工程结构抗震设计 ppt课件
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重大社2023《建筑结构抗震设计(第3版)》教学课件2
地球介质 （含场地）
工程结构
地震 地面运动
结构 地震响应
Acc.(m/s2)
400 300 200 100
0 -100 -200 -300
0
5
10
15
20
25
30
35
40
t(sec.)
（1）描述地震动的物理量有加速度、速度和位移。
汶川地震什邡八角站记录的NS方向加速度时程
（2）地震动包括两个水平分量和一个竖向分量。
a (t ) (m/s2)
10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0
0 10.0 5.0
10.0 东西分量
5.0
南北分量
a (t ) (m/s2)
地震动是一个具有随机性的不规则0.0 时间历程 -5.0
-10.0
20
40
60
80 t (s) 100
120
140
160
0
20
40
60
80 t (s) 100
与临界阻尼比ζ＝1相应的阻尼系数 为cr＝2wm，称为临界阻尼系数
一般工程结构均为欠阻尼， （ζ=0.01～0.1）
2023年9月6日
2.4.1 单自由度弹性体系的地震反应分析
确定系数c1、c2
x(t) (c1 cos't c2 sin 't)et
考虑初始条件： x0 x(0), x0 x(0)
xg
•
质点所受冲击力为：P
m 0
xg
0 dt dt
dt
•
质点在0～dt时间内的加速度为：
抗震设计中如何把握地震动的 特性？如何保证所考虑地震动 的合理性？
2.2 地震动特性
《工程结构抗震设计》课件
• 确保结构的整体稳定性。
实例分析
城市高层建筑的抗震设计实例分析
城市高层建筑的抗震设计非常重要，通过分析实例 可以了解如何应用抗震设计原理保护建筑的安全。
实体模拟分析方法
实体模拟分析是一种重要的工具，用于模拟和评估 结构在地震中的响应。
总结
• 工程结构抗震设计对于保护人们的生命和财产是至关重要的。 • 抗震设计不断发展，新的技术和方法可以提高建筑物的抗震性能。
抗震设计的减震措施
1
钢性能隔震
钢性能隔震系统利用弹簧和减震器等装置降低地震力对结构的和防震支承系统通过吸收和耗散地震能量，提高结构的抗震性能。
3
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构可以通过提前施加预应力，增加结构的刚度和抗震性能。
抗震设计的加固措施
钢板加固方法
• 在结构的受力区域添加 钢板，增加结构的承载
概念和意义
工程结构抗震设计是确保建筑结构在地震中不会造成严重破坏或倒塌的工程 设计过程。它的目的是保护人们的生命和财产免受地震的危害。
地震波分析
地震波的特征和分类
地震波是地震能量传播的震 动波动。它们分为P波、S波 和表面波等不同类型。
水平向地震波分析方法
水平向地震波分析可以帮助 我们理解结构在水平地震力 作用下的响应和行为。
• 能增力加。 结构的刚度，减少 变形。
• 提升结构的抗震性能。
纤维增强复合材料加固方 法
• 使用纤维增强复合材料 包覆结构的受力区域。
• 提高结构的强度和刚度。 • 改善结构的延性和抗震
性能。
砼柱加固方法
• 在现有砼柱周围添加钢 筋和混凝土，增加柱子 的承载能力。
• 提升柱子的抗震能力， 减少柱子的变形。
实例分析
城市高层建筑的抗震设计实例分析
城市高层建筑的抗震设计非常重要，通过分析实例 可以了解如何应用抗震设计原理保护建筑的安全。
实体模拟分析方法
实体模拟分析是一种重要的工具，用于模拟和评估 结构在地震中的响应。
总结
• 工程结构抗震设计对于保护人们的生命和财产是至关重要的。 • 抗震设计不断发展，新的技术和方法可以提高建筑物的抗震性能。
抗震设计的减震措施
1
钢性能隔震
钢性能隔震系统利用弹簧和减震器等装置降低地震力对结构的和防震支承系统通过吸收和耗散地震能量，提高结构的抗震性能。
3
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构可以通过提前施加预应力，增加结构的刚度和抗震性能。
抗震设计的加固措施
钢板加固方法
• 在结构的受力区域添加 钢板，增加结构的承载
概念和意义
工程结构抗震设计是确保建筑结构在地震中不会造成严重破坏或倒塌的工程 设计过程。它的目的是保护人们的生命和财产免受地震的危害。
地震波分析
地震波的特征和分类
地震波是地震能量传播的震 动波动。它们分为P波、S波 和表面波等不同类型。
水平向地震波分析方法
水平向地震波分析可以帮助 我们理解结构在水平地震力 作用下的响应和行为。
• 能增力加。 结构的刚度，减少 变形。
• 提升结构的抗震性能。
纤维增强复合材料加固方 法
• 使用纤维增强复合材料 包覆结构的受力区域。
• 提高结构的强度和刚度。 • 改善结构的延性和抗震
性能。
砼柱加固方法
• 在现有砼柱周围添加钢 筋和混凝土，增加柱子 的承载能力。
• 提升柱子的抗震能力， 减少柱子的变形。
第三章2 工程结构地震反应分析与抗震验算.ppt
h 1 ---直线下降段的斜率调整系数；按下式确定
h1 = 0.02 + (0.05 - z ) / 8 当h1 < 0时，取h1 = 0
h2 - -阻尼调整系数，h2 < 0.55时，取h2 = 0.55
h2
=1+
0.05 - z 0.06 +1.7z
Tg : 特征周期，见表3.2
max：水平地震系数的最大值 α max = kβ max ,β max= 2.25
结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为
F
=
F (t ) max
= m &x&(t) + &x&g (t) max
= mSa
