建筑结构抗震设计

第一章
什么是地震？ 什么是地震？
抗震设计的基本知识
由于某种原因引起的地面剧烈颠簸和摇晃。 由于某种原因引起的地面剧烈颠簸和摇晃。 据统计，全世界每年大约发生地震 万次 其中约有5万次人 万次， 据统计，全世界每年大约发生地震500万次，其中约有 万次人 能感觉到。我国平均每年发生6级以上的破坏性地震 级以上的破坏性地震5.4次 能感觉到。我国平均每年发生 级以上的破坏性地震 次，曾经给 人民的生命和财产造成过巨大损失。 人民的生命和财产造成过巨大损失。 1556年，陕西关中8.6级地震 年 陕西关中 级地震 级地震，83万人死亡 万人死亡 1668年 山东郯城发生8.5级地震 5万余人死亡 1668年，山东郯城发生8.5级地震 5万余人死亡 1920年，宁夏海原 级地震，20多万人死亡 级地震， 多万人死亡 年 宁夏海原8.6级地震 1976年，河北唐山 级地震，24万人死亡 级地震， 万人死亡 年 河北唐山7.8级地震 地震给我国和世界人民造成了巨大的灾难。 地震给我国和世界人民造成了巨大的灾难。世界各国的科学家非 常重视抗震研究工作，已经逐步形成为一个独立的学科---地震工 常重视抗震研究工作，已经逐步形成为一个独立的学科--地震工 程学。 程学。与地震工程学密切相关的几个学科 地震工程学与土木工程学的联系 地震工程学与地震学的联系 地震工程学与经济学的联系
vp = vs =
E (1 − µ ) ρ (1 − µ )(1 − 2 µ ) G

ρ
=
E 2 ρ (1 + µ )
E--介质的弹性模量 --介质的弹性模量 --介质的密度 ρ--介质的密度 --介质的泊松比 µ--介质的泊松比 --介质的剪切模量 G--介质的剪切模量 显然有
v p > vs v p ≈ 1.67vs
注意：剪切波速是介质非常重要的一个参数。 注意：剪切波速是介质非常重要的一个参数。在地基土的力学性质评 是介质非常重要的一个参数 价中占有重要地位。反映地基强度的指标。建筑抗震规范以剪切波 价中占有重要地位。反映地基强度的指标。建筑抗震规范以剪切波 对场地土进行分类。 速对场地土进行分类。
面波分瑞雷波和 面波分瑞雷波和乐甫波 瑞雷波：波在传播时， 瑞雷波：波在传播时，质点在波的传播方向与地面的法向组成的平面 内做椭圆运动，而在该平面垂直方向没有振动。 内做椭圆运动，而在该平面垂直方向没有振动。 乐甫波：波在传播时，质点在地平面内产生与波前进方向垂直的运动， 乐甫波：波在传播时，质点在地平面内产生与波前进方向垂直的运动， 地表呈蛇形运动。 地表呈蛇形运动。 面波随深度增加振幅急剧减小。面波周期长，衰减慢， 面波随深度增加振幅急剧减小。面波周期长，衰减慢，能传播到很远 的地方。 的地方。 面波的波速
建筑结构抗震设计
课程性质：专业课 专业课 教材：丰定国主编 «工程结构抗震 地震出版社，2002年10月 工程结构抗震» 工程结构抗震 地震出版社，2002年10月
定价：28.00元 定价：28.00元
学时： 32学时 32学时 主讲人：屈铁军 屈铁军（教授、工学博士） 屈铁军 所在单位 北方工业大学建筑学院 研究方向 结构抗震 课程目的：掌握结构抗震设计方法，未来强地震发生时， 所设计 掌握结构抗震设计方法， 掌握结构抗震设计方法 未来强地震发生时，
1-2 震源、震中和地震波 震源、
