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1、工程結構抗震與防災，發(fā)表人：黃雄軍手機：E-mail :第1章結構抗震基本知識1-1地震基本知識地震是常發(fā)生的自然現(xiàn)象，但發(fā)生小于四級地震時，人們感覺不到。 但是，如果地震發(fā)生在人群居住地，地震水平大，會給人們帶來災難，甚至會造成滅亡的災害。 例如，1976年的唐山大地震，2008年的四川汶川大地震和2013年4月的四川蘆山地震。 現(xiàn)在，人們雖然不能控制和預測地震的發(fā)生，但是如果修建抗震性能優(yōu)良的建筑物，就是可能的，被證實可以減少地震造成的生命和財產(chǎn)損失。 因此，為了防止和減輕地震災害，有必要對工程結構進行抗震分析和設置修訂。 一、地球的構造地球：地球是平均半徑約64

2、00km的橢圓球體。 從外側到內(nèi)側分為地殼、地幔、地核三層。 地殼：地球外表面的薄殼，平均厚度約30km，最薄的地方約5km，地震在這里多發(fā)。 地殼(地球的最外層)是由巨大的板塊構成的，板塊向下延伸的深度大約為70-100km。 地幔主要由堅硬的橄欖巖組成。 由于地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)不斷放熱，地球內(nèi)部的溫度隨著深度的增加而上升，引起地幔內(nèi)物質(zhì)的對流。 地核是地球的核心部分，分為內(nèi)核和外核。 二、地震類型和成因地震安全成因主要是構筑地震火山地震壩引起地震礦山開發(fā)人工爆破中前兩個是天然地震，其次是誘發(fā)地震。 構造地震的原因主要有：1.斷層在地球內(nèi)部不斷運動的過程中，經(jīng)常存在巨大的能量，地殼巖層不斷

3、連續(xù)變動，不斷變形，產(chǎn)生地應力。 當?shù)貞σ鸬膽兂^某處巖層的極限應變時，巖層會突然斷裂或偏移。 2 .根據(jù)板塊結構，地球表面的巖石層不是一體的，而是由6塊大板塊和幾塊小板塊，即歐亞板塊、美國板塊、非洲板塊、太平洋板塊、澳大利亞板塊和南極板塊組成。 地幔物質(zhì)的對流使板塊緩慢相互移動，板塊構造認為板塊構造運動是構造地震的根本原因。 從局部機理分析，地球板塊在運動中由于板塊間的相互作用力，地殼中的巖層發(fā)生變形。 如果這種變形積累到巖石能夠承受的程度以上，那里的巖體就會突然斷裂或偏移，引起地震。 三、根據(jù)世界地震活動的統(tǒng)一修訂，地球上每年發(fā)生8級以上震級、11級以上毀滅性地震2次的震級在7級以上

4、、9級以上的大地震不到20次震級在2.5級以上的有感地震在15萬次以上。 三、中國地震活動中國東臨太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震分布相當廣泛。 中國6個地震活動區(qū)：臺灣及其鄰近海域喜馬拉雅山脈活動區(qū)南北地震帶天山地震活動區(qū)華北地震活動區(qū)東南沿岸地震活動區(qū)，五、 最近的世界地震活動2004年12月26日印度尼西亞發(fā)生的地震是8.7級2004年5月12日四川汶川發(fā)生的地震是8.0級2004年1月12日海地發(fā)生的地震是7.3級2004年2月27日智利發(fā)生的地震2011年3月11日日本發(fā)生的地震為里氏9.0級，引起海嘯和核泄漏，造成巨大災害2013年4月20日四川蘆山發(fā)生的地震為里氏7.0 1-2