= mg Sa
&x&g (t) max = Gk = G
&x&g (t) max
g
G ---集中于质点处的重力荷载代表值；
g ---重力加速度
= Sa
&x&g (t) max
地震特征周期分组的特征周期值（s）
场地类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
第一组 0.25
0.35
0.45 0.65
查表确定 Tg Tg = 0.3
第二组 0.30
0.40
第三组 0.35
0.45
0.55 0.75 0.65 0.90
例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋 盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类 场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚 度 ic = EIc / h = 2.6104 kN m ,阻尼比为0.05。试求该结构多 遇地震时的水平地震作用。
工程地震与结构抗震-地震危险性分析PPT(共 44张)
12
2）划分地震构造区 单元划分； 划分的判断：构造活动年代
相同构造类型 构造应力场 地球物理场 地震活动性 实际就是在划分潜在震源区
13
3）确定最大震级 为尽量细地分析地震活动的非均匀性，将
发震断层分段。 用地震构造特征确定最大震级： 断层长度，错动类型，历史活动，综合
确定（需要经验） 4）最大原则：综合考虑各潜在震源影响，取 最大者
交 叉 学 科
5
地表及基岩地形
目的：工程场地的地震动
场地土层区（局部）
地震波传播
基岩区 （区域地质）
震 源
6
影响地震动及地震地质灾害的因素
• 地震、地质环境：震源特性
• 区域地质条件：地壳介质
对地震动的影响 空间上缓慢变化
• 局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层
对地震动的影响空间上显著变化
7
21
一般说来，这样的分布模型将会是非常复杂 的，并且在缺少地震数据的情况下，建立这样的模 型也是非常困难的。在实际应用中，通常将这3个 参数独立开来而分别研究其统计特征。
地震危险性分析研究工作的发展
地震危险性研究起自四十年代。随着科学技术的 发展，为满足蓬勃发展的工程建设的需要，地震危险 性评定工作大致经历了两个重要的发展阶段：
第一阶段自50年代初期到70年代后期，所用的方 法称之为确定性方法，即地震基本烈度鉴定方法。基 本烈度确定后，其场地影响采用场地分类法，按照有 关抗震设计规范对场地进行分类以确定设计地震动参 数。
15
3）历史地震衰减资料 因为是有具体区域，所以要查尽相关
资料，反映区域特点 特殊的衰减关系 考虑烈度异常
以上确定性方法中都将震源看成点源，没有 考虑大震发震断层长度影响，如果直接以历 史地震资料为基础，有可能避免。
2）划分地震构造区 单元划分； 划分的判断：构造活动年代
相同构造类型 构造应力场 地球物理场 地震活动性 实际就是在划分潜在震源区
13
3）确定最大震级 为尽量细地分析地震活动的非均匀性，将
发震断层分段。 用地震构造特征确定最大震级： 断层长度，错动类型，历史活动，综合
确定（需要经验） 4）最大原则：综合考虑各潜在震源影响，取 最大者
交 叉 学 科
5
地表及基岩地形
目的：工程场地的地震动
场地土层区（局部）
地震波传播
基岩区 （区域地质）
震 源
6
影响地震动及地震地质灾害的因素
• 地震、地质环境：震源特性
• 区域地质条件：地壳介质
对地震动的影响 空间上缓慢变化
• 局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层
对地震动的影响空间上显著变化
7
21
一般说来，这样的分布模型将会是非常复杂 的，并且在缺少地震数据的情况下，建立这样的模 型也是非常困难的。在实际应用中，通常将这3个 参数独立开来而分别研究其统计特征。
地震危险性分析研究工作的发展
地震危险性研究起自四十年代。随着科学技术的 发展，为满足蓬勃发展的工程建设的需要，地震危险 性评定工作大致经历了两个重要的发展阶段：
第一阶段自50年代初期到70年代后期，所用的方 法称之为确定性方法，即地震基本烈度鉴定方法。基 本烈度确定后，其场地影响采用场地分类法，按照有 关抗震设计规范对场地进行分类以确定设计地震动参 数。
15
3）历史地震衰减资料 因为是有具体区域，所以要查尽相关
资料，反映区域特点 特殊的衰减关系 考虑烈度异常
以上确定性方法中都将震源看成点源，没有 考虑大震发震断层长度影响，如果直接以历 史地震资料为基础，有可能避免。
工程结构抗震设计ppt
2．地震作用的计算
可采用底部剪力法。
3．楼层地震剪力在墙体间的分配
当抗震横墙间距不超过限值要求时，认为 横向地震作用全部由横墙承担 纵向地震作用全部由纵墙承担
各道墙间地震剪力的分配 1）刚性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
的侧移刚度比例分配 2）柔性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
从属面积上的重力荷载比例分配 3）中等刚性买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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上述两种方法的平均值 4）纵向地震剪力可按各纵墙的侧移刚度比例分配
4．同一道墙上各墙段间地震剪力分配
地震剪力按各墙段的侧移刚度比例分配
5．墙体抗震承载力验算
（1）各类砌体的抗震抗剪强度设计值 fvE
fvE =N fv
