CH1結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)解讀課件

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主講教師：劉美景東南大學(xué)成賢學(xué)院第1章結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)11/27/20231第一章結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)1.1地震基本知識(shí)1.2地震的基本術(shù)語(yǔ)1.3地震動(dòng)特性1.4工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.5中國(guó)地震的特點(diǎn)與地震災(zāi)害11/27/202321.1 地震基本知識(shí)地球的構(gòu)造，地震的類(lèi)型與成因，中國(guó)及世界的地震活動(dòng)。11/27/20233古登堡界面1.1.1地球的構(gòu)造

11/27/20234以地震成因分類(lèi)：

（1）構(gòu)造地震：由于地球內(nèi)部巖層的構(gòu)造變動(dòng)引起的地震，最主要的地震構(gòu)造地震成因。

（2）火山地震：由于火山爆發(fā)而引起的地震。

（3）陷落地震：由于地表或地下巖層突然發(fā)生大規(guī)模陷落和崩塌而造成的地震。

（4）誘發(fā)地震：由于大面積蓄水容易引發(fā)的地震。1.1.2 地震的類(lèi)型與成因11/27/2023511/27/20236巖石原始狀態(tài)受力后發(fā)生變形巖石斷裂產(chǎn)生振動(dòng)（回跳）構(gòu)造地震形成示意圖11/27/20237破壞性地震主要屬于構(gòu)造地震。據(jù)統(tǒng)計(jì)，構(gòu)造地震約占世界地震總數(shù)的90%以上。11/27/202381、環(huán)太平洋地震帶：占全球80～90％地震2、歐亞地震帶1.1.3 世界的地震活動(dòng)11/27/20239以上兩個(gè)地震帶釋放的能量，約占全球所有地震釋放能量的98%。11/27/2023101.1.4 我國(guó)的地震活動(dòng)1、南北地震帶：（賀蘭山～云南）

2、東西地震帶：（陜西、山西、河北～遼寧帕米爾～秦嶺～大別山）①臺(tái)灣省及其附近海域；②西南地區(qū)，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地區(qū)，主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓；④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；⑤東南沿海的廣東、福建等地。我國(guó)的地震活動(dòng)主要分布在五個(gè)地區(qū)的23條地震帶上。這五個(gè)地區(qū)是：11/27/20231111/27/202312了解震源、震中、震中距等概念，掌握地震波、地震波分類(lèi)、震級(jí)、地震烈度、基本烈度等術(shù)語(yǔ)。1.2 地震的基本術(shù)語(yǔ)11/27/202313震源——發(fā)生地震的地方震中——震源在地表的投影。震源深度——震源至地面的垂直距離。淺源地震：70km以?xún)?nèi)（世界上絕大部分地震是淺源地震）；中源地震：

70～300km以?xún)?nèi)；300km以上為深源地震。震源深度影響：淺震波及范圍小破壞程度大；深震波及范圍大而破壞程度小。1.2.1震源和震中11/27/202314地震是以地面發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)為特征的一種物理現(xiàn)象。震源震中震中距11/27/202315一、地震波構(gòu)成地震波：地震引起的振動(dòng)以波的形式從震源向各個(gè)方向傳播。分為體波和面波。體波是通過(guò)地球本體傳遞的波，包括縱波和橫波。面波為沿地表傳播的次生波，指洛夫(Love)波和瑞雷(Rayleigh)波。1.2.2地震波

