1、抗震设计第一章 、绪论一、地震的概念、性质、特点1、概念：当地下某处岩层突然破裂，或局部岩层塌陷、火山喷发，所释放出的能力引起岩层的震动，并以波的形式传播到地表引起地面的颠簸和摇晃2、性质：弹性波3、特点：地震是一种突发性且人类尚难以抵御的自然灾害，是最具破坏性的自然灾害。没有任何征兆，在短短几秒之内就会造成严重破坏。全世界每年大约发生500万次地震二、地震的分类成因、强度、震源、地震序列1、按成因：构造地震分布最广、危害最大。火山地震由于火山爆发、岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。在我国很少见，火山地震多不强烈，对其关注很少。陷落地震由于地表或地下岩层如石灰岩地区较大的地下溶洞或古旧矿坑等突然发
2、生大规模的陷落和崩塌时引起。诱发地震水库蓄水、深井注水等引起地面震动。人工地震人工爆破、矿山开采及工程活动所引起的地震。2、按强度：震级地震的级别，表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度，衡量地震大小、规模。用M表示。主要用里氏地震表示微震M2；仪器才能记录到、常人无感；有感地震2M5；会引起不同程度的破坏；强烈破坏性地震或大震M7；1976.7.28唐山大地震7.8级，1995.1.27日本阪神7.2，1999.9.21台湾大地震7.6级。特大地震M8以上的地震； 2008.5.12汶川地震8.0级,2011.3。11日本大地震3、按震源深度：浅源地震h70km，主要集中在h33km的深度范围
3、内，占地震总数的72%；地震震中区危害较大，但波及面相对较小。中源地震70kmh300km。到目前为止，观测到的最大震源深度为720km，深源地震仅占地震总数的4%。地震波及范围较大，但由于地震能量在长距离传播中大部分被耗散掉，对地面破坏程度较轻。4、按地震序列：地震序列在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震。是指把相互关联的一系列地震按发生时间先后顺序排列起来的结果。1 震余震型主震震级突出、释放能量占绝大部分，伴以相当数目的余震和不完整 的 余震。典型的有台湾地震、唐山地震、海城地震，日本阪神地震有1000次余震；占60%2 群型地震（多发型地震）主要震级不突
4、出，主要能量通过多次较强地震释放， 并 伴以大量小震，如1966年邢台地震、1988年澜沧-耿马地震等；占30%孤立性地震（单发性地震）主震突出，前震和余震很少，如1976年内蒙和林格尔地震。占10%三、地震的成因板块构造学说、板内地震、断层弹性回跳学说1、板块构造学说主要思想基本观点之一地壳和上地幔顶部厚度约70100km的岩石组成了全球岩石圈。全球岩石圈可以划分为若干大小的板块。2 基本观点之二全球岩石圈被分为六大板块，即欧亚板块、太平洋板块、美洲板 块、非洲板块、印澳板块和南极洲板块。各大板块之内还可以分为较小的板块。板块之间的接合部类型主要有：海岭、海沟、转换断层及缝合线。基本观点之三
5、板块之间的相互作用（碰撞、压挤、穿插），是地震产生的原因。 2、板内地震发生在板块内的构造地震，不在板块边缘。压性断层作用。（1）板内地震的主要特点： 板内地震发生地点零散、频度较低； 板内地震危害较大 大陆板块内部地壳较厚、岩层老、强度高、地震大 因为板内地震发生在人类聚居地、大多为浅震、容易引起伤亡和财产损失。 板内地震的震源机制复杂、而且各地不同( 2 )震源机制：板块运动水平压应力压性断层我国属于欧亚板块中东部，具有板内地震的特点。3、弹性回跳学说上世纪初由里德提出的。1906年以前跨被圣安德烈斯断裂切过的区域作了两组三角测量，一组在18511865年，另一组在18741892年。美国
6、工程师里德（Reid）注意到，到1906年的50年期间断裂对面的远点移动了3.2 m，西侧向北东方向运动。这些测量数据与震后测量的第三组数据比较时，发现地震前和地震后，平行于圣安德烈斯断裂的破裂，都发生了明显的水平剪切。里德的弹性回跳认为：1、地壳由弹性的、有断层的岩石组成；2、地壳运动产生的能量以弹性应变能的形式在断层及其附近岩层中长期积累；3、当弹性应变能积累及其岩层发生变形达到一定程度时，断层两侧岩体向相反方向突然滑动，地震因之产生，此时，断层上长期积累的弹性应变能突然释放。四、地震传播地震波的类型及特点地震波地壳岩层破裂引起的振动以波得形式从震源在地球体内各个方向传播的波。1、体 波