式中，fv——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 N——砌体强度的正应力影响系数
（2）墙体截面的抗剪强度验算 选择不利墙段 1）承担水平地震作用较大的墙段 2）竖向压应力较小的墙段 3）墙体截面被削弱较多的墙段
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3．楼层地震剪力在墙体间的分配
当抗震横墙间距不超过限值要求时，认为 横向地震作用全部由横墙承担 纵向地震作用全部由纵墙承担
各道墙间地震剪力的分配 1）刚性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
的侧移刚度比例分配 2）柔性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
从属面积上的重力荷载比例分配 3）中等刚性买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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上述两种方法的平均值 4）纵向地震剪力可按各纵墙的侧移刚度比例分配
4．同一道墙上各墙段间地震剪力分配
地震剪力按各墙段的侧移刚度比例分配
5．墙体抗震承载力验算
（1）各类砌体的抗震抗剪强度设计值 fvE
fvE =N fv
式中，fv——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 N——砌体强度的正应力影响系数
（2）墙体截面的抗剪强度验算 选择不利墙段 1）承担水平地震作用较大的墙段 2）竖向压应力较小的墙段 3）墙体截面被削弱较多的墙段
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第4章-结构抗震概念设计
工程结构抗震设计-结构抗震计算
❖ 建筑抗震概念设计 “重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”
建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：
概念设计——根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则 和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构 造的过程
抗震计算——通过地震作用的计算进行结构的抗震验算 构造措施——在保证结构整体性、加强局部薄弱环节
美洲 这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结 银行 构能观察到的主要破坏。
分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的 联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了 明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌 体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪 切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，
▪ 严重不均匀地基——不均匀沉陷等（6-9度） ▪ 新填土及其它不稳定地基——不均匀沉陷、滑
移等（7-9度）
抗震规范规定，地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土 时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利影响，采取相应的措施。
4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基
5、场地土的液化
地表出现喷砂冒水
场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原 因是由于场地和地基稳定性引起的。
场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。 这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地 震灾害的。
场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面建筑 振动而产生的破坏作用。
减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和 减震设计和采取减震措施。
质量与刚度变化均匀—— 平面内使结构刚度中心与质量中 心相一致，避免扭转效应 高度方向均匀变化，避免薄弱层， 减小变形集中、鞭梢效应
29
4.2 有利的抗震体型、合理的结构布置
❖ 建筑抗震概念设计 “重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”
建筑抗震设计包括三个层次的内容与要求：
概念设计——根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则 和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构 造的过程
抗震计算——通过地震作用的计算进行结构的抗震验算 构造措施——在保证结构整体性、加强局部薄弱环节
美洲 这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结 银行 构能观察到的主要破坏。
