地震的工程特征與結構概念設計詳細課件

第2

講地震的工程特征與結構概念設計2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計2地震基本知識

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理論基礎

地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動。

理論基礎

大陸漂移說、海底擴張說、板塊構造說。

類型

構造地震（占所有地震的99%）；火山地震；塌落地震。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計3地震基本知識

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全球六大板塊歐亞板塊太平洋板塊美洲板塊非洲板塊印澳板塊南極板塊2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計4地震基本知識

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構造地震的成因2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計5地震基本知識

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斷層走滑斷層逆斷層正斷層走滑斷層正斷層逆斷層2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計6地震基本知識

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幾個概念震源：

地殼深處地震能源首先輻射出地震波的那個點。震中：

震源在地表的投影。震源深度：震源至地面的垂直距離。震中距：從地表任一點到震中的距離。淺源地震:震源深度在70km內;中源地震:震源深度在70-300km內;深源地震:震源深度大于300km.地方震:震中距在100km內;近震:震中距在100-1000km內;遠震:震中距超過1000km.2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計7地震基本知識

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地震波體波：

P波（縱波）：震源向外傳遞的壓縮波，質點的振動方向與波的前進方向一致，一般表現(xiàn)出周期短、振幅小的特點。

S波（橫波）：由震源向外傳遞的剪切波，質點的振動方向與波的前進方向垂直，一般表現(xiàn)出周期長、振幅大的特點。面波：

瑞雷波：體波到達地表面后反射疊加而形成，在震中附近并不出現(xiàn)。質點僅在豎直平面內運動，其軌跡為逆進橢圓。

洛夫波：表面覆蓋著一松軟水平覆蓋層的半無限空間中產生的SH型面波。質點沿水平方向振動，與波傳播方向垂直。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計8地震基本知識

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地震波

一次典型的地震波記錄圖，首先到達的是縱波（P波），繼而橫波（S波），面波最后到達。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計9地震基本知識

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地震震級1935年，美國人里克特（Richter）首先提出震級這一概念。里氏震級ML：

采用伍德—安德森地震儀獲得的地震記錄，相當于只依據短周期的地震動分量（0.1~0.5秒）來定義震級，適用于南加州地區(qū)。面波震級MS：

依據3~20秒的面波地震動確定震級，不能用于深源地震。體波震級Mb：

依據1秒左右的體波地震動確定震級。

不論采用什么震級，其精度都不太高。由于地震波傳播途徑的差異，同一地震在不同地點確定的震級常常不同，差別常達0.5左右，有時甚至超過1.0。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計10地震基本知識

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地震震級

震級越高，表明地震釋放出的能量越大；震級相差一級，能量相差約32倍；相差二級，能量相差1000倍。

一次6級地震釋放出來的能量相當于爆炸一顆兩萬噸級的原子彈。震級與能量的關系:2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計11地震基本知識

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地震震級微震---2級以下。人感覺不到有感地震---2-4級人有感覺破壞性地震---5級以上有破壞強烈地震---7級以上有破壞特大地震---8級以上有破壞

由于震源深淺、震中距大小等不同，地震造成的破壞也不同。震級大，破壞力不一定大；震級小，破壞力不一定就小。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計12地震基本知識

