《建筑结构抗震设计》课件(上).ppt
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1、,建筑结构抗震设计 【上】,学习本课程目的,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;,培养运用规范、标准,查阅技术资料的能力和抗震计算能力;,了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、计算方法的发展趋势。,工程结构抗震设计主编 柳炳康 沈小璞 武汉理工大学出版社,建筑抗震设计编著 郭继武 建工出版社,建筑抗震设计规范GB500112001,混凝土结构设计规范GB500102002,建筑地基基础设计规范GB50072002 建工出版社,参考教材,第一章 抗震设计基本知识,1.1 地震灾害概述,1.2 地震的一些基本概念,1.3 震级与烈度,1.4 设计地震分组,1.5
2、地震的破坏作用(震害现象),1.7 建筑抗震概念设计,1.6 抗震设防的基本要求,1.1 地震灾害概述,一、地震是群灾之首,灾害,自然灾害,人为灾害,1、人为灾害:,火灾、污染(大气、水、海洋)、核泄漏、战争等,地震灾害是群灾之首,它具有突发性和不可预测性,以及频度较高,并会产生严重次生灾害,对社会也会产生很大影响等特点。,台湾, 死亡2400人,经济损失94亿美元。,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4层楼公寓上。西侧楼5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8米
3、到10米,且柱子数量偏少。,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型平面大楼上,柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少,间距太大。,柱子内埋设管线(水、排水、电、煤气、电话)等,虽然节省了空间,但大大降低了柱子的有效承重截面积,造成破坏。,唐山大地震,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
4、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。,唐山市文化路青年宫,为砖混结构的二层楼房,7.8级地震时倒塌一层,7.1级地震时除四根门柱外,全部坍塌。,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 。,唐山市开滦煤矿救护楼,为砖混结构人字木屋架的三层楼房,墙倒顶塌。,唐山市河北省煤矿设计院,砖混结构的楼房局部倒塌。,唐山地区交通局,砖混结构的三层办公楼遭到破坏。(此处为
5、唐山地震重点保护遗迹之一。),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。(此处为唐山地震重点保护遗迹之一。),唐山市机车车辆厂震后概貌。,震后工厂厂区,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。,为了
6、省钱,近年兴建的建筑物没有抗震结构,使地震的伤亡加重。,震后现场情况,座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。,7.9地震造成达180公里的破碎带,水平和垂直错距都很大,引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏,同时造成建筑物的大量毁坏。,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。,地震时河床变形,导致跨河公路桥梁跨塌。,人员伤亡惨重,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7300人,直接经济损失300亿美元,保险损失104亿美元。,1995年11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
7、亿美元。,美国加州北岭地震(7.0级),日本阪神地震(7.2级),1960年5月21日6月22日在智利发生了里氏8.9级的地震,是二十世纪震级最大的震群型地震,也是1900年有记录以来全球最强烈的地震。该大地震群由7次7级以上地震组成,其中8级以上地震二次,最大震级8.9级,共造成6000人死亡,损失6.8亿美元。接连发生的大地震在瑞尼湖区引发了大型滑坡,滑坡体填入湖盆使湖水上涨外溢,淹没了瓦尔的维亚城,造成全城100万人无家可归。震中在康塞普西翁,这次地震有两个很突出的特点:一是接连发生了3个大于8级的地震,二是海浪波及甚远。从5月21日至6月22日,共发生过10次7级以上的地震,其中3次超
8、过8级。5月22日的地震,震级达8.9级。这次地震破坏最重的地区是从圣地亚哥到蒙特港等地。地震时产生的海啸越过太平洋,日本海岸遭到的海啸浪高达4米,造成巨大灾害。,2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛发生地震引发大规模海啸,到29日为止的统计数据显示,印度洋大地震和海啸已经造成6.8万人死亡,这可能是世界近200多年来死伤最惨重的海啸灾难。 这场突如其来的灾难给印尼、斯里兰卡、泰国、印度,马尔代夫等国造成巨大的人员伤亡和财产损失。这可能是世界近200多年来死伤最惨重的海啸灾难。到2006年末为止的统计数据显示,印度洋大地震和海啸以及所造成的瘟疫灾害已经造成近30万人死亡,这可能是世界近2
9、00多年来死伤最惨重的海啸灾难,也是世界灾难史上较悲壮的一次,死亡人数已经超过1976年中国唐山大地震造成24.2万人的遇难。,二、我国的地震情况,1.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。,全世界地震主要分布于以下两个带:,(1)环太平洋地震带:,(2)喜马拉雅地中海地震带(欧亚地震):,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。除分布在环太平洋地震活动带的中源地震以外,几乎所有其他中深源地震和大的浅源地震都发生在这一活动带上。,(1)环太平洋地震带:,包括南北美洲的
