抗震知识了解

地球是一个近似于球体的椭球体，平均半径约6370km,赤道半径约6378km，两极半径约6357km地球内部可分为三大部分：地壳、地幔和地核地震按其成因划分为四类：1．火山地震：由于火山爆发而引起的地震2．陷落地震：由于地表或者地下岩层突然发生大规模陷落和崩塌而造成的地震3．诱发地震：由于人工爆破,矿山开采及工程活动引发的地震4．构造地震：由于地球内部岩层的构造变动引起的地震(约占地震发生的90%)——是结构抗震的主要研究对象地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位为震源;震源正上方的地面位置为震中;地面某处至震中的水平距离为震中距.地震波（体波和面波）纵波(引起地面垂直振动)横波(引起地面水平振动)（面波）既产生上下颠簸又产生左右摇晃1．体波：可分为纵波、横波两种形式(a)纵波：是由震源向外传递的压缩波，一般周期较短、振幅较小，常引起上下颠簸运动;(b)横波：是由震源向外传递的剪切波，一般周期较长、振幅较大，常引起水平方向运动.2．面波：可分为瑞雷波、乐夫波两种形式(a)瑞雷波：在其传播时，质点在波的前进方向与地表法向组成的平面内做逆向的椭圆运动;(b)乐夫波：在其传播时，质点在波的前进方向垂直的水平方向运动，在地面上做蛇形运动（地震动的三要素）一、最大振幅——描写地震地面运动强烈程度的最直观的参数，在抗震设计中对结构进行时程反应分析时，往往要给出输入的最大加速度峰值。二、频谱特性——对时域的地震加速度波形变换到频率域，就可得到波形的频谱特性，频谱特性可以用功率谱、反应谱和傅里叶谱来表示.揭示地震动的周期分布特征三、持续时间——结构物从开裂到倒塌，往往要经历几次、几十次甚至几百次的反复振动过程，即使结构最大变形反应没有达到静力破坏时的最大变形，但结构可能由于长时间的振动和反复变形而发生倒塌破坏。地震震级—是衡量一次地震释放能量大小的尺度,即表示地震本身大小的一种尺度.常用里氏表示。地震震级与地震释放的能量之间的关系:M2微震、M=2~4有感地震、M5破坏性地震、M=7~8强烈地震、M8特大地震地震烈度—是指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度;由地面建筑的破坏程度,人的感觉,物体的振动及运动强烈程度而定．现在主要由地面震动的速度和加速度确定．一次地震,表示地震大小的震级只有一个,但可以有多种不同的烈度.一般而言,震级越大,烈度就越大．同一次地震,震中距越小烈度就越高,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、地质构造和地基条件的因素有关．中国地震烈度表见P284,附录A震中烈度—震中区的烈度1.地震烈度定义：是地震对地面影响的强烈程度，主要依据宏观的地震影响和破坏现象来判断。地震烈度把地震的强烈程度，从无感到建筑物毁灭及山河改观等划分为若干等级，列成表格，以统一的尺度衡量地震的强烈程度。表1.1是1999年颁布的中国地震烈度表。基本烈度：指一个地区在一定时期（我国取50年）内在一般场地条件下按一定的概率（我国取10%）可能遭遇到的最大地震烈度基本烈度是一个地区进行抗震设防的依据地震区划:依据地质构造,历史地震规律,强震观测资料,采用地震危险性分析的方法,计算出每一地区在未来一定时限内关于某一烈度的超越概率,将国土划分为不同基本烈度所覆盖的区域的工作.地震破坏的三种形式（地表破坏，建筑物破坏，次生灾害）（地表破坏及其影响）地裂缝主要有两种：地面的岩层发生错移，土质松弱地方产生交错裂缝。地面下沉多发生在软弱土分布地区和矿业采空区,地面不均匀沉陷易引起建筑物的破坏和倒塌。喷砂冒水的现象（液化）一般发生在沿海或地下水位较高的地区，地震波的强烈振动使含水层受到挤压，地下水往往从地裂缝或土质松软的地方冒出路面，在有砂层的地方则夹带砂子喷出形成喷砂冒水现象。滑坡塌方常发生在陡峻的山区，在强烈地震的摇动下，由于陡崖失稳常引起塌方、山体滑移、山石滚落等现象。建筑物的地震破坏一般可分为五个等级：1)基本完好:承重构件完好,个别非承重构件轻微损坏;附属构件有不同程度破坏.2)轻微损坏:个别承重构件轻微裂缝,个别非承重构件明显破坏;附属构件有不同程度的破环.3)中等破坏:多数承重构件轻微裂缝,部分明显裂缝;个别非常严重破坏.4)严重破坏:多数承重构件严重破坏或部分倒塌.5)倒毁:多数承重构件倒塌.