7、1） 纵波(P波)由震源向外传播的疏密波，介质质点振动方向与波前进方向一致，压缩波，疏密波。特点：周期短，振幅铰小，在液体和固体内都能传播。2）横波(S波)由震源向外传播的剪切波，介质质点振动方向与波前进方向垂直，特点：周期较长，振幅铰大，只能在固体内传播。2、面 波当体波经过底层界面的多次反射和折射到地面时，激起的两种沿地面传播的面波。1）瑞雷波（R波）质点在竖向平面内作与波前进方向相反的椭圆形运动，而在水 平方向没有振动滚动运动形式。特点：随地面深度增加，振幅急剧减小地下建筑物比地上建筑受 害较轻。2）乐夫波（L波）质点在地平面内作与波前进方向相垂直的水平方向运动，在地面上呈蛇形运动。特点
8、：乐夫波也随深度衰减。3、地 震 波 的 性 质 比 较 振幅面波横波纵波 周期面波横波纵波 速度纵波横波面波 4、 对建筑的影响 纵波上下振动；横波水平振动；瑞雷波波上下振动；乐夫波左右摇晃； 面波能量大建筑物和地表破坏主要以面波为主，注意震中区不一定。5、强震记录的观测 波的序列纵波先达、横波次之，面波最慢。在震中区一般难以区分。 稳定区段时间间隔随震中距减小而缩短。用以计算震源距S。五、地震描述震级、地震烈度、地震区别、常用术语1、震级（magnitude）表征地震强弱或规模的指标，是地震释放多少能量的尺度。震级是地震报告的一个重要参数。用M表示。M=lgAA的意义： 1）标准地震仪（单
9、摆周期为 0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2000倍）；2）距震中100km处记录； 3）以微米为单位的最大水平地动位移；4）不满足上述条件，需修正。地震释放能量与震级关系 ： LgE=11.8+1.5M2、地 震 烈 度（1）评 定 标 准地 震 烈 度 表 主要以描述震害宏观现象为主；主要根据四个方面来评定地震烈度：A、人的感觉：轻度； B、器物的反应：轻度 C、建筑物的损坏程度：较高烈度 D、地貌变化：很高烈度 各国地震烈度评定标准：日本：0-7度 少数国家：10度 大部分国家，包括中国：12的修正莫卡利烈度表（2）地 震 烈 度 的 特 点 离震中越近，地震烈度越高； 离震中越远
10、，地震烈度越低； 一般，震中烈度I0可看成是震级M和震源深度的函数： I0=F(M，D)考虑到影响最大且发生最多的地震，震源深度D多在102km，即多为浅源地震，为简便，可忽略震源深度的影响，得到震级M和震中烈度I0的关系为：M=0.58I0+1.5I0=(M-1.5)/0.58=1.72M-2.59震级（M）234567 88震中烈度I0123456778910 1112以上对应关系： 震级和震中烈度的关系式，只具有一定的正确性；忽略了震源深度的影响，有时候会相差很大；3 忽略了地质条件的影响：唐山地震7.6级，烈度在震中区高达11度（3）烈 度 衰 减 规 律 地 震 烈 度 随 震 中
11、距 离 的 增 大 而 衰 减；等 震 线 一次地震中，在所波及的地区内，根据烈度表对每一个地点评定烈度，烈度 相同点的外包线即为等震线。（4）两 个 概 念：A、每一次地震只有一个震级。理解： 震级表示一次地震释放能量的大小，因此，每一次地震，只有一个震级； 目前，震级的计算理论和方法有多种，比如，面波震级、体波震级等震级计算方法，但是每一种方法只能得出一个震级；目前，地震报告主要是以里氏震级报告。B、每一次地震可以有多个烈度。理解：地震烈度表示某一地区的受某一次地震的影响程度；每一次地震，每一个地区（点）都有一个地震烈度。3、地 震 区划（1）地震区划地震区划图 定义一 根据历史地震，地震
12、地质构造和地震观测等资料，在地图上按地震情况的差异划出不同的区域；定义二对给定区域（一个国家或区域）按照其再一定时间内可能经受到的地震影响强弱程度的划分。（2）我国的地震区划发展a。中国地震烈度区划图（1990）基本地震烈度 基本地震烈度某地区今后一段期限（50）内，在一般场地条件下可能普遍遭遇到的地震力度值（超越概率为10%、重演周期为475年）。b。中国地震动参考区划图（2001）地震动参数地震动参数地震动峰值加速度；设计地震分组设计特征周期；目的更加直接应用于设计。（3）抗震设防烈度和设计基本加速度值对应关系抗震设防烈度 6 7 8 9 设计基本地震加速度值 0.05g 0.10(0.1
13、5)g 0.20(0.30)g 0.40g 注：g为重力加速度，1g=1000gal（4）烈度、基本烈度和设防烈度区别抗震设防烈度和设计基本加速度建筑抗震设计规范2010附录A以江苏省为例a 抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g: 第一组：宿迁。b 抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g： 第一组：新沂，邳州，睢宁。c 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g: 第一组：扬州，镇江，泗洪，江都； 第二组：东海，沭阳，大丰。d 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g: 第一组：南京，常州，泰州，江浦，东台，海安，姜堰，如皋，扬中，仪征，兴化
