第1章-地震概述

建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計主講教師：尹紅宇yhyamy@126.co木學(xué)院主要內(nèi)容第一章地震概述第二章地震作用第三章結(jié)構(gòu)抗震計算第四章結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計第五章混凝土結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計第六章砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計第七章建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震設(shè)計課程要求了解地震基本知識，產(chǎn)生地震災(zāi)害的原因,如何減輕和防止地震災(zāi)害；掌握結(jié)構(gòu)抗震的基本知識、基本理論、基本技能，了解抗震設(shè)計的一般規(guī)律；培養(yǎng)運用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，查閱技術(shù)資料的能力和抗震計算能力；了解結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的新理論、新方法及抗震理論、方法的發(fā)展趨勢。新西蘭北島南部地區(qū)，2014年1月20日發(fā)生6．3級地震，震源深度50公里，首都惠靈頓震感強(qiáng)烈。尚未接到人員傷亡或嚴(yán)重財產(chǎn)損失的報告。第1章地震概述1.1地震基本知識1.2地震基本術(shù)語

1.3地震動地球構(gòu)造地震類型與成因震源和震中地震波震級地震烈度地震動的量測地震類型與成因地震基本知識工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用1、什么是地震？全球平均每年發(fā)生約500萬次地震，其中能被人感覺到的約5萬次能造成工程破壞的5級以上地震約1000次6級以上地震超過120次能造成巨大災(zāi)害的7級以上地震有10多次全球平均每年都會有一次8級以上地震地震是大地的振動，是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象。由于地球不斷運動和變化，逐漸積累了巨大的能量，在地殼某些脆弱地帶，造成巖層突然發(fā)生破裂，或者引發(fā)原有斷層的錯動，這就是地震。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用地球構(gòu)成：地殼、地幔、地核

2、地震成因地幔物質(zhì)對流板塊構(gòu)造運動（根本原因）地震地震的形成：92%的地震發(fā)生在地殼中，其余的發(fā)生在地幔上部地球內(nèi)部的分層及物質(zhì)成分地球內(nèi)部分層地球內(nèi)部化學(xué)成份巖石圈軟流圈地幔地殼地核地球內(nèi)部的圈層及溫度分布地殼地幔塑性剛性外核內(nèi)核地幔對流帶動剛性板塊運動在板塊邊界上產(chǎn)生地震?地幔熱對流示意圖大陸曾發(fā)生過大規(guī)模的水平移動2億年前大陸漂移學(xué)說巖石圈軟流圈動力學(xué)過程示意圖大洋與大洋板塊碰撞大陸與大陸板塊碰撞印度板塊插入青藏高原

板塊張裂海洋大洋板塊張裂板塊交界處：大陸板塊張裂裂谷板塊構(gòu)造學(xué)說大陸板塊大陸板塊大陸板塊大洋板塊高大山脈海溝、島弧海溝、海岸山脈板塊交界處：板塊碰撞板塊構(gòu)造學(xué)說菲律賓群島阿留申群島日本群島馬來群島南島北島科迪勒拉山系喜馬拉雅山地中海大西洋海嶺印度洋海嶺太平洋海嶺紅海海溝海溝海溝塊板洲極南非洲板塊度印洋板塊亞歐板塊美洲板塊平太板塊洋板塊構(gòu)造學(xué)說板塊內(nèi)部：地殼穩(wěn)定板塊交界處：地殼活動張裂碰撞兩大陸板塊相撞——裂谷或海洋——巨大山脈大陸和大洋板塊相撞海溝島弧海岸山脈（喜馬拉雅山脈的形成）（馬里亞納海溝、東亞群島、科迪勒拉山系）（東非大裂谷、紅海）板塊構(gòu)造學(xué)說工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用a、巖層的原始狀態(tài)b、受力發(fā)生彎曲c、巖層破裂發(fā)生震動地震形成的局部機(jī)制:地球板塊運動