11/27/202316二、地震波形式特點(diǎn)體波縱波是由震源向外傳遞的拉壓波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向一致。壓縮波(縱波、P波)11/27/202317剪切波(橫波、S波）橫波是由震源向外傳遞的剪切波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直。11/27/2023182.面波面波是指沿介質(zhì)表面(或地球地面)附近傳播的波，(隨深度迅速衰減)包含瑞雷(Rayleigh)波和洛夫(Love)波兩種。一般認(rèn)為是體波經(jīng)地層界面形成的次生波。(a)瑞雷波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)(b)洛夫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)11/27/202319地震波示意圖11/27/2023203.地震波傳播速度地震波記錄圖11/27/2023211.2.3震級(jí)震級(jí)：表示一次地震本身強(qiáng)弱程度的大小和尺度。里氏震級(jí)：震級(jí)與地震釋放能量E之間存在關(guān)系：11/27/202322按震級(jí)的地震分類(lèi)微震——2級(jí)以下有感地震——2－4級(jí)有破壞性地震——5級(jí)以上強(qiáng)烈地震——7級(jí)以上特大地震——8級(jí)以上11/27/2023231.2.4地震烈度1.定義及影響因素一次地震對(duì)某一地區(qū)的影響和破壞程度稱(chēng)地震烈度，簡(jiǎn)稱(chēng)為烈度。用I表示。2.地震烈度表11/27/202324無(wú)感1室內(nèi)個(gè)別靜止中的人感覺(jué)2懸掛物微動(dòng)門(mén)、窗輕微作響室內(nèi)少數(shù)靜止中的人感覺(jué)3懸掛物明顯擺動(dòng)，器皿作響門(mén)、窗作響室內(nèi)多數(shù)人感覺(jué)。室外少數(shù)人感覺(jué)。少數(shù)人夢(mèng)中驚醒43（2-4）31（22-44）不穩(wěn)定器物翻倒門(mén)窗、屋頂、屋架顫動(dòng)作響，灰土掉落。抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫室內(nèi)普遍感覺(jué)。室外多數(shù)人感覺(jué)。多數(shù)人夢(mèng)中驚醒56（5-9）63（45-89）河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫。飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水。地面上有的磚煙囪輕度裂縫掉頭損壞——個(gè)別磚瓦掉落、墻體微細(xì)裂縫驚惶失措，倉(cāng)皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出現(xiàn)坍方。飽和砂層常見(jiàn)噴砂冒水。松軟土上地裂縫較多。大多數(shù)磚煙囪中等破壞輕度破壞——局部破壞開(kāi)裂，但不妨礙使用大多數(shù)人倉(cāng)皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂縫。大多數(shù)磚煙囪嚴(yán)重破壞中等破壞——結(jié)構(gòu)受損，需要修理?yè)u晃顛簸，行走困難850（36-71）500（354-707）干硬土上有許多地方出現(xiàn)裂縫，基巖上可能出現(xiàn)裂縫?；隆⑻匠Ｒ?jiàn)。磚煙囪出現(xiàn)倒塌嚴(yán)重破壞——墻體龜裂，局部倒塌，修復(fù)困難坐立不穩(wěn)。行動(dòng)的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震斷裂出現(xiàn)。基巖上的拱橋破壞。大多數(shù)磚煙囪從根部破壞或倒毀倒塌——大部倒塌，不堪修復(fù)騎自行車(chē)的人會(huì)摔倒。處不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)摔出幾尺遠(yuǎn)。有拋起感10地震斷裂延續(xù)很長(zhǎng)。山崩常見(jiàn)?；鶐r上的拱橋毀壞毀滅11地面劇烈變化，山河改觀12個(gè)別：10%以下少數(shù)：10%——50%多數(shù)：50%——70%大多數(shù)：70%——90%普遍：90%以上速度加速度

其它現(xiàn)象

一般房屋

人的感覺(jué)烈度11/27/202325震中烈度、震級(jí)與地震影響的關(guān)系（1）5.0-5.4級(jí)地震，震中烈度多為六度，其面積小于500平方公里。（2）5.5-5.9級(jí)地震，震中烈度多為七度，其面積不超過(guò)200平方公里；六度區(qū)面積也只有數(shù)百平方公里。（3）6.0-6.4級(jí)地震，震中烈度多數(shù)為八度，其面積幾十平方公里；七度區(qū)不超過(guò)200平方公里，六度區(qū)數(shù)百平方公里，如震中烈度為七度，則與5.5-5.9級(jí)地震結(jié)果相同。（4）6.5-6.9地震，震中烈度一半為八度，結(jié)果與6.0-6.4級(jí)地震一樣；另一半為九度，其面積小于100平方公里，八度區(qū)不超過(guò)500平方公里，七度區(qū)則在1500平方公里以?xún)?nèi)。（1）5.0-5.9級(jí)地震造成人員傷亡者占24%。而僅引起人員死亡的地震更少，只占11.5%。一次5級(jí)多地震中死亡人數(shù)最多為117人，而死亡29人以上的地震都發(fā)生在夜間。

