搜索
11第十章抗震设计基本概念第一节、震级、烈度、设防标准2一、地球的构造1、地壳▲地球最表面的一层，很薄，一般厚度为5-40km，平均厚度约为30km。▲主要由各种不均匀的岩石组成：沉积岩→花岗岩→玄武岩等。▲绝大部分地震都发生在地壳内。32、地幔▲中间一层，很厚，平均厚度约为2900km。▲主要由具有粘弹性性质的质地比较坚硬的橄榄岩组成。▲地幔内部的物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢运动，可能是造成地壳运动的根源。3、地核▲地球最里面的一层，半径约为3500km，是地球的核心部分。▲可分为外核（厚2100km）和内核，其主要构成物质是镍和铁。▲根据推测，外核可能处于液态，内核可能处于固态。4二、地震及其成因1、按成因分类（1）火山地震：由于火势爆发而引起的地震。这类地震在我国很少见。（2）陷落地震：由于地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震。这类地震的震级很小，造成的破坏也很少。（3）诱发地震：由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。（4）构造地震：由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂而引起的地震。5▲特点：构造地震分布广，危害大，是抗震结构设计研究的主要对象。▲原因：岩层发生突然断裂或猛烈错动，产生振动源，振动以波的形式传播到地面，形成构造地震。地下岩层断裂时，往往不是沿着一个平面发生，而是形成一个一系列裂缝组成的破碎地带，并且这个破碎地带的所有岩层不可能同时达到新的平衡。因此，每次大地震的发生一般都不是孤立的，大地震前后总有很多次中小地震发生。6▲地震序列：在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在地区一系列大小地震称为地震序列。▲主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震叫主震。▲前震：在主震之前发生的地震。▲余震：在主震之后发生的地震。27▲主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。是一种破坏性地震类型。▲震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级不突出，主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。▲孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的。8▲震源：断层形成的地方，即大量释放能量的地方。震源不是一个点，而有一定的范围和深度。▲震中：震源正上方的地面位置。92、按震源深浅程度分类（1）浅源地震：震源深度在70km以内，一年中全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地震。（2）中源地震：震源深度在70-300km，一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震。（3）深源地震：震源深度超过300km，一年中全世界所有地震释放能量的约3%来自中源地震。10三、地震波、震级及地震烈度1、地震波地震产生的地壳运动（振动）以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波称为地震波。地震波包含：体波和面波。11（1）体波：在地球内部传播的波。体波包含：纵波和横波。12▲纵波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，故又称为压缩波或疏密波。特点：周期短，振幅小。▲横波：在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，故又称为剪切波。特点：周期较长，振幅较大。根据弹性理论，纵波的传播速度大约为横波的1.67倍，说明纵波的传播速度快，因此也把纵波叫初波，横波叫次波。313（2）面波：只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。面波包含：瑞雷波和洛夫波。特点：周期长，振幅大，只在地表附近传播，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。14▲瑞雷波：传播时，质点在波的传播方向和地面法线组成的平面内（XZ）做椭圆形运动，而在与XZ平面垂直的水平方向（Y）没有振动，质点在地面上呈滚动形式。▲洛夫波：传播时，质点只在与传播方向相垂直的水平方向（Y）运动，在地面上呈蛇形运动形式。15从实际地震时记录到的地震波可以看出，首先达到的是纵波（初波、P波），接着是横波（次波、S波），面波达到的最晚。一般情况下，当横波或面波达到时，振幅增大，地面振动最猛烈，造成的危害也最大。162、震级震级是表示一次地震本身强弱程度或大小的尺度，也是表示一次地震释放能量的多少，是一个衡量地震强度的指标。一次地震只有一个震级。目前，国际上比较通用的是里氏震级，即地震震级为式中A是标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800倍的地震仪）在距震中100km处记录的以微米（1微米=10-6m）为单位的最大水平地动位移（单振幅）。震级与震源释放能量的大小有关。震级每差一级，地震释放的能量将相差32倍。logMA=17▲地震按震级大小分为：（1）微震：小于2级，人感觉不到，只有仪器才能记录下来。（2）有感地震：2-4级，人能感觉到。（3）破坏性地震：5级以上地震，能够引起不同程度破坏。（4）强烈地震或大震：7级以上地震。（5）特大地震：8级以上地震。183、地震烈度▲指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。▲主要与震中距离、地震大小、震源深度、地震的传播介质、表土性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素有关。▲对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的。一般来说，距离震中越远，地震影响越小，烈度就越低；反之，地震烈度就越高。419▲地震烈度表为评定地震烈度，需要建立一个标准，这个标准就是地震烈度表。它以描述震害宏观现象为主，即根据建筑物的破坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具的动作反应等进行区分。日本采用8个等级的地震烈度表。一些欧洲国家采用10度划分的地震烈度表。我国和世界上大多数国家都采用12度划分的地震烈度表。见附表。