5、級地震的基本用語1，震源和震源的地球內(nèi)部因某種原因發(fā)生振動， 把以波的形式傳到地表地面的振動內(nèi)部振動的地方稱為震源，把震源地表的投影稱為震源，把從震源到地面的垂直距離根據(jù)震源的深度劃分為震源的深度不足60km。 中源地震的震源深度在60km- 300km之間，深源地震的震源深度超過300km，其中淺源地震的破壞性最大。二、地震波地震因地下巖體的斷裂、偏移而產(chǎn)生振動，以波的形式從震源向外傳播，即地震波，可分為體波和面波。 (1)體波體波是指在地球主體內(nèi)傳播的波，包括縱波、橫波。 縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳遞方向一致的波。 橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳遞方向垂直的波。 縱波：壓縮波無論在固體內(nèi)還

6、是液體內(nèi)都能傳播的周期短，振幅小，引起地面上下的搖晃運動。 橫波：剪切波只能在固體內(nèi)傳播的周期長，振幅大，引起地面水平方向的運動。 (2)面波是在介質(zhì)表面或地球表面及其附近傳播的波，可以認為是體波在地層界面多次反射形成的二次波，包括瑞波和樂普波。 瑞波傳播時，質(zhì)點在由波的行進方向和地表法線構成的平面內(nèi)進行逆橢圓運動。 這種運動形態(tài)被認為是形成地面搖晃的主要原因。 樂夫波傳播時，質(zhì)點在與波的行進方向垂直的水平方向上移動，在地面上表現(xiàn)為蛇行運動。 瑞波的振動軌跡截面(a )和放射線(b )，地震波的傳播速度是縱波最快，橫波次慢。 因此，在地震發(fā)生的中心地區(qū)，有先上下?lián)u晃，然后左右搖晃的感覺。 橫波

7、和面波到達時，地面振動最強，產(chǎn)生的破壞作用也最大。 在遠離震源的地方，地震波衰減，地面的振動變?nèi)?，破壞作用也減輕。 三、地震烈度地震烈度是表示地震本身大小的尺度。 其數(shù)值根據(jù)地震修正所記錄的地震波圖來決定。 比如有一次在某個地方發(fā)生了7級地震。 地震震級m與震度的關系：地震震級m與震源釋放能量的關系由該式可知，地震震級m增加1級時，震源釋放能量e增加約30倍。 四、烈度烈度烈度是指某地區(qū)地表和各種建筑物受地震影響的平均強弱程度。 一次地震，表示地震本身大小的震度只有一個。 但是，同樣的地震根據(jù)地點的不同影響也不同，因此，與震源的距離不同，會出現(xiàn)各種各樣的震度。 另外，由于地層土不同，地震波的表

8、現(xiàn)也不同，所以震源距離相同的建筑物破壞程度也不同。 此外，震度還與地面建筑物的抗震性能有關。 08年8月末攀枝花發(fā)生的6.1級和2010年4月玉樹地震破壞也相對較大，原因之一是山區(qū)農(nóng)民房屋大部分是土房，即使不發(fā)生地震也應該是危房。 地震級別在地震發(fā)生后馬上就能確定，但是震度必須經(jīng)過調(diào)查確定，比較花時間。 例如，發(fā)生5.12汶川地震時，國家地震局發(fā)表說地震等級為7.8級，2天后修正為8.0級。 烈度在九月初公布了。 汶川地震的震度分布情況、1-2地震特性地震波傳播產(chǎn)生的地震稱為地震。 一般通過記錄地面運動的加速度來了解地震的特性。 地震的三個要素是地震的峰值(最大振幅)、頻譜、持續(xù)時間。 工程結

9、構的地震破壞與地震三要素密切相關。 每次的地震記錄都不一樣。 但是，用地震后構筑物的破壞狀況和人工合成的方法可以確定幾個典型的地震，作為進行工程構造的抗震分析用。地振幅特性地振幅可以是地面加速度、速度或位移的最大值或某種意義上的有效值。 現(xiàn)在采用最多的地震振幅是地震的最大加速度振幅，可以描述地震的強弱，與地震災害有著密切的關系，可以作為震度的參考物理指標。二、地震波譜特性的震度、震源距離和場所條件對地震波譜有重要影響，震度越大，震源距離越遠，地震記錄的長周期成分越顯著。 由于地基土中的軟土，地層厚度在地基上的卓越周期偏向于長周期，地震的作用有可能擴大。 三、地震保持時的特性性振動保持時，對結構