（2）6.0-6.9級(jí)地震有43%造成人員傷亡，而只有人員死亡僅占35%，一次地震死亡人數(shù)最多為600人。震級(jí)與傷亡的關(guān)系11/27/2023263.基本烈度一個(gè)地區(qū)未來(lái)50年內(nèi)一般場(chǎng)地條件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值稱(chēng)為該地區(qū)的基本烈度。用Ib表示。相當(dāng)于475年一遇的最大地震的烈度。各地區(qū)的基本烈度由《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001)確定。（下圖是原中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖）基本烈度也稱(chēng)為偶遇烈度或中震烈度。11/27/202327《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》11/27/202328地震動(dòng)特性：地震加速度、速度和位移波形。一、最大幅值——描寫(xiě)地震地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度的最直觀的參數(shù)，在抗震設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程反應(yīng)分析時(shí)，往往要給出輸入的最大加速度峰值。1.3地震動(dòng)特性加速度波形的三大要素：幅值、頻譜、持續(xù)時(shí)間。11/27/202329二、頻譜特性(a)軟土(b)硬土頻率頻率11/27/202330三、持續(xù)時(shí)間：

結(jié)構(gòu)物從開(kāi)裂到倒塌，往往要經(jīng)歷幾次、幾十次甚至幾百次的反復(fù)振動(dòng)過(guò)程，即使結(jié)構(gòu)最大變形反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到靜力破壞時(shí)的最大變形，但結(jié)構(gòu)可能由于長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)和反復(fù)變形而發(fā)生倒塌破壞。11/27/202331基本術(shù)語(yǔ)地震影響和抗震設(shè)防烈度建筑分類(lèi)多遇地震烈度和罕遇地震烈度抗震設(shè)防目標(biāo)兩階段抗震設(shè)計(jì)方法基于性能的抗震設(shè)計(jì)1.4工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防（重點(diǎn)）11/27/202332抗震設(shè)防烈度：作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：衡量抗震設(shè)防要求的尺寸，由抗震設(shè)防烈度和建筑使用功能的重要性確定。地震作用：地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用，包括水平、豎向和扭轉(zhuǎn)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。1.4.1基本術(shù)語(yǔ)11/27/202333設(shè)計(jì)基本地震加速度：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)曲線下降段起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期值?？拐鸫胧簽榱私Y(jié)構(gòu)抗震所采取的措施，除了地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容。抗震構(gòu)造措施：為了提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抗震性所采取的各種細(xì)部要求。場(chǎng)地:工程群體所在地。11/27/202334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)的地震烈度稱(chēng)為設(shè)防烈度，用Id表示。）規(guī)范規(guī)定：一般情況下，可采用《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》中的地震基本烈度。對(duì)已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，可按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)防。設(shè)防烈度的取值依據(jù)：規(guī)范規(guī)定：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)1、抗震設(shè)防烈度1.4.2地震影響和抗震設(shè)防烈度11/27/202335抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系：抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度設(shè)計(jì)基本加速度值/g0.050.10（015）0.20（0.30）0.40注：g為重力加速度。11/27/2023362、地震影響建筑所在地區(qū)遭受的地震影響，應(yīng)采取相應(yīng)于抗震設(shè)防烈度的設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期或規(guī)定的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)來(lái)表征。建筑的設(shè)計(jì)特征周期應(yīng)根據(jù)其所在地的設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類(lèi)別確定。11/27/202337設(shè)計(jì)地震分組在宏觀烈度大體相同條件下，處于大震級(jí)遠(yuǎn)離震中的高聳建筑物的震害比中小級(jí)震級(jí)近震中距的情況嚴(yán)重的多。設(shè)計(jì)地震分三組對(duì)于Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，第一、二、三組的設(shè)計(jì)特征周期分別為：0.35s、0.40s、0.45s.南京市屬第一組。6度近震6度遠(yuǎn)震7度近震7度遠(yuǎn)震11/27/202338規(guī)范附錄中列出了我國(guó)主要城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度。如：11/27/2023391.4.3建筑分類(lèi)1.抗震設(shè)防分類(lèi)