14、，高邮，六合，句容，丹阳，金坛，镇江（丹徒），溧阳，溧水，昆山，太仓； 第二组：徐州，淮安，盐城，泗阳，盱眙，射阳，赣榆，如东； 第三组：连云港，灌云。e 抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g: 第一组：无锡，苏州，宜兴，常熟，吴江，泰兴，高淳； 第二组：南通，海门，启东，通州，张家港，靖江，江阴，无锡，建湖，洪泽，丰县； 第三组：响水，滨海，阜宁，宝应，金湖，灌南，涟水，楚州。 4、常用术语：震源深度、震中距、震源距、极震区、等震线 P5六、地震活动性世界主要地震带、中国地震带、中国地震活动区1、世界主要地震带：1）.环太平洋地震带,包括南美洲、中美洲和北美洲的太平洋沿岸地区
15、、阿留申群岛、日本印尼和新西兰。 2）.欧亚地震带：从亚洲贯穿到地中海的东西向地震带。 3）.沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅震活动带 4） .地震相当活跃的断裂谷东非洲和夏威夷岛2、中国地震带1）南北地震带北起贺兰山，向南经六盘山，穿越秦岭沿川西至云南省东北，纵贯南北。地震带宽度各处不一，大致在数十至百余公里左右，分界线是由一系列规模很大的断裂带及断陷盆地组成，构造相当复杂。 2）东西地震带主要的东西构造带有两条，北面一 条沿陕西、山西、河北北部向东延伸，直至辽宁北部的千山一带；南面一条，自帕米尔起经昆仑山、秦岭，直至大别山区。3、中国地震活动区1）台湾及附近海域； 2） 喜马拉雅
16、山区； 3） 南北地震带； 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。从历史地震状况来看，全国除个别省份（浙江、江西）外，绝大部分地区都发生过较强的破坏性地震，有不少地区现代地震活动还相当强烈，如台湾省大地震最多，新疆、西藏次之，西南、西北、华北和东南沿海地区也是破坏性地震较多的地区七、地震震害地震震害的分类、次生灾害分类 ： 直接灾害：一次灾害，地面运动引起的地表破坏、建筑物倒塌破坏等；次生灾害：二次灾害，由直接灾害继发的地震后火灾 水灾 海啸 毒气逸散等；诱发灾害：三次灾害，由前两种灾害引起的工厂停产，城市瘫痪，瘟疫蔓延八、抗震设防设防目标（三水准）、设计方法（两阶
17、段）、设防类别1、设防目标（三水准）：1）小震不坏在遭遇低于本地区设防烈度（基本烈度）的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需要修理仍可以继续使用；2）中震可修在遭遇本地区规定的设防烈度（基本烈度）的地震影响时，建筑物（包括结构构件和非结构构件）可能又一定破坏，但不致危及人民生命和生产设备 的安全，经一般修理或不需修理仍可继续使用；3）大震不倒在遭遇高于本地区设防烈度的预估罕遇强地震时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。2、设计方法（两阶段）：两阶段设计方法通过控制第一和第三水准的抗震设防目标，使第二水准得以满足，不需另行计算。1）第一阶段设计弹性承载能力，变形验算A 方案布置符合
18、抗震设计原则；B按与基本烈度相对应的众值烈度（多遇地震、小震）的地震动参数。用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应；C 与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合，并对结构构件截面进行承载力验算；D .对于较高的建筑物还要进行变形验算，以控制其侧向变形不要过大。 2)第二阶段设计弹塑性变形验算A. 按与基本烈度相对应的罕遇烈度（大震）验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求（不发生倒塌）；B. 若有变形过大薄弱层（或部位），则应修改设计或采取相应的构造措施，以使其满足第三水准设防要求（大震不倒）；3)两阶段设计法注意点:A. 通过第一阶段设计，保证第一水准下“小震不