202122基本烈度：某地区今后一定时期内，一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。50年内超越概率大于10%的烈度。多遇烈度：50年内超越概率大于63%的烈度。罕遇烈度：50年内超越概率大于2%~3%的烈度。抗震设防烈度：按国家规定权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。23一、抗震设防的目标我国根据具体情况，提出了三水准目标，二阶段设计法。目标：小震不坏、中震可修、大震不倒。第二节、抗震设计基本要求24三水准设防目标1.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不需修理仍可继续使用（第一水准）；2.当遭受本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用（第二水准）；3.当遭受高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（第三水准）。525二阶段设计法①按地区设防烈度进行构件截面抗震承载力计算，保证小震不坏，中震可修。〖弹性分析〗②按高于本地区设防烈度的预估罕遇地震作用验算构件弹塑性变形，保证大震不倒。〖概念设计＋构造措施〗设防范围：烈度小于6度，不设防；6、7、8、9度，设防；大于10度地区不进行工程建设。26建筑的分类甲类：遭遇地震破坏可能发生严重次生灾害，如产生放射性物质的污染、大爆炸等的建筑；对政治、经济、社会产生不可挽回的重大影响，如陕西的历史博物馆等的建筑。乙类：地震时使用不能中断或尽快恢复的建筑。如医疗、广播、通讯、供水、供电、供气、消防等。丙类：一般建筑，如工厂、学校、机关、商场、住宅丁类：次要的建筑，遭遇地震不易造成人员伤亡和较大经济损失，如水塔、烟囱等。二、抗震设防依据、分类及设防标准27建筑的抗震设防标准甲类：抗震设防烈度为6~8度时，抗震措施应提高一度，9度时，抗震设防应比9度更高。乙类：抗震设计按本地区的设防烈度计算；抗震构造按本地区的设防烈度提高一度考虑。丙类：地震作用计算、抗震构造措施均按本地区设防烈度考虑。丁类：地震作用计算按本地区设防烈度考虑；抗震构造措施按本地区的设防烈度降低一度考虑，但6度不降。281、建筑设计应重视结构的规则性（1）平面布置力求对称若为非对称结构，因质心与刚心不重合，远离刚心的构件，由于侧移量很大，所分担的水平地震剪力就大，容易出现超出其允许抗力和变形极限而发生严重破坏，甚至导致结构因一侧构件失效而倒塌。（2）竖向布置力求均匀结构竖向布置的关键：尽可能使竖向刚度、强度均匀变化，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。三、建筑抗震概念设计292、合理地选择结构体系（1）结构材料的选择从抗震角度考虑，作为一种好的结构材料，其结构材料应具备：①延性系数高（如钢结构）②强度/重力比值大（如轻质高强材料）③匀质性好④正交各向同性（变形相同）⑤构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。30按照上述标准，常见结构类型，按其抗震性能的优劣排序为：钢结构型钢混凝土结构混凝土—钢组合结构现浇钢筋混凝土结构预应力混凝土结构装配式钢筋混凝土结构配筋砌体结构砌体结构631（2）抗震结构体系的确定结构体系应符合下列各项要求《规范》3.5.2①应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。②应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。③应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。④对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。323、结构构件的延性框架结构的刚度小，延性好；剪力墙结构的刚度大，延性差。设计时应注意柱、墙刚度和延性的相互匹配，充分利用框架的延性及墙的刚度，协调发挥其自身的水平抗力。33结构不同部位的延性要求¾延性：结构承载能力无明显降低的前提下，结构产生非弹性变形的能力。有四个方面的含义：（把延性的概念体现到具体的指标上）①总体延性：用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均侧移比”表达。②楼层延性：以一个楼层的层间侧移比表达。③构件延性：指整个结构中某一构件（如一榀框架或一片墙体）的延性。④杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架的梁、柱，墙中的连梁或墙肢）的延性。①④对延性的要求依次增高34提高结构延性的原则：①在结构竖向：重点提高可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。②在结构平面：着重提高房屋周边转角处、平面突变处及复杂平面各翼相接处的构件延性。③对多道抗震防线的抗侧力体系，着重提高第一道防线中构件的延性。④在同一构件中，着重提高关键杆件的延性。⑤同一构件中，着重提高延性的部位应是预期构件首先屈服的部位。35改善延性的途径（1）控制构件的破坏形态。弯曲构件的延性远大于剪切构件的延性，所以争取更多的构件实现弯曲破坏。（2）减小构件的轴压比。（3）高强混凝土的应用。（4）钢纤维混凝土的应用。（5）型钢混凝土的应用。轴压比：AfNc36场地土的类型——按土层等效剪切波速，场地土分4类：四、建筑场地、地基和基础7371、场地类别《规范）规定：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类：382、场地选择1）避开地震危险地段危险地段：指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，及震中烈度为8度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。《规范》3.3.1对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时，应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。392）选择有利于抗震的场地《规范》3.3.4地基和基础设计应符合下列要求：①同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；②同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；（可设沉降缝，成为两个单元）③选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响；④地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。