10、的破壞程度有很大影響。 根據(jù)相同的地面運動的最大加速度，強震的持續(xù)時間越長，該地點的震度越高，構造物的地震破壞越嚴重。 地震破壞作用1 .地表破壞及其影響地表破壞以地裂、地面沉降、噴泉砂和滑坡等形式表現(xiàn)。 地裂分為結構性地裂和重力性地裂。 地面的不均勻下沉容易引起建筑物的破壞和倒塌。 2 .建筑物及構筑物的破壞地表破壞對建筑物的破壞性質(zhì)上是靜力破壞，這種破壞有時是毀滅性的，例如北川縣的幾個建筑物的破壞。 更多的建筑物(約90% )的破壞是由地震地面運動的動力響應引起的性質(zhì)上的動力破壞，人們可以通過改善建筑物的修建來控制。 因此，分析結構動力破壞機理是結構抗震研究的重點和結構抗震設置修訂的基礎。

11、 建筑物的動力破壞主要表現(xiàn)為主體結構強度不足引起的破壞和結構喪失整體性兩種破壞形式。 3 .次生災害，如地震對防堵湖、水庫、煤氣、通信、易燃易爆、有毒物質(zhì)容器的破壞，也相當于人們的破壞。 比如北川的唐家山堰塞湖，如果不及時處理，對下游的破壞就有可能比地震本身的破壞還要大。 1-4工程結構抗震設防一、基本術語抗震設防烈度按國家規(guī)定的權限批準一個地區(qū)抗震設防依據(jù)的烈度。 一般來說，50年以內(nèi)超越的概率為10%的震度也稱為基本震度。 基本震度是在一個地區(qū)進行抗震設施修訂的主要依據(jù)。 如上所述，地震水平表示地震釋放能量的大小，震度是地上建筑物的破壞程度，因此，抗震修訂建筑物只有震度的大小。 在中國，基

12、本震度的區(qū)劃只能由國家地震局發(fā)布，基本上由縣級的行政區(qū)劃，在抗震設施修訂規(guī)范中，例如能夠檢測出震度、地震加速度的峰值。 抗震設防標準抗震設防要求的高低測定尺度包括抗震設防強度或由設防地振動殘奧儀和建筑物的抗震分類決定的地震作用是地震的結構動態(tài)作用，包括水平地震作用和垂直地震作用。 設置修正地振動殘奧儀表抗震設置修正用的加速度(速度、位移)時間系列曲線、加法、速度反應譜和峰值加速度設置修正基本加速度50年設置修正基準期超過概率10%的地震加速度的設置可修正的值設置修正特征周期抗震設置修正用的地震影響系數(shù)程序曲線反映地震震度、震源距離和場所類別等要素的下降開始點對應的周期值其范圍相當于廠區(qū)、居民小

13、區(qū)和自然村或者1平方公里以上的平面面積。 抗震措施包括除地震作用訂正算和抵抗力訂正算以外的抗震設施訂正內(nèi)容、抗震構造措施。 抗震結構措施根據(jù)抗震概念設定修改原則，一般不需要修改計算結構和非結構各部分所需的各種細節(jié)要求。 二、地震的影響和抗震強度抗震強度是一個地區(qū)作為抗震強度依據(jù)的地震強度。 通常，可以采用與中國地震運動區(qū)域圖的地震基本震度和建筑抗震設施修正基準(GB50011-2010 )設定修正基本地震加速度值對應的震度值。 抗震標準中規(guī)定，為了防止震度在6度以上的地區(qū)建筑，必須進行抗震設施的修改。根據(jù)地震災害調(diào)查，根據(jù)地域不同宏觀震級是一樣的，但是處于大震級遠的震源距離的靈活建筑物，與小震