板塊之間的相互作用力

地殼中巖層變形變形積聚超過巖石所能承受的程度巖體就會發(fā)生突然斷裂或錯動地震

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震的類型和成因原因：人工爆破；礦山開采；工程活動構(gòu)造地震原因：地殼構(gòu)造運動工程地震的主要研究對象天然地震誘發(fā)地震影響：一般不太強(qiáng)烈，個別情況會造成嚴(yán)重的地震災(zāi)害火山地震影響：發(fā)生數(shù)量大、影響范圍廣（占地震總數(shù)約90%）

陷落地震地震類型工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震的類型和成因主震型：前震、主震、余震地震序列分類震群型（多發(fā)型）：多個主震孤立型（單發(fā)型）地震類型工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用3、全球地震分布情況環(huán)太平洋地震帶——集中了全世界地震總數(shù)的75%歐亞地震帶阿爾卑斯地震帶（地中海南亞地震帶）——集中了全球大陸地震的90%環(huán)太平洋地震帶歐亞地震帶全球兩大地震帶工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用/onmap/id:9工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用4、地震災(zāi)害是群災(zāi)之首全世界因地震死亡的人數(shù)超過全球其他自然災(zāi)害死亡人數(shù)總和的1/2我國地震災(zāi)害同樣特別慘重20世紀(jì)，全球因地震死亡120萬人以上21世紀(jì)前10年，全球因地震死亡近90萬人工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用臺灣地震時地表出現(xiàn)長達(dá)1公里的地表裂縫2002年2月3日上午約9時11分，土耳其中部阿菲翁省，發(fā)生里氏6.0級地震，大量房屋倒塌1995年1月17日，清晨5點46分，在神戶東南的兵庫縣淡路島，發(fā)生7.2級地震。由于煤氣管道破裂，使煤氣泄露，引起熊熊大火，約有200多處地表破壞建筑物的破壞次生災(zāi)害地震災(zāi)害工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述地震的破壞作用—地表破壞現(xiàn)象§1.1地震及其破壞作用地裂縫、地面下沉、滑坡、噴水冒砂等形式

地裂縫危害：當(dāng)?shù)亓芽p穿過建筑物時，會造成結(jié)構(gòu)開裂直至倒塌1976年7月28日唐山大地震造成的地裂縫地震斷層錯動后在地表形成的痕跡由于地表土質(zhì)不勻及受地貌影響，其規(guī)模較前者為小構(gòu)造式地裂縫：重力式地縫：工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用多發(fā)生在軟土分布地區(qū)和礦業(yè)采空區(qū)危害：不均勻沉陷易引起建筑物的破壞甚至倒塌地面下沉2005年11月26日九江縣和瑞昌市之間發(fā)生5.7級地震滑坡在河岸、山崖、丘陵地區(qū)，地震時極易誘發(fā)滑坡危害：切斷交通通道，沖毀房屋和橋梁、堵塞河流

2003年5月27日日本東北部里氏7級地震在宮城縣筑館鎮(zhèn)造成的一處山體滑坡山崩、滑坡工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用噴水冒砂地面下水位較高地震波的作用地下水壓急劇增高地下水經(jīng)地裂縫或其它通道噴出地面地表土層含有砂層或粉土層砂土液化甚至出現(xiàn)噴水冒砂2001年昆侖山大地震時在庫塞湖畔的噴水冒砂危害：液化可以造成建筑物傾斜與倒塌、埋地管網(wǎng)的大面積破壞