次生灾害是指由一次灾害诱发的，如地震后引起的火灾、水灾、海啸、逸毒、瘟疫等灾害。在地震工程中一般把地震灾害划分为一次灾害和次生灾害。①一次灾害是指地震造成的直接灾害，如建筑物倒塌、地面破坏和工程设施的破坏等。②次生灾害为地震引起的间接灾害，有时比地震直接造成的损失还大。如1906年美国旧金山大地震后的大火使全城几乎变成一片废墟抗震设防的目的:抗震设防的基本目的是在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。建筑抗震设计的基本准则:小震不坏,中震可修,大震不倒我国对小震,中震,大震规定了具体的概率水准.多遇烈度(小震)：建筑物所在地区在设计基准期内(50年)出现的频度最高的烈度，也称为常遇烈度、小震烈度．其超越概率为63.2%。基本烈度(中震)：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%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。罕遇烈度(大震)：建筑物所在地区在设计基准期内具有超越概率2%-3%的地震烈度。根据设计准则,我国规范提出三水准的抗震设防要求第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或者不需修理仍可继续使用。第二水准：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用。第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏抗震设计方法如何保证三水准的抗震设防要求呢?抗震规范采用两阶段设计方法：第一阶段：按多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。此阶段的设计是保证第一水准的要求(小震不坏)第二阶段，按罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。此阶段的设计是保证第三水准的要求(大震不倒)如何保证第二水准的要求呢?一般认为良好的抗震构造措施有助于第二水准(中震可修)的实现。建筑物重要性分类与设防标准我国抗震设计规范将建筑物按其用途的重要性分为以下四类:甲类建筑：指重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑,这类建筑的破坏会导致严重后果,是特别重要的建筑。需国家批准。乙类建筑：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。是重要建筑，如城市的生命线工程(供水,供电,交通,消防通讯等系统)。丙类建筑：一般性建筑。一般的工业民用建筑丁类建筑：次要建筑。建筑物设防标准甲类建筑：在6-8度设防区,应按设防烈度提高一度计算地震作用和采取抗震构造措施。当9度区时,应作专门研究。乙类建筑：按设防烈度进行抗震验算。但在抗震构造措施上提高一度考虑。丙类建筑：按设防烈度考虑地震作用计算和抗震构造。丁类建筑：按设防烈度考虑地震作用计算，其抗震构造措施可适当降低要求。（6度时不降低）结构抗震设计的三个层次1．概念设计：在总体上把握抗震设计的基本原则；2．抗震计算：为抗震设计提供定量手段；3．构造措施：保证抗震计算结果的有效性（抗震设计的要求）1足够的强度2合理的刚度3结构的变形能力（延性）4良好的整体性5精良的施工质量6合理的造价概念设计把握的基本原则1.注意场地选择。2.把握建筑体型。3.利用结构构件的变形耗能作用(延性)。4.设置多道防线。5.重视非结构构件的设计场地的选择（1)场地选择。建筑宜选择有利地段,避开不利地段,不在危险地段进行工程建设,无法避开时采取有效措施。有利、不利和危险地段的划分见P11表1-3(2)建筑场地为Ⅰ类时，甲、乙类建筑的抗震措施按设防烈度；丙类建筑允许降低一度；6度时不应降低。（3）地基基础要求�同一结构的基础不宜设置在性质截然不同的地基上。�同一结构的基础不宜部分采用天然地基部分采用桩基。�地基为软粘性土、液化土、新填土或严重不均匀时，应估计地基不均匀沉降的不利影响并采取相应措施。