建筑抗震设计第一章EGM2012326Revised

体波
P波周期短(高频)、振幅小，波速＝200-1400m/s。当P波 在传播时，从下图可见，它使岩石发生压缩或者膨胀。纵波 引起地面垂直方向振动。
P波
体波
S波是剪切波，它只引起剪切变形而不引起体积 变形。S波传播时引起的质点运动方向和波的传播方 向垂直，如下图所示。S波只能在固体中传播，
S波
体波
烈度的极值Ⅲ型分布
从概率意义上讲，小震应是发生频度最大的地 震。即烈度概率密度分布曲线上的峰值所对应的 烈度（众值烈度）。因此，采用众值烈度作为小 震烈度是适宜的。
烈度的极值Ⅲ型分布
不超越众值烈度的概率，可由分布函数式计算：
F(I)e10.36836.8%
烈度的极值Ⅲ型分布
而超越概率
1F(I)10.3680.63263.2%
值得指出的是，S波在穿越岩层时都会有一个旋转分 量。地震动的扭转分量会对结构响应产生影响。目 前国际上一些结构规范已把地震动的扭转效应考虑 在内了。
振幅的变化
在传播过程中，地震波类型会进一步进行组合。当 不同土层的弹性模量失谐时，岩层就会对入射波进 行过滤，对于处于不同频率段的波使其振幅或加强 或削弱。当P波和S波到达地表时，很大一部分能量 被反射回地层，因此，地表是同时受到向上和向下 运动波的影响。由于重复反射，地表表面的振动得 到很多的放大，有时甚至可以将入射波的振幅翻一 番，一般地球表面由于振动造成的破坏更为严重。
M＝lgA 式中：M－里氏震级；A－最大振幅(um)
震级
地震震级M与地震释放的能量E存在关系：
lgE1.5M11.8 lgE1 1.5M1 11.8 lgE2 1.5M2 11.8 lgE2 lgE1 1.5(M2 M1) 1.5 E2 32E1
震级
震级相差一级，能量增加：即能量增加近32 倍。
瑞利波(R波)
S波
地震波的传播
波速的比较 振幅的变化
波速的比较
地震时，在距震中一定距离的地表某点观测地 震波，最先观测到的是纵波，其次是横波和面波。 通常当剪切波和面波到达时地面振动最强烈。因此， 地震时P波是首先被感觉到的，其效果与音爆很相 似，能震得窗子吱吱作响。在P波到达后几秒钟，S 波也被感觉到，它的特征是左右振动的分量较大， 当S波到达时，地面振动是既有水平方向又有竖直 方向的。
断层的分类
断层的基本概念
断层的定义 断层的分布 断层的错动
断层的定义
在地质学上，由于地壳变动而断裂并沿断裂面 发生相对位移的地层称为断层。断层有的绵延数公 里，有的可能就几米。 在大部分地震中，岩层的断裂并不能到达地表, 因 此我们一般是看不到的。对于地震学和地震工程学 来说, 最大的热点是对活断层的研究,通过对活断 层的研究可以发现周围岩石变动的情况。
震级
M<2 微震，人们感觉不到； M=2－4 有感地震； M>5 破坏性地震，对建筑产生不同程度的
破坏作用； M>7 强烈地震或大地震； M>8 特大地震
烈度
地震烈度: 地震时某一地区的地面和各类工程结构遭受地震影 响的平均强弱程度，是衡量地震引起的后果的一种 标度。
地震烈度
1.对一次地震，震级只有一个，而地震烈度在不同 的地点却是不同的。
断层的分布
地球的表面岩层由六大板块构成，即美洲板 块、太平洋板块、澳洲板块、南极板块、欧亚板 块和非洲板块。这些板块始终在相对缓慢地运动 着，在它们交界处产生拉伸、挤压和剪切，甚至 有些板块呈现插入另一板块之下欲使其翘起的趋 势。断层就位于这些板块交界处。
断层的错动
断层的错动可能是完全水平的，而岩层竖向 错动也是经常发生的。一般认为，断层的缓慢滑 动并不会引起破坏力较大的地震，因为断层的缓 慢滑动使地壳岩石的应力分阶段释放，这样就不 会造成岩层的突然断裂。
L波的运动方式基本与S波一致，使地面产生水平振 动，质点振动方向垂直于波的传播方向，而且质点 是在一个与传播方向相垂直的水平平面内发生振动 的，在介质表面呈蛇形运动形式，如下图所示，质 点在水平向的振动与波行进方向耦合后会产生水平 扭转分量。
乐甫波(L波)
L波
瑞利波(R波)