震源：地震发生的部位。不是一个点。 震源：地震发生的部位。不是一个点。 震中：震源正上方的地面位置。附近地面运动最强烈，极震区。 震中：震源正上方的地面位置。附近地面运动最强烈，极震区。 震中距：场地上某一点到震中的距离。 震中距：场地上某一点到震中的距离。 等震线：将地面上破坏程度相近的点连成的曲线。 等震线：将地面上破坏程度相近的点连成的曲线。 震源深度（ ）：震源到地表的垂直距离 震源到地表的垂直距离。 震源深度（h）：震源到地表的垂直距离。 h <70km 浅源地震 h=70h=70-300km 中源地震 h>300km 深源地震 地震波：由震源释放的能量以波的形式向四周传播， 地震波：由震源释放的能量以波的形式向四周传播，这种波叫地震 弹性波。 波。弹性波。 体波： 体波：在地球内部传播的波 面波：只在地表面传播的波。是体波经多次反射、 面波：只在地表面传播的波。是体波经多次反射、折射后在地 表形成的次生波。 表形成的次生波。
我国处于以上两大地震带之间 台湾属环太平洋地震带 西藏属欧亚地震带 北冰洋、大西洋、 北冰洋、大西洋、印度洋地震活动带 东非洲地震活动带 我国的地震活动呈带形分布，主要地震带有两条： 我国的地震活动呈带形分布，主要地震带有两条： 南北地震带：北起贺兰山，向南延伸至六盘山，穿越秦岭， 南北地震带：北起贺兰山，向南延伸至六盘山，穿越秦岭，沿川西至 云南省，地质构造复杂，有一系列大断裂带、断陷盆地。 云南省，地质构造复杂，有一系列大断裂带、断陷盆地。 东西地震带： 东西地震带：主要有东西向两大构造带 北方的一条：沿陕西、山西、河北北部、 北方的一条：沿陕西、山西、河北北部、辽宁 南方的一条：自帕米尔高原起，经昆仑山、秦岭， 南方的一条：自帕米尔高原起，经昆仑山、秦岭，到大别山 我国的地震活动相当频繁，除个别省份（浙江、江西） 我国的地震活动相当频繁，除个别省份（浙江、江西）外，大部分地 区发生过强烈地震。如台湾、新疆、西藏、西南、西北、 区发生过强烈地震。如台湾、新疆、西藏、西南、西北、华北和东 南沿海地区曾经发生过较多的破坏性地震。 南沿海地区曾经发生过较多的破坏性地震。 我国的6 我国的6个地震活动区 台湾及其附近海域地震区2 喜马拉雅山脉地震活动区3 1。台湾及其附近海域地震区2。喜马拉雅山脉地震活动区3。南北地震 天山地震活动区5 华北地震活动区6 带4。天山地震活动区5。华北地震活动区6。东南沿海地震活动区
岩层断裂发生时，一般不只是一个断裂， 岩层断裂发生时，一般不只是一个断裂，而是由一系列断裂组成 的破碎带。一个部位发生断裂，能量释放，达到平衡状态， 的破碎带。一个部位发生断裂，能量释放，达到平衡状态，其它部 位还没有达到平衡状态，还要释放能量。 位还没有达到平衡状态，还要释放能量。所以一次地震的发生一般 都不是孤立的，伴随着一系列小震。 都不是孤立的，伴随着一系列小震。 主震 一系列地震中，释放能量最多一次地震。 一系列地震中，释放能量最多一次地震。 前震 主震之前发生的地震。 主震之前发生的地震。 余震 主震之后发生的地震。 主震之后发生的地震。 1976年唐山地震 主震7.8 7.8级 1976年唐山地震 主震7.8级 级以上余震2 7级以上余震2次 6.0--6.9级余震 --6.9级余震2 6.0--6.9级余震2次 5.0--5.9级余震71次 --5.9级余震71 5.0--5.9级余震71次 4.0--4.9级余震668次 --4.9级余震668 4.0--4.9级余震668次