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地震烈度

地震烈度（Intensity）是指某一地區(qū)的地面和各人工建筑物遭受一次地震影響的強弱程度。

地震烈度可以用來對震害進行簡便估計、提供一種宏觀尺度描述地震影響的大小和作為一種粗略而簡便的指標使用。

影響地震烈度的要素：震級、震源深度、震中距、地質結構、建筑物。

評定地震烈度的標準是地震烈度表。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計13地震基本知識

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地震烈度表

早在1564年歐洲就出現(xiàn)過具有地震烈度含義的等級劃分，但直到1874年才由西伯格最先提出接近現(xiàn)在常用的地震烈度表的形式。地震烈度都是按照宏觀現(xiàn)象評定的，被引用的宏觀現(xiàn)象包括人的感覺、結構物的破壞，以及地表現(xiàn)象。中國目前使用的是2008年修訂的地震烈度表。比較著名的地震烈度表有默卡尼、MM、MSK等。全世界使用的基本上是12等級劃分的烈度表，只有日本仍然采用從0到7的八度劃分的烈度表。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計14中國地震烈度表(GB/T17742-2008)地震烈度人的感覺房屋震害類型震害程度平均震害指數其他震害現(xiàn)象水平向地震動參數峰值加速度m/s2峰值速度m/sⅢ室內少數靜止中的人有感覺-門、窗輕微作響-懸掛物微動--Ⅳ室內多數人、室外少數人有感覺，少數人夢中驚醒-門、窗作響-懸掛物明顯擺動，器皿作響--Ⅴ室內絕大多數、室外多數人有感覺，多數人夢中驚醒-門窗、屋頂、屋架顫動作響,灰土掉落,個別房屋墻體抹灰出現(xiàn)細微裂縫,個別屋頂煙囪掉轉-懸掛物大幅度晃動，不穩(wěn)定器物搖動或翻倒0.31(0.22~0.44)0.03(0.02~0.04)Ⅵ多數人站立不穩(wěn)，少數人驚逃戶外懸掛物大幅度晃動，不穩(wěn)定器物搖動或翻倒A少數中等破壞,多數輕微破壞和/或基本完好B個別中等破壞,少數輕微破壞,多數基本完好個別輕微破壞,大多數基本完好C0.00~0.110.63(0.45~0.89)0.06(0.05~0.09)0.00~0.08Ⅰ無感------Ⅱ室內個別靜止中的人有感覺------物體從架子上掉落;河岸出現(xiàn)塌方,飽和砂層常見噴水冒砂,松軟土地上地裂縫較多;大多數獨立磚煙囪中等破壞A少數嚴重破壞和/或毀壞,多數中等和/或輕微破壞B少數中等破壞,多數輕微破壞和/或基本完好少數中等和/或輕微破壞,多數基本完好C0.09~0.311.25(0.90~1.77)0.13(0.10~0.18)0.07~0.22大多數人驚逃戶外,騎自行車的人有感覺,行駛中的汽車駕乘人員有感覺ⅦⅧABC少數嚴重和/或中等破壞,多數輕微破壞個別毀壞,少數嚴重破壞,多數中等和/或輕微破壞少數毀壞,多數嚴重和/或中等破壞多數人搖晃顛簸,行走困難0.20~0.400.29~0.51干硬土上出現(xiàn)裂縫,飽和砂層絕大多數噴砂冒水;大多數獨立煙囪嚴重破壞2.50(1.78~3.53)0.25(0.19~0.35)ⅨABC少數毀壞和/或嚴重破壞,多數中等和/或輕微破壞少數毀壞,多數嚴重和/或中等破壞多數嚴重或/和毀壞多數人搖晃顛簸,行走困難0.38~0.600.49~0.71干硬土上多處出現(xiàn)裂縫,可見基巖裂縫、錯動,滑坡、塌方常見;獨立磚煙囪多數倒塌5.00(3.54~7.07)0.50(0.36~0.71)ⅩABC多數毀壞和/或嚴重破壞大多數毀壞絕大多數毀壞騎自行車的人會摔倒,處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔離原地,有拋起感0.58~0.800.69~0.91山崩和地震斷裂出現(xiàn);基巖上拱橋破壞;大多數獨立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00(7.08~14.14)1.00(0.72~1.41)ⅪABC絕大多數毀壞-0.78~1.000.89~1.00地震斷裂延續(xù)很大;大量山崩滑坡--ⅫABC幾乎全部毀壞-1.00地面劇烈變化,山河改觀--“個別”為10%以下；“少數”為10%～45%；“多數”為40%～70%；“大多數”為60%～90%；“絕大多數”為80%以上。A類：木構架和土、石、磚墻建造的舊式房屋；B類：未經抗震設防的單層或多層磚砌體房屋；C類：按照Ⅶ度抗震設防的單層或多層磚砌體房屋?；就旰茫撼兄睾头浅兄貥嫾旰茫騻€別非承重構件輕微損壞，不加修理可繼續(xù)使用；輕微破壞：個別承重構件出現(xiàn)可見裂縫，非承重構件有明顯裂縫，不需要修理或稍加修理即可繼續(xù)使用；中等破壞：多數承重構件出現(xiàn)輕微裂縫，部分有明顯裂縫，個別非承重構件破壞嚴重，需要一般修理后可使用；嚴重破壞：多數承重構件破壞較嚴重，非承重構件局部倒塌，房屋修復困難；毀壞：多數承重構件嚴重破壞，房屋結構瀕于崩潰或已倒毀，已無修復可能。

以地面上以及底層房屋中的人的感覺和其他震害現(xiàn)象為主

以房屋震害為主，參照其他震害現(xiàn)象，當用房屋震害程度與平均震害指數評定結果不同時，應以震害程度評定結果為主，并綜合考慮不同類型房屋的平均震害指數

應綜合房屋震害和地表震害現(xiàn)象2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計15地震烈度評定實例破壞等級：毀壞房屋類型：C類2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計16地震基本知識

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地震動三要素幅值、頻譜、持時。t/s2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計17地震基本知識

