建筑结构抗震基础知识

建筑结构抗震基础知识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。一般发生在地壳和地幔表层的坚硬岩层内，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。1地震基本知识房屋倒塌桥梁断落水坝开裂铁轨变形结构丧失整体性、承重结构强度不足地面裂缝山崩、滑坡海啸、火灾1.1地震类型与成因地震类型地震天然地震诱发地震构造地震火山地震陷落地震构造地震：由于地壳运动使地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。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。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。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。地球构成：三个圈层：地壳、地幔、地核地幔物质对流板块构造运动（根本原因）地震地震形成的宏观背景：地球构成92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部地震的形成：板块分布图a、岩层的原始状态b、受力发生弯曲c、岩层破裂发生震动地震形成的局部机制:地球板块运动板块之间的相互作用力地壳中岩层变形变形积聚超过岩石所能承受的程度岩体就会发生突然断裂或错动地震1.2地震特征描述1地震空间位置震中震源深度震源距震中距按震源深度浅源EQ：震源深度小于60km，约占地震总数85%中源EQ：震源深度在60-300km深源EQ：震源深度大于300km震源2地震强度度量地震波类型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。地震引起的振动是以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。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波开始面波开始地震震级含义——一次地震释放能量大小的度量里氏震级：用标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800的地震仪）在距震中100km处记录到的最大水平位移（单振幅，以μm计）的常用对数值lgMA震级与震源释放的能量（尔格）之间对应关系lg11.81.5EM微震（小于2级）有感地震（2——4级）破坏地震（5级以上）强震（大震）（7级以上）特大地震（8级以上）震级与能量的关系ME5.18.11log能量E的单位：尔格（1尔格=）J710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。地震烈度一般而言，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。无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度2/smmsmm/无感1室内个别静止中的人感觉2悬挂物微动门、窗轻微作响室内少数静止中的人感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏——局部破坏开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏——结构受损，需要修理摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌——大部倒塌，不堪修复骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁灭11地面剧烈变化，山河改观12个别：10%以下少数：10%——50%多数：50%——70%大多数：70%——90%普遍：90%以上速度加速度其它现象一般房屋人的感觉烈度2/smmsmm/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%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。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。5.多遇烈度6.罕遇烈度建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。3地震时间描述在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相近地区的一系列大小地震称为地震序列。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发震时刻强震持时地震序列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，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％。12.2抗震设防的基本要求总目标：通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。要求建筑物在使用期间，对不同频度和强度的地震，应具有不同的抵抗能力。具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。2.1建筑结构抗震设防的依据定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据发地震烈度确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定。一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值）对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防设防范围——6-9度设防依据——抗震设防烈度2.2建筑结构抗震设计思想抗震设防对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施指导思想预防为主减轻结构震害避免人员伤亡减少经济损失使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行趋势使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力1三水准的抗震设防原则水准涵义要求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏大震与小震小震：发生机会较多的地震地震烈度概率密度曲线上的峰值所对应的烈度，即众值烈度时的地震大震：发生机会极小的地震，罕遇烈度时的地震地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年2二阶段设计方法阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0说明：•第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；•大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。“两阶段”抗震设计方法第一阶段：多遇地震作用效应与其他荷载作用效应组合，对结构构件进行承载力验算，和弹性变形验算，以满足第一水准的设防要求。第二阶段：罕遇地震作用下验算结构构件的弹塑性变形，以满足第三水准的设防要求。有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等至于第二水准的设防目标，《规范》是以抗震构造措施来加以保证。3建筑分类与设防标准抗震设防分类及抗震设防标准1.抗震设防分类国家技术监督局和建设部在1995年4月19日公布了《建筑抗震设防分类标准》GB50223。该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。国家质量监督检验检疫总局和建设部在2001年7月20日