分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的 联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了 明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌 体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪 切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，
▪ 严重不均匀地基——不均匀沉陷等（6-9度） ▪ 新填土及其它不稳定地基——不均匀沉陷、滑
移等（7-9度）
抗震规范规定，地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土 时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利影响，采取相应的措施。
4.1 选择抗震有利的建筑场地、地段和地基
5、场地土的液化
地表出现喷砂冒水
场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原 因是由于场地和地基稳定性引起的。
场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。 这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地 震灾害的。
场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面建筑 振动而产生的破坏作用。
减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和 减震设计和采取减震措施。
质量与刚度变化均匀—— 平面内使结构刚度中心与质量中 心相一致，避免扭转效应 高度方向均匀变化，避免薄弱层， 减小变形集中、鞭梢效应
29
4.2 有利的抗震体型、合理的结构布置
建筑结构抗震设计(PPT,共81页)
提供了较大的侧向刚度，位移得到控制。
3.1
结构抗震概念设计
五、合理的结构材料
• 延性系数（表示极限变形与相应屈服变形之比）高； • “强度/重力”比值大（轻质高强）； • 匀质性好； • 正交各向同性； • 构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并
图 断层和断裂带 “有地震必有断层，有断层必有地震”
3.1
结构抗震概念设计
断裂及其工程影响
地质调查结果： •沿龙门山中央主断裂 带的地表破裂从映秀镇 至北川长200km； • 沿龙门山山前断裂带 的地表破裂从都江堰至 汉旺镇长40km 。
(图源：张培震, 2008)
汶川地震的 启示和教训
位于地震 断层的建筑， 由于地震断错 和地面强大振 动，带来房屋 毁灭性坍塌。
填充墙。
4层以上平面图
2）竖向不规则：塔楼上部（4层
楼面以上），北、东、西三面布
置了密集的小柱子，共64根，支
承在过渡大梁上，大梁又支承在
其下面的10根柱子上。上下两部
分严重不均匀，不连续。
3）主要破坏：第4层与第5层之 间(竖向刚度和承载力突变),周围
4层以下平面图
剖面图
柱子严重开裂，柱钢筋压屈；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙
• 这里的“规则”包含了对建筑平面、立面外形尺寸，抗 侧力构件的布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因 素的综合要求。
• “规则”的具体界限随结构类型的不同而异，需要建筑 师和结构师相互配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。
3.1
结构抗震概念设计
• 建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严 重不规则的设计方案；
①竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换
3.1
结构抗震概念设计
五、合理的结构材料
• 延性系数（表示极限变形与相应屈服变形之比）高； • “强度/重力”比值大（轻质高强）； • 匀质性好； • 正交各向同性； • 构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并
图 断层和断裂带 “有地震必有断层，有断层必有地震”
3.1
结构抗震概念设计
断裂及其工程影响
地质调查结果： •沿龙门山中央主断裂 带的地表破裂从映秀镇 至北川长200km； • 沿龙门山山前断裂带 的地表破裂从都江堰至 汉旺镇长40km 。
(图源：张培震, 2008)
汶川地震的 启示和教训
位于地震 断层的建筑， 由于地震断错 和地面强大振 动，带来房屋 毁灭性坍塌。
填充墙。
4层以上平面图
2）竖向不规则：塔楼上部（4层
楼面以上），北、东、西三面布
置了密集的小柱子，共64根，支
承在过渡大梁上，大梁又支承在
其下面的10根柱子上。上下两部
分严重不均匀，不连续。
3）主要破坏：第4层与第5层之 间(竖向刚度和承载力突变),周围
4层以下平面图
剖面图
柱子严重开裂，柱钢筋压屈；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙
• 这里的“规则”包含了对建筑平面、立面外形尺寸，抗 侧力构件的布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因 素的综合要求。
