第5章 地震作用

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设计地震分组
第 5章
地震作用
89年抗震规范（旧）：分为近震、远震 10年抗震规范（新）：分为第一组（近震）、 第二组（中震）、第三组（远震）
从来没有发生过地震的地方，一旦发生，认为 就在这个地方发生，所以归为第一组 本地不是潜在震源，经常有远处传来的地震， 归为远震 烈度相同的情况下，远震一般比近震的破坏更 严重
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抗震设防烈度
发生概率
第 5章
地震作用
63.2% 超越概率 10% 2-3% 1.55度 多遇 烈度 (小震) 50.5 1度 地震强度
抗震设防 罕遇 烈度 烈度 (中震) (大震) 475 1642-2475
三种烈度对应关系示意图
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建筑抗震性能化设计
第 5章
地震作用
“小震不坏、中震可修、大震不倒”是一般情 况的性能设计目标 对于比较重要的结构、部位，或者业主有较高 要求时，满足上述性能设计目标是不够的，需 要将性能设计目标规定的更高、更细→建筑抗 震性能化设计 考虑到当前技术和经济条件，要慎重发展性能 化目标设计方法结构
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建筑抗震性能化设计：地震破坏分级 抗震性能目标可分为A、B、C、D四个等级，结构 抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准 每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结 构抗震性能水准相对应

第 5章
地震作用
安全性：A＞B ＞ C ＞ D；经济性： A＜B ＜ C ＜ D 即使是D级性能目标也高于一般结构
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烈度
第 5章
地震作用
烈度是建筑物受地震影响的强烈程度，按后果 （破坏程度）分类，共12度 一次地震，一个震级，很多烈度 震级越小，离震中越远，震源深度越深，场地 特殊（冲击平原），则烈度越小 烈度大小和地质构造也有关系
冲击平原一般烈度较小，因为场地土有较好的 滤波作用，如汶川地震，北川离汶川远，11度， 成都离汶川近，6~7度，因为成都不位于地震带， 且为冲击平原
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抗震设防
第 5章
地震作用
对于一般荷载，要求结构在荷载作用下处于或 基本处于弹性状态 地震作用随机性很大，在房屋的使用期可能都 不会发生，一旦发生破坏性又很强 如果要求结构在所有强度的地震作用下都保持 弹性，是不经济，也是不可能的 针对可能发生的不同强度的地震采取不同的设 计原则→抗震设防目标
第 5章
地震作用
α
η2αmax
0.45αmax
α=(
Tg γ ) η2αmax T
α=[η20.2 -η1(T -5T g)]αmax T (s)
Tg 5T g 6.0
1
γ
0 0.1
第5章
5.1
地震作用
地震基本知识
2

地震基本知识
第 5章
地震作用
地震经常发生吗？全世界范围内一年发生地震 多少次？ 全世界，1年500万次地震 99%的小震不被发现 有感地震5万次，占1% 造成严重破坏的大震平均20次/年 毁灭性地震2次/年
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第5章
地震作用
5.2
震级和烈度
震级 M
2
3
4
5
6
7
8
8以上
震中烈度I0
1~2
3
4~5
6~7
7~8
9~10
11
12
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震级
第 5章
地震作用
震级是衡量一次地震释放能量大小的指标，一 次地震只有一个震级 1935年由C.F.Richter给出震级的定义：标准地 震仪在距震中100 km处记录的最大水平地面位 移A的常用对数M=lgA 按震级分类：M＜2，微震；2~4，有感地震； M＞5，破坏性地震； M＞7，大地震； M＞8， 特大地震 震级和能量的关系： E=1011.8+1.5M 震级每差一级，地震释放的能量约差32倍
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地震基本知识 ：地震波
第 5章
地震作用
A 弹簧产生的P波
B 沿地表传播的P波
C 绳子产生的S波
D 沿地表传播的S波
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地震基本知识 ：地震波
第 5章
地震作用
面波是体波经地面多次反射形成的次声波，它 只在地表附近传播，包括瑞雷波和乐甫波 瑞雷波（R波）： 质点在xz平面内 做椭圆形运动 乐甫波（L波）： 质点垂直于波行 进方向运动，呈 蛇形运动
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抗震设防目标——三水准
第 5章
地震作用
三水准：小震不坏、中震可修、大震不倒 小震不坏：当遭受低于本地区抗震设防烈度的 多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修 理可继续使用 这时结构尚处于弹性状态下的受力阶段，房屋 还处在正常使用状态，计算可采用弹性反应谱 理论进行弹性分析 多遇地震：众值烈度所对应的地震，设计基准 期内，超越概率是63%的地震，俗称小震
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抗震设防目标
第 5章
地震作用
大震不倒：当遭受高于本地区抗震设防烈度预 估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生 命的严重破坏 这时结构将出现较大的非弹性变形，但要求变 形控制在房屋免于倒塌的允许范围内 罕遇地震，罕遇烈度所对应的地震，设计基准 期内超越概率为2%~3%的地震，俗称大震