瑞利波不仅使地面产生水平振动，还使地面上 下颠簸振动。地震时的瑞利波是纵波和横波在介 质中沿界面传播时相互叠加的结果。瑞利波传播 时，质点在波的传播方向与地表面法向组成的平 面内做逆进椭圆运动，其运动方式可以比作滚动 的波浪，岩石在R波的作用下，在R波传播的竖直 平面内同时发生水平和竖向振动。
地震波
体波 面波 地震波的传播
体波
地震波是一种体波，主要有两种成分：P波(纵 波或压缩波)和S波(横波或剪切波)。
P波是无旋波(即旋度为零)，只产生体积变形， 不产生剪切变形。P波传播时引起的质点运动方向 和波的传播方向一致，可在固体或液体中传播，即 既能在花岗岩等固态介质中传播，又能在火山岩浆、 海水等液态介质中传播。
地震烈度的确定
新的《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称 《抗震规范》)规定，地震影响应采用设计基本地震 加速度和设计特征周期。
设计基本地震加速度值为50年设计基准期超越概率 10%(重现期为475年)的地震加速度的设计值。
地震烈度的确定
设计基本地震加速度与抗震设防烈度的关： 0.05g－6； 0.10g－ 7；0.15g－7.5； 0.20g－ 8；0.30g－8.5； 0.40g－ 9
S波周期长(低频)、振幅大，波速＝100-80 m/s。 横波引起地面水平方向的振动；而沿地表传播的S波 既能产生竖直向的运动又能产生水平向的运动。S波 不能在液体中传播，当进入液化砂土时，S波振幅被 大幅的削减。
S波分为SH波和SV波。
体波
若x-z面是水平面，质点振动方向沿z轴，波传 播方向沿x轴，该波称为SH波。
正断层
正断层倾斜面上方的岩石运动方向向下。
正断层
左侧走向正断层
逆断层
逆断层倾斜面上方的岩石运动方向向上。
逆断层
左侧走向逆断层
第三节 地震波
岩层断裂、错动引起的地震动将以波的形式从 震源向各个方向传播，此传播波即为地震波。在极 短时间内迅速变化的动力作用下，岩石的动力响应 多表现为弹性的，因此，可以认为地震波是在无限 弹性介质中传播的弹性波。
烈度的极值Ⅲ型分布
我国烈度的极值Ⅲ型概率密度函数：
fIII
(I)
k((IIm))kk1
I k
.eIm
烈度的极值Ⅲ型分布
其分布函数
F (I) e
I Im
k
III
烈度的极值Ⅲ型分布
式中
——地震烈度的上限值，为12；
Im ——众值烈度，即烈度概率密度曲线上峰值 所对应的烈度，由各地震区在设计基准期内统 计确定。例如，北京地区为6.19度； I ——地震烈度； e ——无理数， e =2.718； k ——形状参数。
A s1 — 在当地未来50年内发生不超越第一水准地震 的概率为36.8 ％;
A s2 — 在当地未来50年内发生超越第一水准地震的 概率为63.2 ％。
I0 — 与超越概率等于10％对应的烈度称为基本烈度， 亦称为第二水准烈度，与此相应的地震为第二水准 地震(中震);
A 01 — 在当地未来50年内发生不超越第二水准地震 的概率为90 ％;
地震烈度的确定
设计特征周期，综合考虑震级、震源机制和震中距 的影响，以设计地震分组取代了《建筑抗震设计规 范》(GBJ11-89)的设计近震和设计远震。
地震烈度
5.基本烈度－多遇烈度＝1.55度；罕遇烈度－基本 烈度＝1度（注：实际中，普遍小于1度，而且有 明显的地区性)。
Ex：基本烈度分别为：6，7，8，9度，则罕遇烈 度分别为：7，8，9（9度弱），9.5度(9度强)。
地震烈度的确定
第一，地区抗震设防烈度是由国家根据地震历史记 录和地质调查研究确定的。
一般情况下取基本烈度。但还须根据建筑所在城 市的大小，建筑的类别、高度以及当地的抗震设 防小区规划进行确定。
地震烈度
4.地震基本烈度的确定计及了地震烈度衰减规律和 震中距等影响的概率因素，它确定的是基本烈度在 区域上的分布。
但是对于某一个地区，并不是每次地震都是按基 本烈度发生的，也存在一个概率分布的问题。
一般震中区的烈度(简称震中烈度) 较高, 为1度—12 度。
地震烈度
2.基本烈度是指一个地区今后一定时期(如50年)内 在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。
