建筑结构抗震设计资料

建筑结构抗震设计Seismicdesignofbuildings主讲：张美霞中国地质大学（武汉）工程学院土木系课程简介•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。课程简介续•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。课程简介续•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。课程性质和目的•《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。课程要求•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。教材选择•教材选用：丰定国、王杜良主编，《抗震结构设计》第2版，武汉理工大学出版社，2003年8月。•本教材反映了我国新颁布的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的内容及当前国内外的研究成果，使学生通过学习能掌握结构抗震的基本理论和实践，从而不但能遵循规范而且能高于规范进行结构的抗震设计。《建筑结构抗震设计》内容第一章绪论第二章场地、地基与基础第三章结构地震反应分析与抗震验算第四章建筑抗震概念设计第五章多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计第六章多层砌体结构房屋的抗震设计第七章高层及多层钢结构房屋的抗震设计第八章单层钢筋混凝土柱厂房的抗震计第九章隔震与耗能减震房屋设计第1章绪论1.1地震灾害概述（了解内容）1.2地震基本知识（重点掌握）1.3地震的震害（了解内容）1.4结构的抗震设防（重点掌握）1.1地震灾害概述1.1.1地震是群灾之首一、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。1.1.1地震是群灾之首——续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。1.1.1地震是群灾之首——续二、近代历史上大地震•唐山大地震：1976年7月28日，在河北省唐山一带发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。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。•集集大地震：1999年9月21日台湾发生7.3级地震，死亡24人，经济损失94亿美元。•印度大地震：当地时间2001年1月26日上午，在印度西北部古吉拉特邦发生里氏7.9级的强烈地震。死亡人数达16000多人，受伤人数达55800多人，经济损失45亿美元。1.1.1地震是群灾之首——续三、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，约占全球所有地震释放能量的98%。环太平洋地震带欧亚地震带1.1.2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。2.我国是一个地震灾害最严重的国家我国地震活动频度高、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%。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。•1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人，伤20余万。1.1.2我国的地震情况——续3.我国的地震活动地区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：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。1.1.2我国的地震情况——续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。世界以及我国目前均处于地震活跃期，抗震任务不容忽视。1.2地震基本知识1.2.1地球内部构造地球平均半径约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。1.2.1地球内部构造——续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）。1.2.2地震的基本概念1、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。1.2.2地震的基本概念——续2、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。1.2.3地震成因和分类一、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）1.2.3地震成因和分类——续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。1.2.3地震成因和分类——续二、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。1.2.3地震成因和分类——续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。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。1.2.3地震成因和分类——续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。1.2.3地震成因和分类——续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。1.2.3地震成因和分类——续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。1.2.4地震波动理论地震波：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）1.2.4地震波动理论——续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)1.2.4地震波动理论——续从实际地震时记录到