第 5章
地震作用
绝大多数的结构只需要进行第一阶段的设计 如果结构比较规则，在满足了“小震不坏”和“中震 可修”后，即使没有进行弹塑性阶段的变形验算，也 认为可以满足“大震不倒”
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两阶段的抗震设计方法
第 5章
地震作用
对规则结构，不验算弹塑性变形也可以实现“大震不 倒”，对于很不规则的结构，即使验算了弹塑性变形， 甚至是进行了振动台模型试验，仍然有可能倒塌 很多因素影响房屋的抗震性能：弹塑性分析时地震波 的选取是否得当，本构关系是否正确，振动台试验受 规模、模型制作偏差及振动台振动模拟方式（一般的 振动台只能模拟平动，不能模拟扭转）等 设计时，应从结构的整体角度出发，进行抗震概念设 计，然后是两个阶段的抗震设计+合理的构造措施
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地震烈度区划
第 5章
地震作用
地震烈度区划图
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抗震设防烈度
第 5章
地震作用
地震烈度区划中规定的烈度是基本烈度 基本烈度：50年内，超越概率是10%的烈度， 相当于475年一遇（小震） 众值烈度：50年内，超越概率是63%的烈度， 相当于50年一遇（中震） 罕遇烈度：50年内，超越概率是2%~3%的烈度， 相当于1600~2400年一遇（大震） 抗震设防烈度：按照国家规定的权限批准作为 一个地区抗震设防依据的地震烈度（取基本烈 度）
6~7
7~8
9~10
11
12
27
第5章
5.3
地震作用
工程抗震设防
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地震烈度区划
第 5章
地震作用
一个地区在设计的时候应该取多大的地震作用 进行计算呢？ 地震的发生地点、时间和强度都是不确定的 用概率统计的方法，根据区域性地质构造、地 震活动性和历史地震资料，划分潜在的震源区 得到我国的地震烈度区划图 地震烈度区划解决的是不同地区建筑设计时的 地震作用取值问题
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建筑抗震性能化设计：新高规的具体规定
第 5章
地震作用
各性能水准结构预期的震后性能状况
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抗震设计方法——两阶段 “三水准”的设防目标是通过“两阶段设计”来实现 第一阶段：结构设计阶段，承载力计算（小震不坏）+ 弹性位移验算+构造措施（中震可修） 第二阶段：验算阶段，对抗震有特殊要求或对地震特 别敏感、存在大震作用时易发生震害的薄弱部位进行 弹塑性位移验算+构造措施
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设计地震分组
第 5章
地震作用
距震源远近，房屋的破坏情况不一样 一次地震的地震波含有多个周期成分，如果离 震源比较近，高频起控制作用—短周期结构破 坏严重，如砌体 如果离震源比较远，土把地震波中的高频成分 滤掉了，低频起控制作用—长周期结构破坏严 重，如高层、大跨结构等 根据某个城市距离潜在震源距离的远近，进行 设计地震分组
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地震基本知识 ：震源深度
第 5章
地震作用
近断层地震：由地壳或者岩石圈发生断层引起， 震源深度＜20km，破坏严重 大量地震记录表明，房屋的破坏情况和断裂带 的走向有直接的关系，破坏非常严重 2008年汶川8.0级大地震，震源深度19km，处 于断裂带上的北川震害严重，但距离近且不位 于断裂带上的成都则震害较轻
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第 5章
地震作用
汶川地震烈度图
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地震基本知识 ：地震波
第 5章
地震作用
地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向 各个方向传播能量 地震波包括体波和面波 体波包括纵波和横波 纵波：也叫压缩波（P波），质点运动方向和波 前进方向平行，速度vp快 横波：也叫剪切波（S波），质点运动方向和波 前进方向垂直，速度vs居中
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震级和震中烈度的关系
第 5章
地震作用
震级和烈度之间的关系受到很多因素的影响， 场地土、距离、震源深度等 对于浅源地震（震源深度10~30km），震中烈 度I0和震级M之间的大致对应关系为：M=0.58 I0+1.5
震级 M 2 3 4 5 6 7 8 8以上
震中烈度I0
1~2
3
4~5
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抗震设防目标
第 5章
地震作用
中震可修：当遭受相当于本地区抗震设防烈度 的地震影响时，可能发生损坏，经一般修理或 不需修理仍可继续使用 这时结构已进入非弹性工作阶段，要求这时的 结构体系损坏或非弹性变形应控制在可修复的 范围内 设防烈度：基本烈度所对应的地震，设计基准 期内，超越概率是10%的地震，俗称中震
3
中国地震分布图
4
2级以上地震，部分地区1.5级以上
5