1995年神戶地震中由于液化引起地面的下沉工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述地震的破壞作用—建筑物破壞§1.1地震及其破壞作用主要破壞原因結(jié)構(gòu)物動力破壞機(jī)制的分析，是結(jié)構(gòu)抗震研究的重點和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基礎(chǔ)：建筑物的破壞因地表破壞引起：建筑物的破壞由于地震地面運動的動力作用引起靜力破壞動力破壞兩類動力破壞形式：強(qiáng)度破壞、喪失整體性破壞土木工程災(zāi)害工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用主要是因為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的抗剪、抗彎、抗壓等強(qiáng)度不足而形成。如：墻體裂縫、鋼筋混凝土構(gòu)件開裂或酥裂強(qiáng)度破壞承重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足結(jié)構(gòu)喪失整體性在強(qiáng)度破壞前后，結(jié)構(gòu)物一般進(jìn)入彈塑性變形階段。此時，在強(qiáng)烈振動下會因為延性不足、節(jié)點連接失效、主要承重構(gòu)件失穩(wěn)等原因而喪失整體性，從而造成局部或整體結(jié)構(gòu)的倒塌工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用2005年3月20日日本福岡縣以西海域發(fā)生里氏7級地震，結(jié)構(gòu)喪失整體性1988年11月6日，瀾滄－耿馬發(fā)生7.6級地震，因結(jié)構(gòu)變形過大導(dǎo)致倒塌房屋倒塌橋梁斷落水壩開裂鐵軌變形工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述造成土木工程災(zāi)害的原因§1.1地震及其破壞作用不當(dāng)?shù)倪x址不當(dāng)?shù)闹R不當(dāng)?shù)脑O(shè)計不當(dāng)?shù)氖┕げ划?dāng)?shù)牟牧喜患皶r加固不合格的土木工程工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用地震烈度調(diào)查情況震害程度6度7度8度9度10度棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比基本完好輕微損壞中等破壞嚴(yán)重破壞倒毀總計230212563—50145.942.311.20.6—1002502317554361340.837.712.28.80.510022245440814914.816.136.227.55.41007351381691014501..67.830.737.523.410021923682293410.65.66.719.967.2100

我國歷史強(qiáng)震中多層磚房屋震害程度統(tǒng)計(2054幢)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用地震烈度調(diào)查情況震害程度7度8度9度10度棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比基本完好輕微損壞中等破壞嚴(yán)重破壞倒毀總計31132—1915.857.915.810.5—10024465938817513.726.333.721.74.6100—127—10—102070—100—315111645—6.733.324.435.6100我國歷史強(qiáng)震中單層混凝土柱工業(yè)廠房震害統(tǒng)計(249棟)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述地震的破壞作用—次生災(zāi)害§1.1地震及其破壞作用次生災(zāi)害：地震時，水壩、煤氣管道，供電線路的破壞，以及易燃、易爆、有毒物質(zhì)容器的破壞，均可造成水災(zāi)、火災(zāi)、空氣污染等次生災(zāi)害1999年9月21日（北京時間），臺灣省花蓮西南發(fā)生7.6級地震,受斷層作用北段三跨泄洪道斷塌，造成水壩破壞。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用1995

神戶地震燃燒中火災(zāi)后2011日本地震工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述§1.1地震及其破壞作用海嘯瞬間泰國酒店浸泡在海水中

印尼亞齊居民站在大街上

斯里蘭卡居民房屋變成廢墟

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述災(zāi)難前的平靜→海浪沖擊堤岸→瞬間的洶涌澎湃→死亡地獄美國DigitalGlobe公司于2004年12月29日發(fā)布的衛(wèi)星照片，照片是當(dāng)?shù)貢r間12月26日上午10：20在斯里蘭卡西南部城市卡盧特勒上空拍攝的。照片顯示了卡盧特勒海岸遭到海嘯襲擊后不久的情形。

§1.1地震及其破壞作用工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述5、描述地震特征的參數(shù)§1.1地震及其破壞作用震源：地球內(nèi)部斷層錯動并引起周圍介質(zhì)振動的部位震中：震源正上方的地面位置震中距：地面某處至震中的水平距離震源震源深度震中等震線震中距震源深度:從震中到震源的距離震源深度在70公里以內(nèi)的地震為淺源地震震源深度超過300公里的地震叫深源地震震源深度介于70-300公里之間的地震為中源地震震中距在100-1000公里的稱為近震震中距超過1000公里的稱為遠(yuǎn)震地震波地震波

體波：地下傳播縱波（壓縮波、P波、初波）：周期短、振幅小、傳播快、破壞力小橫波（剪切波、S波）:周期長、振幅大、傳播慢、破壞力大地震波地震波

面波：地表傳播瑞雷波（Rayleigh）：上下運動樂夫波（Love）:水平左右運動成因：地表反射地震波通常到達(dá)次序：縱波---橫波----面波震動最劇烈：