即现行《中国地震烈度区划图（1990）》规定的 烈度。
地震烈度
3.抗震设防烈度是按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。
第四节 地震震级和烈度
结构的地震反应
是地震作用下结构的惯性力，其大小取决于地震震 级及距震中的距离、场地特征、结构的动力特性。
它具有冲击性、反复性、短暂性和随机性。
震级
震级： 衡量一次地震释放能量大小的等级，用符号M表 示。 地震能量中，一部分能量引起地面振动直接影响 建筑的安全性。
震级
震级定义： 利用标准地震仪，距震中100km处记录 的以微米 （1um＝103 mm）为单位的最大水平地面位移(振 幅) A的常用对数值：
烈度的极值Ⅲ型分布
由于不少国家以50年内超越概率为10％的地震强 度作为设计标准，为了简化计算起见，可统一按 这个概率水平来确定形状参数k。
烈度的极值Ⅲ型分布
现以北京地区为例，说明确定形状参数k值的方法： 已知北京地区Im=6.19度，在50年内超越概率为10 ％的烈度I=7.82度，而w=12度，这时FIII(I)=0.90。 将上列数据代入分布函数式得 k ＝6.834。
第一章 地震地面运动 Earthquake Ground Motions
(EGM)
第一节 构造地震 第二节 地震断层 第三节 地震波
构造地震 Tectonic Earthquakes
(TE)
构造地震影响面广、破坏性大、发生频率 高，约占破坏性地震总量的90％以上。因 此，在结构抗震设计中，仅限于讨论构造 地震作用下建筑的抗震设防问题。
若x-z面是竖直平面，质点振动方向沿z轴，波 传播方向沿x轴，该波称为SV波。
面波
当体波从基岩传播到上层土时，经分层地质界面 的多次反射和折射，在地表面形成一种次生波— 面波，面波沿介质表面及地表附近较浅的地区传 播。面波主要有两种成分：(1)乐甫波(L波); (2)瑞 利波(R波)
乐甫波(L波)
断层的分类
走向断层 倾向滑距断层
走向断层
岩石沿着与走向平行的方向作侧向移动。 站在断层的一侧，如 果看到另一侧的岩层是 从左向右运动，那么称 此断层为右侧走向断层； 反之，则称为左侧走向 断层，如右图所示。
倾向滑距断层
运动基本平行于断层的倾斜面，显然，断层运 动含竖向分量。
倾向滑距断层包括正断层和逆断层。正断层是 指倾斜面上方的岩石向下运动；逆断层的运动方 式与正断层相反。
我国地震烈度的概率分布符合概率论中的极值 III型，如图所示。
fIII (I)
地震烈度
众值
A s1
A s2
Leabharlann Baidu
Is
I
地震烈度
fIII (I)
A 01
A 02
I0
I
地震烈度
fIII (I)
A L1
AL2
IL
I
Is — 与众值对应的烈度，称为众值烈度或多遇烈度， 亦称为第一水准烈度，与此相应的地震称为第一水 准地震(小震);
构造地震TE的几个名词
震中: 震源正上方的地面 震中区: 震中的邻近地区 震中距: 地面上某点至震
中的距离 震源距(震源深度):震源
至地面上某点(震中)的 距离 震源: 地壳深处发生岩层
断裂、错动的地 方。
第二节 地震断层 构造地震
(Tectonic Earthquakes, TE)的成因
断层的基本概念
因此，在断层带上建造较多的建筑可能会带来很 大的经济损失，如果不得不在断层带上建造如大 坝、码头等构筑物时，它们之间应有可伸缩的部 件或者相连的部件。
断层的分类
断层的类别主要取决于滑动面的几何特征以 及相对滑动的方向。
右图为对断层的主 要构造的介绍，其 中倾斜角(dip)是指 断层与水平面的夹 角，走向(strike)是 指地表上断裂线与 北的相对方向。
A 02 — 在当地未来50年内发生超越第二水准地震的 概率为10 ％。
IL — 与超越概率等于2－3％对应的烈度称为罕遇烈 度，亦称为第三水准烈度，与此相对应的地震称 为第三水准地震(大震)。
A L1 — 在当地未来50年内发生不超越第三水准地震 的概率为97－98 ％。
A L2 — 在当地未来50年内发生超越第三水准地震的 概率为2－3 ％。