建筑结构抗震

•地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极大的突发性自然灾害，地震造成生命、财产损失的直接原因是建筑物的剧烈震动、破坏倒塌。•目前预测工作没有发展到准确预报的程度。随着我国城市化的发展，人口和财富向城市高度集中，基础设施高度发达，地震造成的后果将日益严重。•我国是一个地震多发、震害严重的国家，抗震防灾是一项特殊的社会公益事业，它关系着经济发展和社会稳定。建筑结构抗震设防是减轻地震灾害的重要途径。•科学界多年的研究成果形成了一门学科——地震工程学。它包含工程地震和结构抗震两方面内容。•工程地震主要研究：地震危险性分析、地震区划、潜在震源区地震活动规律、地震动工程参数的选择及估计等。•结构抗震主要研究：建筑场地动力性能与抗震设计关系、构件与结构动力特性、结构动力破坏机制、结构地震反应分析理论与抗震设计方法等。•建筑结构抗震设计是综合了地震成因，强烈地面运动，结构物的动力特性和地震反应等方面的研究成果而发展起来的一门多科性的学科，它涉及地球物理学、地质学、地震学、工程力学（结构动力学、材料力学、结构静力学）、工程结构学（钢筋混凝土结构、钢结构、地基与基础）、施工技术等多方面的知识。•《建筑结构抗震设计》是土木工程专业一门重要的专业主干课。学习本课程的主要目的是通过介绍地震作用计算的基本原理及结构抗震的设计方法，培养学习者掌握建筑结构抗震设计方面的基本理论知识和设计应用能力而设置的一门课程，从而能贯彻执行我国的相关法律、规范，对地震区作抗震减灾规划，掌握防止或减少建（构）筑物由于地震而造成的破坏的技能，使建筑经抗震设防后，能尽可能地减轻震害，避免人员伤亡，减少经济损失。•掌握结构抗震的基本知识、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、方法的发展趋势。地球平均半径约6400km，内部由三个圈层组成。1、地壳：地球最表面的一层，很薄，厚度各处不一，约5-40km,一般厚度为5-40km，平均厚度约为30km。主要由各种不均匀的岩石组成：沉积岩→花岗岩→玄武岩等。绝大部分地震都发生在地壳内。2、地幔：中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。主要由具有粘弹性性质的质地比较坚硬的橄榄岩组成。其上部存在一个约几百公里厚的软流层。地幔内部的物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢运动，可能是造成地壳运动的根源。§1.1地震与地震动1.1.1地震类型与成因3、地核：地球最里面的一层，半径约为3500km，是地球的核心部分。可分为外核（厚2100km）和内核（厚1400Km），其主要构成物质是镍和铁。根据推测，外核可能处于液态，内核可能处于固态。地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不能通过液体）。什么是地震？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。什么叫震源、震中、震中距？震源：地壳岩层发生断裂破坏、错动，产生剧烈振动的地方，称为震源。震中：震源正上方的地面位置称为震中。极震区：在震中附近，振动最剧烈、破坏最严重的地区，叫极震区。■震中距：地面某点至震中的距离称为震中距。■震源深度：震中到震源的距离或震源到地面的垂直距离,称为震源深度。一、地震成因地震是地球动力作用的产物内动力——构造地震、火山地震外动力——塌陷地震（地下溶洞、矿坑、矿井的崩塌）人类工程活动——诱发地震（水库，城市、油田的抽水、注水，人工爆破、爆炸等）构造地震的成因板块构造运动假说地壳由六大板块组成。这些板块在地幔对流等因素产生的巨大能量作用下产生运动，使板块之间相互挤压和错动，致使其边缘附近的岩石层脆性破裂而引发地震。断层假说在地幔对流等因素产生的巨大能量作用下，使地壳和地幔上部的岩石层发生皱褶变形，当积聚的地应力超过岩石的极限强度时，岩石层便发生脆性断裂，猛烈回弹错动，从而引起振动，以波的形式向地面传播，形成地震。二、地震的分类1、按成因分类：1）构造地震：由于地壳构造运动使深部岩石薄弱部位的应变超过容许值，岩层发生断裂、错动而引起的地面振动。破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约占世界地震总数的90%以上。2）火山地震：由于火山作用，如岩浆猛烈冲出地面、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，在我国很少见。3）诱发地震：因人为因素如由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进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。4）陷落地震：由于地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震，如地下溶洞或旧坑崩塌引起。这类地震的震级很小，造成的破坏很少，次数也很少，约占3%。构造地震破坏力大，影响范围广，建筑抗震设计中仅限于讨论构造地震作用下建筑的设防问题。后两种地震影响范围和破坏程度相对较小。2、按震源深度分类：1）浅源地震：震源深度小于70千米的地震。全世界85%以上的地震都是浅源地震。浅源地震波及范围小，但破坏力大。2）中源地震：震源深度在70至300千米的地震，占12%，破坏性大。3）深源地震：震源深度300km，占3%。震源深，波及范围大，破坏性小。92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部。目前观测到的最深地震发生在地下720km左右。3、按地震序列分类：地震时弹性应变能，以波的形式释放扩散，经多次反射、折射形成持续过程，加之断裂错位不是瞬间完成的，故在一定时间内（几十天或数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。在一个地震序列中，最大的一次地震称为主震。主震之前发生的地震称为前震。主震之后发生的地震称为余震。主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。这是一种常见的破坏性地震类型。震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级不突出，主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的。