延性系数:表示材料的延性大小�具有0-1-4变形性能的材料称为脆性材料�具有0-1-2-3变形性能的材料称为延性材料�提高结构总体延性的方法：1.强柱弱梁、强剪弱弯、强拉弱压、强节点弱构件2.对脆性材料的砌体采用内外配置钢筋、设置构造柱，提高其延性（二）场地：建筑物所在地，其范围大体相当于场区、居民点和自然村的范围。震害表明:土层厚度越大,房屋倒塌率越大软弱场地上的建筑物震害重于坚硬场地地震动的卓越周期：振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期。地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期,当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期接近时,建筑物的振动就会加大,相应震害也会加重.多层土的地震效应主要取决于以下三个基本因素：1．覆盖土层厚度（影响地震动的频谱特性）2．土层剪切波速（影响地震动的频谱特性）3．岩土阻抗比（影响共振放大效应）《规范》定义的覆盖层厚度：地下基岩或剪切波Vs500m/s的坚硬土层至地表面的距离土层等效剪切波速实际上反映了土层的坚硬与软弱.土层等效剪切波速越大,土的越坚硬不验算的范围：若为一般地基土抗震规范建议了不需进行抗震验算的范围。（1）砌体房屋（2）地基主要持力层内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房和单层空旷房屋、不超过8层且高度在25m以下的民用框架及基础荷载相当的多层框架厂房；（3）可不进行上部结构抗震验算的建筑（�抗震验算的范围：软弱地基上采用天然地基的�单厂、单层空旷房屋、�7层及以上的民用框架�荷载相当的多层厂房，�超过规范规定的不验算范围的建筑均需进行地基和基础的抗震验算。）地基土液化:处于地下水位以下的饱和松散的砂土和粉土，在地震时容易发生液化现象。使地基承载能力丧失或减弱,甚至喷水冒砂的现象..机理：砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实。这种趋于密实的作用使空隙水压力急剧上升，在地震作用的短暂时间内，孔隙水压力来不及消散，使土颗粒处于悬浮状态。2.危害砂土和粉土液化时，其强度完全丧失从而导致地基失效。场地土液化使建筑整体倾斜，下沉墙体开裂，地面喷水冒砂裂缝等液化导致地基失效的条件①砂土或粉土的密实度低②地振动剧烈③土的微观结构的稳定性差④地下水位高⑤高压水不易渗透⑥上覆非液化土层较薄，或者有薄弱部位（前5条是导致液化的条件，后一条是导致地基失效的条件）影响液化的因素①土层的地质年代，古老的不易液化，新近的易液化。②土层土粒的组成和密实度，细砂较粗砂易液化，松散的较密实的易液化。③沙土的埋深和地下水位深度，埋深越深、地下水越深越不易液化。④地震烈度和地震持续时间。（三）一、基本概念：地震作用与结构地震反应地震作用：是指地面震动在结构上产生间接作用(结构地震惯性力).若将地震作用等效成荷载作用,又俗称为等效地震荷载。结构地震反应：由地震动引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度等.其反应与地面运动和结构的动力特性有关.一般采用结构动力学的方法来解决.结构动力特性是指:结构的自振周期、阻尼、振型等。底部剪力法用振型分解反应谱法计算比较复杂,通过计算发现,总的地震作用效应与第一振型的地震剪力分布相近,用第一振型的地震剪力作为结构的地震剪力的方法称为——底部剪力法。1、底部剪力法的适用条件和假定：�适用条件：建筑高度不超过40m�以剪切变形为主�质量和刚度沿高度分布均匀�假定：位移反应以第一振型为主，为一直线。总思路是：首先求出等效单质点的作用力（即底部剪力），然后再按一定的规则分配到各个质点。最后按静力法计算结构的内力和变形5、抗震规范关于地震作用的计算规定（1)、高度40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布均匀的结构，以及近似于单质点的结构，可采用底部剪力法。2)、除上述规定的建筑外，宜采用振型分解反应谱法。3)、特别不规则的建筑，甲类建筑及高层建筑宜采用时程分析法作补充验算2.等效质量法�思想:用一个等效单质点体系来代替原来的多