10、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。全球约80浅源地震和90中源、几乎所有深源地震都集中在这一地震带上。,(2)喜马拉雅地中海地震带(欧亚地震):,喜马拉雅地中海地震带,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%。,2.我国是一个地震灾害最严重的国家,1976年河北唐山地震(7.8级)死亡24.2万人。,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。1900年以来,中国死于地震的人数达55万之多,占全球地震死亡人数的53%;1949年以来,100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、
11、直辖市),其中涉及东部地区14个省份,造成27万余人丧生,占全国各类灾害死亡人数的54%,地震成灾面积达30多万平方公里,房屋倒塌达700万间。,20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。,1920年宁夏海原地震(8.5级)死亡23.4万人。,3.我国的地震活动地区,东南沿海的广东、福建等地。,我国东临环太平洋地震带,南接欧亚地震带,地震区分布广, 地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。,这五个地区是:,台湾省及其附近海域;,西南地区,主要是西藏、四川西部和云南中西部;,西北地区,主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓;,华北地区,主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一
12、带、 山东中部和渤海湾;,结构工程师的任务,3.对已存在的工程结构作抗震鉴定、抗震加固。,抗震减灾工作应依法进行。,中华人民共和国防震减灾法 (1997年12月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过),1.对地震区域作抗震减灾规划;,2.对新建筑工程作抗震设计;,第十七条 新建、扩建、改建建设工程,必须达到抗震设防要求。,第十九条 建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计,并按照抗震设计进行施工。,第四十五条 违反本法规定,有下列行为之一的,由县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关专业主管部门按照职责权限责令改正,处一万元以上十万元以下的罚款:,(一)不按
13、照抗震设计规范进行抗震设计的;,(二)不按照抗震设计进行施工的,一、地球的构造,地球是一个半径约为6400Km的椭圆球体,由三层不同的物体组成,平均半径厚约3500Km,(1)表面层:很薄的地壳,平均厚3040Km,厚约2900Km,(2)中间层:地幔,(3)内层:地核,1.2 地震的一些基本概念,1、地壳:,表面:沉积层,上部:花岗岩岩层 平均厚度30 40km,世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的地壳内。,各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。,下部:玄武岩岩层,2、地幔:,主要由质地坚硬的橄榄岩组成。,地幔内部的物质在热状态和不均衡的压力作用下缓慢的运动着。(地震产生的根源),3、地核:,地
14、球的核心,分外核(厚2100Km)和内核(厚1400Km),地震观测发现:地震横波不能通过外核,地震仅发生在地球的地壳和地幔上部(700km),地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 。,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。1906年1月31日南美厄瓜多尔哥伦比亚边界和1933年3月2日日本三陆东边海中也曾发生8.9级地震。,二、什么是地震?,一般发生在地壳和地幔表层的坚硬岩
15、层内,是在地幔对流等因素产生巨大能量作用下,岩层中积聚的地应力超过岩层的强度极限时,岩层便发生断裂、错动,造成构造地震。,对于地应力的产生较为公认的是板块构造说:,地球表面的岩石层不是一块整体,而是由六大板块和若干小板块组成。六大板块即为欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。,由于地幔的对流,这些板块在地幔软流层上缓慢而持久地相互运动着。由于它们地边界是相互制约的,因而板块之间处于拉张、挤压和剪切状态,从而产生了地应力。,地球上的主要地震带就处在这些大板块的交界地区。,三、什么叫震源、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
16、其附近的地方称为震中区,也称极震区,其振动 最剧烈,破坏最严重 ;,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,烈度相同点的外包连线叫 等震线;,抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值称为设计特征周期。,从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。,按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度;,50年设计基准期超越概率10的地震加速度的设计取值为设计基本地震加速度;,四、地震分类,地震,天然地震,诱发地震,(一)、按地震成因分类,构造地震,火山地震,陷落地震,1.构造地震:,由于地壳运动使地
17、壳某些部位的地应力,不断加强,当弹性地应力的积聚超过岩石的强度极限时,岩层就会发生突然断裂和猛烈错动,引起振动。振动以波的形式传到地面,造成地震。,破坏性地震主要属于构造地震,占世界地震总数的 90%以上。,地下岩层断裂时,往往不是沿着一个平面发生,而是 形成一个由一系列裂缝组成的破碎地带。岩层发生断裂、错动时,整个破碎地带的岩层不可能同时达到新的平衡状态。因此,每次大地震的发生一般都不是孤立的,大地震前后在发震区,总是会有很多次中小地震发生。,地震序列中,最大的一次地震叫主震,主震之前发生的 地震为前震,主震之后发生的 地震为余震,按地震能量 释放的特点,主震型,震群型,孤立型,主震震级突出