三种类型地震中：主震型地震约占60%，多发型地震约占30%，单发型地震约占10%。地震序列的认识和判别对预报地震和预防地震都很重要。地震波：地震产生的地壳运动（振动）以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波称为地震波。地震波包含：体波和面波。1、体波：在地球内部传播的波。纵波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，又称为压缩波或疏密波。特点：周期短，振幅小，波速快,引起地面竖向颠簸。纵波也叫初波横波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，故又称为剪切波。特点：周期较长，振幅较大，波速慢,引起地面水平摇晃。横波也叫次波。体波横波（S波）纵波（P波）2、面波：只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。特点：周期长，振幅大，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。建筑物破坏主要是由面波造成。瑞雷波：传播时，质点在波的传播方向和地面法线组成的平面内（XZ）做椭圆形运动，而在与XZ平面垂直的水平方向（Y）没有振动，质点在地面上呈滚动形式。洛夫波：传播时，质点只在与传播方向相垂直的水平方向（Y）运动，在地面上呈蛇形运动形式。面波瑞利波（R波）乐夫波(L波)从实际地震时记录到的地震波可以看出，首先达到的是纵波（初波、P波），接着是横波（次波、S波），面波达到的最晚。一般情况下，当横波或面波达到时，振幅增大，地面振动最猛烈，造成的危害也最大。杂波P波开始S波开始面波开始地震动：由地震波传播引起的地面运动。一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。地震地面运动的一般特征概括为：1.地面运动最大加速度：决定强震时作用于结构的地震力2.地面运动的周期：对结构地震反应起重要作用3.强震的持续时间：对建筑物的破坏程度有较大的影响定义：震级是表示一次地震本身强弱程度或大小的尺度，也是表示一次地震释放能量的多少，是一个衡量地震强度的指标，用M表示。一次地震只有一个震级。目前，国际上比较通用的是里氏震级，在1935年由查尔斯·里克特（1900～1985年）给出定义，即地震震级为M=lgA式中A是标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800倍的地震仪）在距震中100km处记录的以微米（1微米=10-6m）为单位的最大水平地动位移（单振幅）。地震按震级大小分类（1）微震：小于2级，人感觉不到，只有仪器才能记录下来。（2）有感地震：2-4级，人能感觉到。（3）破坏性地震：5级以上地震，能够引起不同程度破坏。（4）强烈地震或大震：7级以上地震。（5）特大地震：8级以上地震。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。定义：指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，简称为烈度。一般而言，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、地震的传播介质、表土性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素有关。震级与烈度的区别：一次地震只有一个震级，但不同的地点会有不同的烈度。地震烈度表地震烈度表是评定地震烈度的标准和尺度。它以描述震害宏观现象为主，即根据建筑物的破坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具的动作反应等进行区分。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。如水平向的加速度10度为1000cm/s29度为500cm/s28度为250cm/s27度为125cm/s26度为63cm/s2我国在1980年制定的《中国地震烈度表》将地震烈度分为1-12度（不同的国家的分度方法不同）。基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。地震区划：是指根据历史地震、地震地质构造和地震观测资料，在地图上按地震情况的差异划出的不同区域。《中国地震动参考区划图》，是确定我国城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组的依据，具有法律效应。郑州地区抗震设防烈度为7度，地震动加速度为0.1g抗震设防烈度和设计基本地震加速度的对应关系抗震设防烈度6度7度8度9度设计设计基本地震加速度值0.05g0.1g（0.15g）0.2g（0.3g）0.4g设计地震分组：是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。6度近震6度远震7度近震7度远震在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。设计地震分三组，对于Ⅱ类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.一、灾害分为自然灾害和人为灾害。•人为灾害：火灾、污染（大气、水、海洋）、核泄漏、战争等。•自然灾害：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，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。•地震是一种普遍的自然现象地震是地球内部构造运动的产物，是一种普遍的自然现象。全世界每年发生约500万次地震。其中：破坏性的大地震平均每年约18~20次。地震又是一种突发的自然灾害。•现代科技的发展，虽能对地震的发生进行预测，但准确地预报何时、何地将发生何种强度的地震一般是很困难的。这主要是由于地壳运动的复杂性，以及现代科学技术水平的局限性。•因此，破坏性地震常常是突然发生的。•目前，科学技术上还无法控制地震的发生。每次地震都会给人类社会带来灾难。二、全世界地震带主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震带（2）欧亚地震带这两个地震带释放的能量，约占全球所