.2未來(lái)可能發(fā)生地震的烈度

已經(jīng)發(fā)生的地震可以明確地確定其烈度大小，而工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防是為了抵御將來(lái)可能發(fā)生的地震，而將來(lái)發(fā)生的地震是不確知的。如何準(zhǔn)確地預(yù)估將來(lái)發(fā)生的地震仍是一個(gè)大難題。（1）關(guān)于地震預(yù)報(bào)

人類研究地震雖已取得大進(jìn)展，但對(duì)地球本身的了解還太少，還不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震，目前的水平是“偶有成功，錯(cuò)漏甚多”。地震預(yù)報(bào)的分類（2）歷史地震活動(dòng)規(guī)律：活躍期和平靜期

1976年后，我國(guó)經(jīng)歷了十多年的平靜期，從90年開(kāi)始又進(jìn)入新的活躍期，已發(fā)生多起5級(jí)以上地震。關(guān)于上次課的問(wèn)題什么是直接災(zāi)害？什么是次生災(zāi)害？房屋的震害有哪幾類？各應(yīng)采取何對(duì)策？建筑抗震設(shè)計(jì)的大體內(nèi)容和步驟？什么是震級(jí)？什么是烈度？?jī)烧咧g的聯(lián)系與區(qū)別？烈度共分幾度？從幾度開(kāi)始設(shè)防？烈度與峰值加速度的關(guān)系？（3）基本烈度和烈度區(qū)劃圖未來(lái)將要發(fā)生的地震被看作隨機(jī)事件。***基本烈度：在50年期限內(nèi)，一般場(chǎng)地條件下可能遭遇超越概率為10%的地震烈度值。烈度區(qū)劃圖：按基本烈度劃分為不同的區(qū)。意義：做為抗震設(shè)防的依據(jù)。烈度區(qū)劃的方法：根據(jù)地震活動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造——?jiǎng)潪榛締卧治鲈谝欢〞r(shí)間內(nèi)各單元的發(fā)震震級(jí)、次數(shù)——各震級(jí)的影響范圍、烈度——?jiǎng)澇龅攘叶确秶Ａ叶葏^(qū)劃的影響因素

科技水平：對(duì)地震的認(rèn)識(shí)， 經(jīng)濟(jì)水平：國(guó)家的經(jīng)濟(jì)水平允許?？拐鹪O(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。一般情況下可采用基本烈度。抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)?！?.2三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)

按概率推測(cè)，烈度越高的地震發(fā)生的可能性越小。建筑抵御地震的能力越高，經(jīng)濟(jì)代價(jià)越大。若將過(guò)多的錢用于抵御將來(lái)幾乎不可能發(fā)生的大地震，顯然不上算。反過(guò)來(lái)，若為了省錢而使建筑難于抵御發(fā)生幾率較大的地震，顯然是難以接受的。所以要把握適當(dāng)?shù)姆执?。生命安全是底線，在發(fā)生概率較小的大地震影響下，房屋不能倒塌；在經(jīng)常發(fā)生的小規(guī)模地震影響下，我們不滿足于保住性命，應(yīng)該提出更高要求。1.2.1**多遇地震烈度、罕遇地震烈度及其與基本烈度的關(guān)系

某一地區(qū)的地震烈度是一個(gè)概率事件。 出現(xiàn)頻率最多的低于基本烈度的稱為多遇烈度； 很少出現(xiàn)的高于基本烈度的大的地震烈度稱為罕遇烈度。三種烈度的超越概率示意圖經(jīng)研究其分布函數(shù)可用極值III型表示?！卣鹆叶壬舷拗担?12I

—地震烈度;k—形狀參數(shù)ε—烈度概率密度曲線上峰值所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度基本烈度：超越概率為10%多遇烈度（眾值烈度）：超越概率63.2%比基本烈度小1.55度。罕遇烈度：超越概率為2~3%，比基本烈度高1度左右。1.2.2***三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)

當(dāng)遭遇多遇的、低于設(shè)防烈度的地震時(shí)，建筑物一般不受損壞或不需修理仍可使用；

當(dāng)遭遇設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用；

當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。小震不壞中震可修大震不倒1.2.3

**兩階段的常規(guī)設(shè)計(jì)方法：

第一階段，通過(guò)對(duì)多遇地震彈性地震作用下的結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度驗(yàn)算，保證小震不壞和中震可修。第二階段，通過(guò)對(duì)罕遇地震烈度作用下結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性變形驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施保證大震不倒。

設(shè)防范圍：6度，7度，8度，9度

6度一般只需按構(gòu)造考慮。10度區(qū)上的建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)做專門(mén)考慮。§1.3不同重要性的建筑應(yīng)區(qū)別對(duì)待

按建筑的重要性不同，而采用不同的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)人居住且很少有人在其中活動(dòng)的建筑（如儲(chǔ)存普通物品的倉(cāng)庫(kù)）與人員密集的建筑（如大商場(chǎng)）相比，發(fā)生破壞的后果是不一樣的；會(huì)引發(fā)次生災(zāi)害的構(gòu)筑物（如核電站）與普通的工業(yè)廠房（如金工車間）相比，發(fā)生破壞的后果顯然也是大不相同的。對(duì)于一些重要的結(jié)構(gòu)，花更大的代價(jià)以滿足更高的要求是值得的。1.3.1建筑抗震設(shè)防類別根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，分為以下四類：甲類建筑：地震破壞后對(duì)社會(huì)有嚴(yán)重影響，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有巨大損失或有特殊要求的建筑。乙類建筑：主要指使用功能不能中斷或需盡快回復(fù)，且地震破壞會(huì)造成社會(huì)重大影響和國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大損失的建筑。丙類建筑：地震破壞后有一般影響及其他不屬于甲、乙、丁類的建筑。丁類建筑：地震破壞或倒塌不會(huì)影響甲、乙、丙類建筑，且社會(huì)影響、經(jīng)濟(jì)損失輕微的建筑。一般為儲(chǔ)存物品價(jià)值低、人員活動(dòng)少的單層倉(cāng)庫(kù)等建筑。1.3.2建筑物設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：衡量抗震設(shè)防要求的尺度，由抗震設(shè)防烈度和建筑使用功能的重要性確定。甲類：地震作用計(jì)算以及抗震措施均應(yīng)高于本地區(qū)的設(shè)防烈度。乙類：按設(shè)防