18、,释放的能 量占全序列的绝大部分,主震震级不突出,能量由 多个震级相近的地震释放,前震、余震稀少,能量释 放基本通过主震一次释放,在上述三种类型地震中,主震型约占60,震群型(多发型)占30,而孤立型(单发型)占10。,2.火山地震,由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震,这类地震只占全世界地震的7%左右。,1914年日本樱岛 火山爆发, 产生的震动 相当于一 个6.7级地震。,3.陷落地震,由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小,次数也很少。,4、诱发地震,因人为因素直接造成的地震是人工地震。,如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进
19、行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。,1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为6.1级。,(二)、按震源的深浅:,一年中全世界所有地震释放能量的约85来自浅源地震;,地震,浅源地震:,中源地震:,深源地震:,震源深度超过300Km,震源深度在70300Km,震源深度在70Km以内,一年中全世界所有地震释放能量的约12来自中源地震;,一年中全世界所有地震释放能量的约3来自浅源地震。,浅源地震波及范围小,但破坏力大;深源地震波及范围大,但破坏力小。,2002年6月29日晨1:20发生于吉林的7.2级地震,震源深度为540km,无
20、破坏。,目前有记录的最深震源达720公里。,1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震,震源深度为3km。震中烈度为9度,震中破坏极为严重,但破坏仅局限在震中8km内。,1974年4月22日我国江苏溧阳发生了与其震级相近的地震,震源深度为18km。震中烈度仅7度强,在离 震中20Km范围内有所破坏,五、地震波,地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震方向引起的振动是以波的形式从震源向各个传播并释放能量。,地震波,体波:,面波:,在地球内部传播,在地球表面传播,纵波(P波),横波(S波),横波特点:周期长、振幅大、 波速慢,100-800m/s,其振动 方向与波传播
21、方向垂直, 引起地面水平方向振动。,纵波特点:周期短、振幅小、 波速快,200-1400m/s,其振 动方向与波传播方向一致, 引起地面垂直方向振动。,面波:,面波是体波经地层界面多次反射形成的次生波。,包括瑞利波(R波)和洛夫波(L波)。比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。,杂波,P波开始,S波开始,面波开始,1.3 震级与烈度,一、 地震震级,1.定义:,反映一次地震本身大小的等级,用M表示,目前,国际上比较通用的是里氏震级,是1935年美国加州理工学院的里希特给出的。如,在震中100km纪录的最大水平地动位移为A=10mm,则该次地震震级为M=lg104=4。
22、,式中:A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移,单位为微米。,2.震级与能量的关系,能量E的单位:尔格(1尔格= ),能量越大,震级就越大;震级相差一级,地面振幅增加约10倍,而能量相差约32倍。,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,3.按震级的地震分类,微震- 2级以下,人感觉不到,有感地震- 2-4级,人有感觉,破坏性地震- 5级以上,对建筑物会引起不同程度破坏,强烈地震- 7级以上,产生一定程度的破坏,特大地震- 8级以上,产生破坏,由于震源深浅、震中距大小等不同, 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,二、 地震烈度,一般而言
23、,震级越大,烈度就越大。同一次地震,震中距小烈度就高,反之烈度就低。影响烈度的因素,除了震级、震中距外,还与震源深度、地质构造、地基条件、建筑物的动力特性、施工质量等因素有关。,1.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度, 简称为烈度。用I表示,是衡量地震引起后果的一种标度。,2.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在1980年制定了中国地震烈度表。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,个别:10%以下 少数:10%50% 多数:50%70% 大多数:70%90% 普遍:90%以上,3.基本烈度,一个地区未来50年内在一般场地条件下可能遭受的具有10
24、%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度Ib。,各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图(GB18306-2001)确定。,(下图是原中国地震烈度区划图),基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据 的地震烈度称为设防烈度,用Id表示。) 设防烈度的取值依据:规范规定:一般情况下,可采用中国地震动参数区划图 中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的 城市,可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。,4.设防烈度,中国地震烈度区划图,规范规定 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,建筑所在地区在设计基准期(50年)内出现的频度最 高的烈度。也称为常遇
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