地震基本知识 ：地球构造
第 5章
地震作用
地壳：陆地— 30~40km，花岗岩 +玄武岩；海洋— 5~8km，玄武岩 地幔：橄榄岩，上 部温度1000 ℃，存 在几百公里的软流 层，岩石呈黏弹性 的塑性状态—岩浆
8

地震基本知识 ：地震类型与成因
第 5章
地震作用
火山地震：岩浆冲击、火山喷发引起，一般强 度不大，占7%
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地震基本知识 ：地震类型与成因
第 5章
地震作用
塌陷地震：重力引起（地下溶洞、旧矿山、水 位下降，大庆油田），强度很小，占3%
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地震基本知识 ：地震分布
第 5章
地震作用
六大板块：欧亚板块、美洲板块、非洲板块、 太平洋板块、澳洲板块和南极板块 地球上的主要地震带就是在这些大板块的交界 地区 地球上主要有四个地震带：欧亚地震带、环太 平洋地震带、沿北冰洋、大西洋和印度洋中主 要山脉的狭窄浅震活动带
第 5章
地震作用
地震地面运动：地震波到达地面上的某一点， 引起该点的往复运动 P波主要引起地面上下运动，S波主要引起地面 前后、左右运动，R波主要引起地面上下、前 后运动，L波主要引起左右运动
地震地面运动总是三维运动，其中P波和R波主 要引起地面竖直运动，S波、R波和L波引起地 面水平向运动
第 5章
地震作用
地核：3500km，镍、 铁；温度4000~5000 ℃，液态 地壳和地幔之间： 莫霍面，在莫霍面 上，地震波的传播 速度明显增加 地幔与地核之间： 古登堡面
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地震基本知识 ：地震类型与成因
第 5章
地震作用
构造地震：由于地壳运 动，造成地下岩层断裂 或错动，引起地面运动， 强度大，占90% 构造地震成因：地幔对 流→大陆漂移→板块运 动→岩石变形产生应力 →应力超过强度即断裂 →地震
瑞雷波
乐甫波
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地震基本知识 ：地震波
第 5章
地震作用
面波特点：①速度慢；②振幅大；③波及远； ④危害大 P波最快，首先到 L、 R 达，引起地面上 S P 下震动 几秒后，S波到达， 引起地面前后、 左右抖动 最后面波到达， 造成破坏最严重
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地震基本知识 ：地震地面运动
第 5章
地震作用
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地震基本知识 ：地震术语
第 5章
地震作用
震源：发震点， 岩层断裂处 震中：震源正上 方的地面处 震源深度：震源 至震中的距离 震中距：某地面 处到震中的距离
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地震基本知识 ：震源深度
第 5章
地震作用

按震源深度划分地震 浅源地震：震源深度＜60km，次数多，危害大 中源地震：震源深度60~300km 深源地震：震源深度＞300km 1976年，唐山大地震7.8级，震源深度12km，房 屋倒塌，损伤惨重 2002年，吉林延边7.2级大地震，震源深度 540km（释放的能量≈300多颗在广岛爆炸的原 子弹），毫发未伤
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地震基本知识 ：地震分布
第 5章
地震作用
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地震基本知识 ：地震分布
第 5章
地震作用
我国的地震带主要有两条：南北地震带和东西 地震带。
六个地震活动区：台湾及其附近海域、喜马拉 雅山脉活动区、南北地震带、天山地震活动区、 华北地震活动区和东南沿海地震活动区
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地震基本知识 ：地震分布