建筑结构抗震设计地震与抗震设防

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图１．３
世界地震带示意图
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环太平洋地震带 ： 该地震带分布在东太平洋 的美洲大陆西海岸 、 北太平洋和西太平洋的岛屿 外侧 ， 绵延长达 ４０ ０００ ｋｍ ， 带宽只有约 ２００ ｋｍ ， 是地球上地震活动最强烈的地带 ， 全世界约 ８０ ％ 的浅源地震 、 ９０ ％ 的中源地 震和几乎所有的深源地震都集中在该带上 。 该地 震带所释放的地震能量约占全球地震能量的 ８０ ％。
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图１．２
汶川地震等烈度线分布图
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震级和烈度一定程度上都表明了 一次地震的 强弱程度 ， 但二者有本质的区别 。 其关系类 似于一个灯泡的瓦数与照度 、 炸药的 ＴＮＴ 与冲 击程度的关系 。 一次地震的震级是固 定的 ， 随 着距离和场地条件等的不同 ， 不同地区的烈度是 不一样的 。
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１．１．５ 地震活动性 所谓地震活动性 ， 是指地震发生的时间 、 空 间 、 强度和频度的规律 。 由于地震的发生是一个 能量的积累 、 释放 、 再积累 、 再释放的过程 ， 所以 同一个地区的地震发生存在时间上的疏密交 替现象 ， 一段时间活跃 ， 之后的一段时间相对平 静 ， 地震活跃期和地震平静期的时间跨度称为地 震活动期 。
１ 地震与抗震设防
地震， 作为人们所熟知的一个名词， 给人们 的印象是山摇地动、房倒屋塌、人畜伤亡！比如 ，２００８年５月１２日 发生在四 川汶川的强烈 地震，造成了６９ ０００多人死亡、１９ ０００ 多人失踪，直接经济损失达到９ ４００多亿元人 民币。
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１．１
地震基础知识
所谓地震 ， 指地球断层发生突然破裂 ， 所产 生的能量以波的形式在地球内部传播 ， 传达到地 表及其附近造成地表的剧烈振动 。 地震是一种自 然现象 。 １．１．１ 地震的成因 从上述地震的定义可以看出 ， 理解地震的成 因应把握两个层面 ： 一是地球内部存在断层 ， 二 是断层破裂存在动力或诱因 。
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１．１．３ 几个名 词 地壳岩层因受力达到 一定强度而发生破裂 ， 并沿破裂面有明显相对移动 的 构造称为断层 。 地 球内 部断层发生破裂的位臵称为 震源 （ 见图 １ ． １ ）。 震源到地面的垂直距离称为震源深度 。 震源在地表面的垂直投影称为 震中 。 有时人 们也称破坏最严重的区域的几何中心为 震中 。
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１．２．１ 地震灾害 所谓灾害 ， 指任何引 起人员 伤亡 、 财产损 失且超出承受能力必须向 外界求援的恶性事件 。 一次地震发生后 ， 随地震强度 、 区域防灾减灾能 力等复杂的自 然和社会因素的不同 ， 可能导致 不同的结果 。 对于震级小 、 防灾抗灾能力 强的 情形 ， 可能没有造成灾害 ； 而当 震级大 、 防灾 抗灾能力差时 ， 则会形成程度不同的灾害 。
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图１．４
中国地震带示意图
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１．２
地震灾害与抗震防灾
作为地壳运动的一种形式 ， 地震的发生是不 能阻止的 。 但地震本身 并不是灾害 ， 当 它达到 一定强度 ， 发生在人类生存的空间 范围 ， 且人 们尚没有足够的抵御能力 时 ， 便可造成灾害 。 地震越强 ， 人口 越密 ， 抗御能力越低 ， 灾害越 重。
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１．１．２ 地震的类型 对于非常复杂的地震来讲 ， 从不同的角度可 以有多种分类方法 。 按照成因 ， 地震可以分为构造地震 、 火山 地震 、 陷落地震和诱发地震等 。 由于地球构造运 动引 起的地震 ， 称为构造地震 ， 这类地震发生 次数最多 ， 约占全球地震总 数的 ９０ ％ 以 上 ， 是地震工程的主要研究对象 ； 由于火山 爆发 ， 岩浆猛烈冲出 地表或气体爆炸而引 起的地震称 为 火山 地震 ， 这类地震约占全球地震总数的 ７ ％ ， 在我国 很少见 。
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① 地壳 ： 地表至 Ｍ 面之间 ， 厚约几十千米 ， 主要由岩石构成 （ 表层土和水所占比重很小 ） 。 ② 地幔 ： Ｍ 面至 Ｇ 面之间 ， 厚约 ２ ９０ ０ ｋｍ ， 又分为上地幔 （ Ｍ 面至 １ ０００ ｋ ｍ 深处 ） 和下地幔 。 ③ 地核 ： Ｇ 面以下 。 就物理性质而言 ， 距地表越深 ， 构成物质的密度越大 ， 承受压力 越大 ， 温度越高 。
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① 建筑物和构筑物的破坏或倒塌 ， 地面破坏 ， 如地裂缝 、 地基沉陷 、 喷水冒 砂等 ； ② 山 体等自 然物的破坏 ， 如山 崩 、 滑坡 、 泥石流等 ； ③ 水体的振荡 ， 如海啸 、 湖震等 ； ④ 其他直接事件 ， 如地光烧伤人畜等 。
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地震灾害的突出 特点主要表现为 ： ① 突发性 ， 巨大的地震灾害发生在短暂的瞬 间； ② 空间不均匀性 ， 灾害发生在非常局限的空 间上 ； ③ 不确定性 ， 人们无法准确预知其时间 、 空间和程度 ； ④ 严重性 ， 一些大地震造成的灾害甚至是毁 灭性的 。
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图１．１
地震名词示意图
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１．１．４ 震级和烈度 地震的大小通常用震级表示 。 震级就是一次 地震释放能量多少的度量 。 震级有多 种定义 ， 通常用规定仪器所测定的 、 地震所造成的规定震 中距地表上的最大水平位移来标定 ， 当测定仪器 和震中距不是规定值时 ， 需要换算成规定值 。 较 常用的震级是里氏震级 ， 记为 Ｍ Ｌ 。 根据我国 现用仪器 ， 近震 （ 震中距小于 １ ０００ ｋｍ ） 震级 Ｍ Ｌ 按下式计算 ：
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１．１．６ 世界地震分布 在空间上 ， 地震发生的地点是很不均匀 的 。 世界范围内的地震呈现出 条带分布的特征 ， 称为 地震带 。 全球有三大地震带 （ 见图 １ ． ３ ） ， 即环太平洋地震带 、 欧亚地震带和海岭地震带 （ 也有称两大地震带 ， 海岭地震带通常由于与人 类工程建设活动关系不大而忽略 ）。
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１．２．２ 地球与地震灾害并存 地球伴随着地震的发生 ， 同时也经历着一次 又一次的地震灾害 。 以 下是 １９００ 年以 来死 亡人数超过 １ 万人的世界最严重的地震灾害 ： １９０８ 年 １２ 月 ２８ 日 ， 意大利最南端 和西西里岛东部 Ｍ Ｌ ７ ． ２ 级地震 ， 死亡 １ ２ ． ３ 万人 ； １９１５ 年 １ 月 １３ 日 ， 意大利阿维扎诺 地区 Ｍ Ｌ ７ ． ５ 级地震 ， 死亡近 ３ 万人 ； １９２０ 年 １２ 月 １６ 日 ， 中国甘肃 Ｍ Ｌ ８ ． ６ 级地震 ， 死亡 ２０ 万人 ；