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地震震害

直接震害

指地震直接引起的人身傷亡與財產損失。財產損失包括各種人工建筑物，如房屋建筑、構筑物、橋梁、隧道、道路、水利工程，以及自然環(huán)境，如農田、河流、湖泊、地下水等的破壞。直接震害可劃分為兩類：結構振動破壞和地基失效。動態(tài)破壞靜態(tài)破壞結構振動破壞地基失效2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計18地震直接震害

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地面破壞如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計19地震直接震害

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建(構)筑物破壞如房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開裂、鐵軌變形等。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計20地震直接震害

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自然環(huán)境的破壞如山崩、滑坡等。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計21地震基本知識

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地震震害

間接震害

指非地震災害和損失，如火災、水災（海嘯、大湖波浪）、流行疾病和由于勞動力損失與交通中斷等引起的一系列經濟損失。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計22地震間接震害

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火災

1923年日本關東大地震，東京市內227處起火，33處未能撲滅造成火災蔓，舊市區(qū)燒毀約50%，橫濱市燒毀80%。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計23地震間接震害

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海嘯2004年12月26日印尼蘇門達臘島附近海域發(fā)生強烈地震,引發(fā)巨大海嘯,造成28萬余人死亡的慘劇.2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計24地震間接震害

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交通中斷2008年5月12日汶川大地震中,90余公里的都汶公路80%的道路損毀,數十處山體滑坡、一億多立方米土石塌方導致10多公里路段被完全覆蓋,交通中斷,直到三個多月后(9月2日)才全線貫通并恢復通車。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計25地震間接震害

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毒物泄露2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計26地震間接震害

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流行疾病2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計27結構地震破壞現(xiàn)象

結構喪失整體性；

承重結構強度不足；

結構變形過大；2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計28結構地震破壞現(xiàn)象

結構構件結點失效；

地基失效；

非結構構件破壞。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計29建筑抗震概念設計

>基本內容

建筑設計應重視建筑結構的規(guī)則性；

抗側力結構和構件的延性設計。

合理的建筑結構體系選擇；2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計30建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性建筑規(guī)則性3.4.1

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。建筑及其抗側力結構的平面布置宜均勻、對稱，并具有良好的整體性。平面規(guī)則：1豎向規(guī)則：2建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計31建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性馬那瓜美洲銀行大廈馬那瓜中央銀行大廈

1972年12月23日馬那瓜地震,由于中央銀行大廈結構嚴重不規(guī)則,地震破壞嚴重,震后拆除;相鄰的美洲銀行大廈結構規(guī)則,只輕微損壞,震后稍加修理便恢復使用。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計32建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性

平面不規(guī)則

4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。

4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴重不均勻，不連續(xù)。

主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴重開裂，柱鋼筋壓屈；橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達1cm),直至電梯井東側；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結構構件均嚴重破壞或倒塌。震后計算分析結果:1.結構存在十分嚴重扭轉效應;2.塔樓3層以上北面和南面大多數柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產生可觀的豎向運動等。中央銀行大廈

結構是均勻對稱的，基本的抗側力體系包括4個L形的桶體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結構能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對稱的結構布置及相對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側向位移，并防止了明顯的扭轉效應；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結構構件的損壞；3.當連梁剪切破壞后，結構體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側向剛度，位移量得到控制。美洲銀行2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計33建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義扭轉不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結構平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層扭轉不規(guī)則凹凸角不規(guī)則2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計34平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義扭轉不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結構平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層局部不連續(xù)大開洞錯層2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計35建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性豎向不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義側向剛度不規(guī)則該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側力構件不連續(xù)豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架等向下傳遞樓層承載力突變抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%沿豎向的側向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側力構件不連續(xù)2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計36豎向不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義側向剛度不規(guī)則該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側力構件不連續(xù)豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架等向下傳遞樓層承載力突變抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%豎向抗側力結構屈服抗剪強度不均勻（有薄弱層）

嚴重不規(guī)則是指體型復雜，多項不規(guī)則指標超過表中指標或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導致地震破壞的嚴重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結構的多層和高層建筑。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計37建筑抗震概念設計

>結構規(guī)則性總是震不倒的建筑是由中國人創(chuàng)造出來的.2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計38建筑抗震概念設計

>結構體系3.5.2

結構體系應符合下列各項要求：

1.應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。

2.應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。

3.應具備必要的抗震承載力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

4.對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計39建筑抗震概念設計

>結構體系

受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實際表現(xiàn)相符合。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計40建筑抗震概念設計

>結構體系

抗震設計的一個重要原則是結構應有必要的贅余度和內力重分配的功能。2023/12/4第2講地震特征與結構概念設計41建筑抗震概念設計

>結構體系

有較大的變形能力而缺少較高的抗側向力的能力如鋼或鋼筋混凝