• “规则”的具体界限随结构类型的不同而异，需要建筑 师和结构师相互配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。
3.1
结构抗震概念设计
• 建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严 重不规则的设计方案；
①竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换
建筑结构抗震设计ppt53页
1.0.1 课程简介
建筑结构抗震设计是综合了地震成因，强烈地面运动，结构物的动力特性和地震反应等方面的研究成果而发展起来的一门多科性的学科，它涉及地球物理学、地质学、地震学、工程力学（结构动力学、材料力学、结构静力学）、工程结构学（钢筋混凝土结构、钢结构、地基与基础）、施工技术等多方面的知识。
1.0.2 课程性质和目的
1.1.1 地震类型与成因
什么是地震？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 。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。
抗震设防烈度
6度
7度
8度
9度
设计设计基本地震加速度值
0.05g
0.1g（0.15g）
0.2g（0.3g）
0.4g
1.2.3 基本烈度与地震区划
设计地震分组：是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。
在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。 设计地震分三组，对于Ⅱ类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.
1.1.2 地震波
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。1、体波：在地球内部传播的波。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，又称为压缩波或疏密波。特点：周期短，振幅小，波速快, 引起地面竖向颠簸。纵波也叫初波横波：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，波速慢, 引起地面水平摇晃。横波也叫次波。
建筑结构抗震设计是综合了地震成因，强烈地面运动，结构物的动力特性和地震反应等方面的研究成果而发展起来的一门多科性的学科，它涉及地球物理学、地质学、地震学、工程力学（结构动力学、材料力学、结构静力学）、工程结构学（钢筋混凝土结构、钢结构、地基与基础）、施工技术等多方面的知识。
1.0.2 课程性质和目的
1.1.1 地震类型与成因
什么是地震？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 。地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。
抗震设防烈度
6度
7度
8度
9度
设计设计基本地震加速度值
0.05g
0.1g（0.15g）
0.2g（0.3g）
0.4g
1.2.3 基本烈度与地震区划
设计地震分组：是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。
在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。 设计地震分三组，对于Ⅱ类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.
1.1.2 地震波
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。1、体波：在地球内部传播的波。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，又称为压缩波或疏密波。特点：周期短，振幅小，波速快, 引起地面竖向颠簸。纵波也叫初波横波：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，波速慢, 引起地面水平摇晃。横波也叫次波。
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
48
工程结构抗震设计原理
一.按地震成因分类 二.按震源深浅分类
地震灾害是群灾之首， 它具有突发性和不可预测性， 以及频度较高，并产生严重 次生灾害，对社会也会产生 很大影响等特点。
太少 气象方面
板块活动
重力作用
地震、海啸、火山爆发
泥石流、雪崩
与动物、微生物有关 蝗虫、白蚁等 虫害 疾病︰如伤寒、“非典”、 瘟疫 与植物有关 病害︰如小麦的铁锈病 野草蔓延、赤潮
唐山市 开滦煤矿救 护楼，为砖 混结构人字 木屋架的三 层楼房，墙 倒顶塌。
第一章 地震工程学原理
20
工程结构抗震设计原理
唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房 局部倒塌。
第一章 地震工程学原理
21
工程结构抗震设计原理
唐山地区 交通局，砖混 结构的三层办 公楼遭到破坏。 （此处为唐山 地震重点保护 遗迹之一。）
10
工程结构抗震设计原理
柱子内埋设管线（水、 排水、电、煤气、电话）等， 虽然节省了空间，但大大降 低了柱子的有效承重截面积， 造成破坏。
第一章 地震工程学原理
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工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