14、級相比，接近震源距離的情況更多。 根據(jù)地震災害調(diào)查，根據(jù)地域不同宏觀震級是一樣的，但是處于大震級遠震源距離的柔性建筑物，與小震級近震源距離的情況相比，震害要重得多。 因此，抗震規(guī)范在設訂地震組中表現(xiàn)震度和震源距離的影響，建筑工程的設訂地震分為3組。 第一組代表近震中距離，第二、三組代表遠震中距離的影響。 三、建筑分類我國的抗震規(guī)范將建筑物按其用途的重要性分為特殊防類(簡稱甲類)、重點防類(乙類)、標準防類(丙類)、適度防類(丁類)四類。 (1)特殊防類建筑：指使用特殊設施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害等特殊重大災害后果，需要進行特殊防類的建筑。 (2)重點防類建筑

15、：地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復的生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量死傷等重大災害結果，需要提高防標，標準建筑如城市建筑，簡稱乙類建筑。 例如城市供水、供電、通信、交通控制中心、三家醫(yī)院的主要醫(yī)技樓和中小學、幼兒園教學樓等。 (3)標準防類建筑： (1)、(2)、(4)等三種建筑以外的建筑，簡稱c類建筑。 (4)適度的防類建筑：指使用人員稀少，并且允許地震災害不發(fā)生次生災害，在一定條件下適度降低要求的建筑，簡稱丁類。 沒有崗哨的倉庫、臨時建筑等。 經(jīng)過汶川地震的教訓，中國將中小學建筑調(diào)整為乙類建筑，國外如日本，學校建筑最安全。 中國建筑抗震設施修訂分類標準，各抗震設施修訂分類建筑的抗

16、震設施修訂標準應當滿足以下要求： (1)特殊設施修訂類(甲類建筑)地震作用應超過本地區(qū)抗震設施修訂強度的要求，其值應根據(jù)批準的地震安全性評價結果確定。 抗震對策是，抗震強度為6-8度時，要滿足比本地區(qū)的抗震強度提高1度的要求，9度時，要滿足比9度抗震強度高的要求。 (2)重點防衛(wèi)類(乙類建筑)的地震作用滿足本地區(qū)的抗震強度要求，抗震對策一般來說，抗震強度為6-8度時，滿足比本地區(qū)的抗震強度提高一度的要求，9度時，滿足比9度抗震強度高的要求，地基基礎的抗震對策必須符合有關規(guī)定。 (3)標準防類(丙類建筑)的地震作用和抗震措施應滿足本地區(qū)抗震防烈度的要求。 (4)在適度防衛(wèi)類(丁類建筑)的情況下，

17、地震作用仍應滿足本地區(qū)抗震強度要求的抗震措施應當比本地區(qū)抗震設施震度要求適當降低，但抗震設施震度為6度時不得降低。 抗震強度為6度時，除規(guī)范有具體規(guī)定外，也可以不對乙、丙、丁類建筑進行地震作用的修正計算。 四、多發(fā)震度和珍發(fā)地震多發(fā)震度：發(fā)生機會多的地震也稱為小震度，50年內(nèi)發(fā)生的可能性(或被超越的概率)為63.6%，也稱為小震度。 基本震度： 50年以內(nèi)發(fā)生的可能性(或者被超越的概率)是10%，也被稱為中震對應的震度。 罕見的震度： 50年內(nèi)發(fā)生的可能性(或者被超越的概率)為2%，也被稱為大震度。 基本震度小的震度約高1.55度，比遭遇地震的頻率低1度。 圖：三種震度的含義及其關系，五是抗震設施修訂目標工程設施修訂的基本目的是在一定的經(jīng)濟條件下，最大限度地減輕建筑物的地震破壞，保障人民的生命財產(chǎn)安全。我國抗震規(guī)范明確提出了三個水平的抗震設施糾正要求：第一水