建筑结构抗震设计第一章抗震设计的基本知识和基本要求

建筑结构抗震设计哈尔滨工业大学土木工程学院防灾减灾与工程力学教研室张金生2003年7月建筑结构抗震设计目录第一章抗震设计的基本知识和基本要求第二章场地、地基与基础第三章地震作用与结构抗震验算第四章砌体结构的抗震设计第五章钢筋混凝土结构的抗震设计第六章隔震结构简介建筑结构抗震设计抗震工程学是将地球物理学、地质学、地震学、工程力学（材料力学、结构静力学、结构动力学）、结构工程学（钢筋混凝土结构学、钢结构学、地基与基础）、施工技术等多方面理论予以综合，针对建造的建筑物在地震作用下必须安全这一目的而产生一门科学体系。学习本门课要达到如下目的1.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；2.培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力；3.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。引致灾害的自然作用灾害类別气象方面极端雨量太多洪灾太少干旱极端气温太高热浪太低霜冻、大风雪极端强风台风、龙卷风地貌方面板块活动地震、海啸、火山爆发重力作用泥石流、雪崩生物方面与动物、微生物有关蝗虫、白蚁等虫害細菌或病毒疾病︰如伤寒、“非典”、瘟疫与植物有关真菌病害︰如小麦的铁锈病数量激增野草蔓延、赤潮第一章抗震设计的基本知识和基本要求§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。死亡24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。7.8级地震造成达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。人员伤亡惨重美国加州北岭地震（7.0级）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。日本阪神地震（7.2级）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1000亿美元。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：包括南北美洲的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。（2）喜马拉雅——地中海地震带：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。喜马拉雅——地中海地震带环太平洋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1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。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、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。3.我国的地震活动地区①台湾省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。我国的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：4.目前的地震形势地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段时间内较平静。我国目前处于地震活跃期。三、抗震减灾的的任务结构工程师的任务：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)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：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；（一）不按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