橫波+面波§1.2地震基本術(shù)語工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述震級地震震級：表示地震本身大?。ㄡ尫拍芰慷嗌伲┑囊环N度量近震震級M計算：M=logA+R(Δ)震級M與震源釋放能量之間的關(guān)系：又稱為里氏震級式中A—記錄圖上量得的以m為單位的最大水平位移；

R(Δ)—依震中距Δ而變化的起算函數(shù)。logE=1.5M+11.8其數(shù)值是根據(jù)地震儀記錄到的地震波圖確定的,國際上比較通用的是里氏震級，其原始定義為1935年由里克特(Richter)給出。震級與震源釋放能量的大小有關(guān)，震級每差一級，地震釋放的能量將差32倍。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述烈度地震烈度是指某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度。對于一次地震，表示地震大小的震級只有一個；隨距離震中的遠(yuǎn)近不同，烈度就有差異。評定地震烈度的標(biāo)準(zhǔn)就稱為地震烈度表。絕大多數(shù)國家包括我國都采用分成12度的地震烈度表?；玖叶龋鹤鳛橐粋€地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，它是指該地區(qū)今后一定時期內(nèi)，在一般場地土條件下，按一定的概率（我國取10%）可能遭受的最大地震烈度，也就是由國家地震局制定的全國地震烈度區(qū)劃圖規(guī)定的烈度。設(shè)防烈度：建筑物抗震設(shè)防時采用的烈度?！?.2地震基本術(shù)語§1.2地震基本術(shù)語工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計-地震概述區(qū)別：地震烈度與震級

＊一次地震，表示地震大小的震級只有一個＊由于同一次地震對不同地點的影響不一樣隨著距離震中的遠(yuǎn)近會出現(xiàn)多種不同的烈度地震烈度、抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別地震烈度抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)定義某地區(qū)遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度在一定時期內(nèi)，一個地區(qū)可能遭遇到的最大地震烈度對毎一個具體建設(shè)工程項目，抗震設(shè)防時所采用的烈度確定依據(jù)地震發(fā)生后按《中國地震烈度表》來確定該地區(qū)的烈度根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》確定的地震基本烈度應(yīng)按《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》確定用途用于評定一次地震對該地區(qū)的破壞（影響）程度用于評定該地區(qū)的地震危險性作為該建設(shè)工程項目的抗震設(shè)防依據(jù)與場地的關(guān)系―次地震的烈度是針對該區(qū)域的所有場地的綜合影響僅針對該區(qū)域的一般場地僅針對該建設(shè)工程項目的場地與建筑的關(guān)系無關(guān)無關(guān)同一地點不同的建設(shè)工程項目可有不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)§1.2地震基本術(shù)語1.3地震動

震幅—一般指波的加速度、速度和位移的峰值大小

頻譜—地震波是各種頻率波的集成，可按頻率高低分解出一系列波，每次地震的波均不相同，而傳播到地震影響區(qū)的地震波也各不相同。低頻、中頻或高頻為主。

持時—地震最激烈一段的持續(xù)時間，與震級與震中距和場地條件有關(guān)。震級大持時長，震級相同但持時長的建筑物破壞重。為了反映同樣烈度下，不同震級和震中距的地震對建筑物的影響《建筑抗震規(guī)范》將建筑工程的設(shè)計地震劃分為三組：第一組近震短周期分量為主第二組中震介于兩者之間第三組遠(yuǎn)震長周期分量為主不同設(shè)計地震分組，采用不同的設(shè)計特征周期和設(shè)計基本地震加速度值。1.3地震動設(shè)計地震分組58抗震規(guī)范附錄中列出了我國主要城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度江蘇省1抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.30g:

第一組:宿遷、宿豫*2抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g:

第一組:新沂、邳州、睢寧3抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g:

第一組:揚(yáng)州(3個市轄區(qū))、鎮(zhèn)江(2個市轄區(qū))、東海、沭陽、泗洪、江都、大豐4抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g:

第一組:南京(11個市轄區(qū))、淮安(除楚州外的3個市轄區(qū))、徐州(5個市轄區(qū))、銅山、沛縣