12
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
13
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
第一章 地震工程学原理
37
工程结构抗震设计原理
喜马拉雅—— 地中海地震带
环太平洋地震带
第一章 地震工程学原理
38
工程结构抗震设计原理
2.我国是一个地震灾害最严重的国家
中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个 震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之 多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性 地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14 个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%， 地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。 20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。 1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。
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工程结构抗震设计原理
一.按地震成因分类 二.按震源深浅分类
地震灾害是群灾之首， 它具有突发性和不可预测性， 以及频度较高，并产生严重 次生灾害，对社会也会产生 很大影响等特点。
太少 气象方面
板块活动
重力作用
地震、海啸、火山爆发
泥石流、雪崩
与动物、微生物有关 蝗虫、白蚁等 虫害 疾病︰如伤寒、“非典”、 瘟疫 与植物有关 病害︰如小麦的铁锈病 野草蔓延、赤潮
唐山市 开滦煤矿救 护楼，为砖 混结构人字 木屋架的三 层楼房，墙 倒顶塌。
第一章 地震工程学原理
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工程结构抗震设计原理
唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房 局部倒塌。
第一章 地震工程学原理
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工程结构抗震设计原理
唐山地区 交通局，砖混 结构的三层办 公楼遭到破坏。 （此处为唐山 地震重点保护 遗迹之一。）
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工程结构抗震设计原理
柱子内埋设管线（水、 排水、电、煤气、电话）等， 虽然节省了空间，但大大降 低了柱子的有效承重截面积， 造成破坏。
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喜马拉雅—— 地中海地震带
环太平洋地震带
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工程结构抗震设计原理
2.我国是一个地震灾害最严重的国家
中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个 震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之 多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性 地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14 个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%， 地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。 20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。 1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。
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Vse
d0
(b) 折算土层
式中 Vsi——第i层土的剪切波速，m/s di ——第i层土的厚度，m d0 —— 场地土计算厚度，取地面下20m，但不 深于场地覆盖层厚度，m n —— 土层数目
3．对丁类建筑及不超过10层且高度不超过30m的丙类 建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性 状，先估计各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。
坚硬土 中硬土 软弱土 液化土
山丘 山嘴
滑坡
地裂 泥石流
不利的场地条件
水边地的地下水位 较高，土质也较松 软，容易在地震时 产生土壤滑动或地 层液化。
山坡地在地震时会 产生土壤滑动。冲 积地的土质松软， 地震时容易塌陷， 如果此处有地下水 层，还容易发生液 化。
用另外的土石來填 补地基，常有土壤 密实度不足情形， 导致建筑物在地震 时产生倾斜、沉陷。
9.5
9.5
砂
190
37.8
28.3
淤泥质粘土
130
dov=63m
43.6
5.8
砂
240
60.1
16.5