國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部在2008年7月30日公布了《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》GB50223-2008。該標(biāo)準(zhǔn)主要以地震中和地震后房屋的損壞對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響的程度大小，將建筑分成4個(gè)抗震設(shè)防類(lèi)別。特殊設(shè)防類(lèi)—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（如產(chǎn)生放射性物質(zhì)的污染、大爆炸）特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱(chēng)甲類(lèi)。11/27/202340重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)——指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(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。簡(jiǎn)稱(chēng)乙類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)——指大量的除甲、乙、丁類(lèi)以外按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)防的建筑。簡(jiǎn)稱(chēng)丙類(lèi)。適度設(shè)防類(lèi)——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)。11/27/202341應(yīng)允許比本地區(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)降低丁類(lèi)應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度度的要求丙類(lèi)一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高1度的要求；當(dāng)9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求，對(duì)較小的乙類(lèi)建筑，當(dāng)其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類(lèi)型時(shí)，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施乙類(lèi)當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(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)防更高的要求甲類(lèi)抗震措施較小乙類(lèi)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(lèi)型指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。

抗震措施:除結(jié)構(gòu)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：一般不須計(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。11/27/202342地震作用一般情況下仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求丁類(lèi)

應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求丙類(lèi)

應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求乙類(lèi)

按地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定甲類(lèi)

地震作用在設(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。11/27/2023431.4.4多遇地震烈度和罕遇地震烈度一、中國(guó)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)原則：在建筑物使用壽命期間，對(duì)不同頻度和強(qiáng)度的地震，要求建筑物具有不同水平的抵抗能力。11/27/202344

三種烈度關(guān)系示意圖11/27/202345一、抗震設(shè)防目標(biāo):確定抗震設(shè)防目標(biāo)：合理的設(shè)防目標(biāo)既能有效減輕地震破壞，又能合理使用資金。是以現(xiàn)有的社會(huì)科學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)條件為前提的。1.4.5抗震設(shè)防目標(biāo)11/27/202346當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損傷或不需修理仍可繼續(xù)使用當(dāng)遭受本地區(qū)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)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。又稱(chēng)為三水準(zhǔn)的設(shè)防要求，“小震不壞，中震可修，大震不倒”。中國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2001)設(shè)防目標(biāo)11/27/202347

根據(jù)不同的水準(zhǔn)用不同抗震設(shè)計(jì)方法和要求來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱(chēng)為三水準(zhǔn)、二階段抗震設(shè)計(jì)方法。第一水準(zhǔn) 建筑物在遭受頻度較高、強(qiáng)度較低的多遇地震時(shí)，一般不損壞也不需修理，結(jié)構(gòu)在彈性階段工作，可按線彈性理論進(jìn)行分析，用彈性反應(yīng)譜求地震作用，按強(qiáng)度要求進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并復(fù)核結(jié)構(gòu)變形。1.4.6兩階段抗震設(shè)計(jì)方法11/27/202348第二水準(zhǔn)

建筑物在遭受基本烈度的地震影響時(shí)，允許結(jié)構(gòu)部分達(dá)到或超過(guò)屈服極限，或者結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件發(fā)生裂縫，結(jié)構(gòu)通過(guò)塑性變形消耗地震能量，結(jié)構(gòu)的變形和破壞程度發(fā)生在可以修復(fù)使用的范圍之中。本水準(zhǔn)的設(shè)防要求主要通過(guò)概念設(shè)計(jì)和