1999年台湾大地震（9.21） 7.6级 1999年台湾大地震（9.21） 年台湾大地震 主震 7.6级 100-120次 4级以上余震 21 100-120次/天 8022 80-100 次/天 60-80 23 60次 /天 根据能量释放的特点 主震型地震 60% 震群型地震 30% 单发型地震 10% 地震的发生与地质构造密切相关 已有断裂带易发生地震，特别是活动性大断裂带的两端、转弯部位。 已有断裂带易发生地震，特别是活动性大断裂带的两端、转弯部位。 重力、磁力异常部位、莫霍面陡峭部位等。 重力、磁力异常部位、莫霍面陡峭部位等。 世界范围内，地震分布也有一定的规律。 世界范围内，地震分布也有一定的规律。带形分布 两组主要地震带 环太平洋地震带（80--90） --90 沿南北美洲西海岸、阿留申群岛， 环太平洋地震带（80--90）%，沿南北美洲西海岸、阿留申群岛， 转向西南到日本列岛，再经我国台湾岛，到菲律宾、新几内亚、 转向西南到日本列岛，再经我国台湾岛，到菲律宾、新几内亚、 新西兰。 新西兰。 欧亚地震带，西起大西洋的亚速岛，经意大利、土尔其、伊朗、 欧亚地震带，西起大西洋的亚速岛，经意大利、土尔其、伊朗、 印度北部、我国西部和西南地区，过缅甸、印度尼西亚。 印度北部、我国西部和西南地区，过缅甸、印度尼西亚。
火山地震 火山爆发，岩浆猛烈喷出，引起地面震动。 火山爆发，岩浆猛烈喷出，引起地面震动。 陷落地震 地下石灰岩产生溶洞，突然产生大规模陷落引起的地面震动。 地下石灰岩产生溶洞，突然产生大规模陷落引起的地面震动。 这两类地震震级小，在我国危害小。 这两类地震震级小，在我国危害小。构造地震造成地面建筑物 破坏严重，对人类的危害大，所以我们这门课所说的地震主要是构 破坏严重，对人类的危害大，所以我们这门课所说的地震主要是构 造地震。 造地震。 构造地震的成因的另一种解释--板块学说 构造地震的成因的另一种解释--板块学说 -地球表面岩层由六大板块组成 欧亚板块、美州板块、非洲板块、太平洋板块、 欧亚板块、美州板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板 块、南极洲板块 由于地幔的对流，这些板块也在不停运动，板块之间相互挤压、 由于地幔的对流，这些板块也在不停运动，板块之间相互挤压、 冲撞引起地应力。能较好地解释地震呈带形分布现象。 冲撞引起地应力。能较好地解释地震呈带形分布现象。
1-1
地震的类型和成因
地震按其成因可划分为3 地震按其成因可划分为3类： 构造地震、火山地震、 构造地震、火山地震、陷落地震 构造地震 地球的内部结构 地壳：30-40km，上部是花岗岩， 地壳：30-40km，上部是花岗岩，下部是玄武岩 地幔：2900km， 地幔：2900km，橄榄岩 地核：3500km， 地核：3500km，主要是镍和铁 • 地球 内部的放射性物质不断放射能量，地球内部温度随深度而升 内部的放射性物质不断放射能量， ,200km—700km范围内，温度600 700km范围内 高,200km 700km范围内，温度6000C —20000C.地球内部的压力也 2000 C.地球内部的压力也 很大,地幔上部约900MPa,中部约370000MPa. 900MPa,中部约370000MPa.地球内部的压力是不均 很大,地幔上部约900MPa,中部约370000MPa.地球内部的压力是不均 匀的，地幔中的软流层有缓慢的对流，引起地壳运动。 匀的，地幔中的软流层有缓慢的对流，引起地壳运动。在运动过程 中有的地区上升，有的地区下降，地球内部积累了大量的应变能， 中有的地区上升，有的地区下降，地球内部积累了大量的应变能， 产生了地应力。当地应力达到岩层的强度时， 产生了地应力。当地应力达到岩层的强度时，岩层产生断裂或错动 脆性破坏），岩层内部的能量被释放，以波的形式传致地表， ），岩层内部的能量被释放 （脆性破坏），岩层内部的能量被释放，以波的形式传致地表，引 起地面震动。 构造地震。 起地面震动。称构造地震。