淤泥质粘土
200
(2)地面下20m以上场地土等效剪
63 69.5
2.9 6.5
细砂 砾混粗砂
310 520
切波速
vsed0/t
nd0di
20
15.92 m/s
9.5/190 1.05/130
v i1 si
不利的场地条件
临近悬崖,容易滑落。
谷地或低地，这里的建筑物容易 在地震发生时，受土石崩塌破坏。
不利的场地条件
断裂带是地质上的薄弱环节，浅 源地震多与断裂活动有关。
第二节 场 地
一、场地概念
场地：工程群体所在地，在平面上大体相当厂区、 居民点或自然村的区域范围。 场地土：场地范围内的地基土。 场地条件对震害的影响因素： （1）场地土的刚度（坚硬程度） （2）场地覆盖层厚度
为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？
泊松比μ对剪切波速度影响不太大，相对稳定，而对压缩 波影响很大（例如μ=0.2→0.48时）。这种变化特征对于现场测 试VP时的要求很高，而实际上很难做到。
土可以认为是由骨架（矿物、砂粒等）与填充物（气体、 液体等）组成。剪切波不能在气体或液体中传播，即VS只与土 的骨架性质有关，而与填充特性无关。岩土的骨架和颗粒之间 的连接形式，是在一定的历史时期形成的，它相对稳定。
(3)确定建筑场地类别
属于Ⅲ类场地
【例题】 已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻 孔地质资料如表1所示，试确定该场地的类别。
表1 某建筑场地钻孔地质资料
土层底部深度（m）
2.00 4.50 8.40 16.70
土层厚度（m）
2.00 2.50 3.90 8.20
Hale Waihona Puke 岩土名称杂填土 粉土 中砂
碎石土
土层剪切波速 vsi(m/s) 200 280 380 540
vse7.5 1 1.582 0 2.043 0 4.01 025 .6m3/s
Vse位于250-500m/s，且覆盖层深度dov>5m，故属于II类 场地。
例题：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建
筑场地的类别。
层底深度 土层厚度
(m)
(m)
土的名称
剪切波速 m/s
解：(1)确定覆盖层厚度
五、场地土的固有周期
1.基本方程
M x K x 0
2. 简化公式
（1）单一土层
T 4d ov vs
式中：dov—覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。
（2） 多层土
T n 4hi
v i1 si
式中：vsi、hi—覆盖层中第i层土的剪切波速和土层厚度；
n—场地覆盖层中的土层总数。
自然地面
自然地面
d11
vs1
d2
d0
vs2 vse
vsi
di
dn
vsn
d0
n
d0 di i 1
t n d i v i 1 si
n
v se
d0 t
di
i1
n di
v i1 si
等效原则：地震波通过多层土的时间与通过折算土
层时间相等。
自然地面
自然地面
t
n
di
i 1 V si
Vsed0 t
Vs1 d1 Vs2 d2 d Vsi di Vsn dn (a) 原来土层
三、地下水位的影响
水位越浅震害越重。
四、地段类别的划分
1. 建筑场地划分为三种地段： 有利地段、不利地段、 危险地段
2．建筑物选址时 （1）应选择对抗震有利的地段； （2）避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的
抗震措施； （3）不应在危险地段建造建筑物。
有利 场地
按建筑 物震害
程度
不利 场地
危险 场地
第三节 地基基础的抗震验算
一、验算原则
仅验算地基承载力，不验算地基变形。
二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑
1．砌体房屋； 2．地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下 列建筑： （1）一般单层厂房、单层空旷房屋； （2）不超过8层且高度25m以下的一般民用框架房屋； （3）基础荷载与（2）相当的多层框架厂房； 3．可不进行上部结构抗震验算的建筑。
3.5
2.0
粉土
7.5
4.0
细砂
15.5
8.0
砾砂
土层剪切波速 （m/s） 180 240 310 520
解： （1）确定覆盖层厚度 因为地表以下7.5m土层的剪切波速Vs=520m/s>500m/s， 故覆盖层厚度dov=7.5m。
（2）计算剪切波速 覆盖层厚度dov<20m，故取计算深度d0=7.5m
压缩波可以在任何介质中传播，VP除了与土的压实程度 和弹性常数有关外，还和岩土的含水量和人类活动等因素有关， 因此，用VS则更能客观地反映土的性质。
二、场地土的类型
1．对单一性质土 由场地土的剪切波速确定
Vs G
式中，G为土的剪切模量，为土的密度。 2．多层土 由多层土等效剪切波速确定
■ 等效剪切波速Vse的确定方法
工程结构抗震设计
第二章 场地、地基与基础
第一节 工程地质条件对震害的影响
一、局部地形的影响
1．局部地形高差大于30~50m，高处震害重。 2．局部孤突基岩地形震害重。
二、局部地质构造的影响
局部地质构造主要指断层。 断层可分发震断层与非发震断层。 发震断层为具有潜在地震活动的断层。 场地选择：应尽量使建筑远离断层及其破碎带。
三、场地覆盖层厚度
定义：从地面至坚硬场地土顶面的距离。
四、场地类别
场地类别划分为四类，划分依据： （1）场地土等效剪切波速（或场地土类型） （2）场地覆盖层厚度
例题 ：已知某建筑场地的钻孔资料如下表1所示， 试确定该场地的类别。
表1 钻孔资料
土层底部深度 土层厚度
（m）
（m）
土的名称
1.5
1.5
杂填土