19、坏”的承载能力可靠度要求，也可满足第二水准“中震可修的设防要求”。B. 对于大多数结构，一般只进行第一阶段设计，通过概念设计和抗震构造措施也可满足第三水准设防要求（大震不倒）。C.而对于特殊要求的建筑，地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，除进行第一阶段设计外，还要进行第二阶段设计，实现第三水准的要求。 3、设防类别：抗震概念设计 1）抗震设防分类规范根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果，将建筑抗震设防分为甲、乙、丙、丁四类。2）抗震设防标准对于不同的抗震设防类别，在进行建筑抗震设计时，采用不同的抗震设防标准（地震作用计算和抗震构造措施）。九、小震、中震、大震定义、三
20、者相互关系1、众值烈度(小震)：多遇地震烈度、第一水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为63.2% 的地震烈度值。相当于50年一遇的烈度值。基本烈度1.55度2、基本烈度（中震）：偶遇地震烈度、第二水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10%的 地震烈度值。相当于474年一遇的烈度值。3、罕遇烈度：大震烈度，第三水准烈度。在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2% 3%的地震烈度值。相当于16002500年一遇的烈度值。基本烈度+1度4、关系：十、基本地震知识唐山地震、汶川地震、集集地震第二章、场地、地基、基础基本概念场地、场地土、
21、地基一、 场地类别场地土类型（等效剪切波速）、场地覆盖层厚度（如何确定）1、等效剪切波速（1） 剪切波速单层土，单一性质土的场地很少；等效剪切波速 一般是多层不同性质土组成；等效原则多层土与匀质土在传播时间上等效。（2）土层等效剪切波速Vse可根据常规勘探钻孔实测剪切波速Vs，按下列公式计算式中：Vse土层等效剪切波速d0计算深度（m），取覆盖层厚度和20m的较小者；t剪切波速在地面和计算深度之间的传播时间；di计算深度范围内，第i土层的厚度。（3）对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层、高度不超过24m的多层建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表4.1.3划分土的类型，再利用当
22、地经验在表4.1.3的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。 2、 场地覆盖层厚度的确定（1）国内外对场地覆盖层厚度的第一主要有两种方法：v 绝对方法即从地表到基岩顶面的距离，但基岩标准不尽相同。v 相对方法即定义两相邻土层剪切波速比VS下/VS上大于某一定值的埋深为覆盖层的厚度。（2） 我国建筑抗震设计规范覆盖层厚度的确定方法为：A一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500ms的土层顶面的距离确定。B当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层翦切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定
23、。C. 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。D. 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除二、 场地类别划分计算（如何计算、作用）1、场地类别划分计算计算步骤确定场地覆盖层厚度根据表4.1.3和当地经验确定各土层的剪切波速；根据公式2-1计算土层的等效剪切波速（20m范围内）；判断覆盖层厚度，并根据表4.1.6确定场地类别。*课堂作业一：抗震设防地区，某建筑场地各土层的厚度h及剪切波速Vs如下：第一层土：h=2.50m，Vs=200m/s ；第二层土：h=1.50m，Vs=280m/s第三层土：h=0.90m，Vs=310m/s； 第四层土：h=1.20m
24、，Vs=600m/s试根据现行规范确定该场地类别？由GB50011-2010，表4.1.6查得，当250m/svse=236m/s150m/s且3md0=4.90m4的建筑A00；即不允许出现零应力区域； 其他建筑A015%A。A为基础底面总面积。 2）天然地基上浅基础水平抗震（抗滑）验算可考虑部分： 基础底面与地基土之间的摩阻力； 当基础周围回填土系分层夯实或混凝土原坑浇注时，可考虑基础正侧面水平抗力（可取被动土压力的1/3）或刚性地坪的水平抗力。3）天然地基上浅基础水平抗震强度提高措施1 加强基础（柱、墙）附近的刚性地坪；2 基础底面以下局部换土或加强基础周围的回填土；3 加大基础埋置深度
25、；4 在基础底面下增设防滑趾；5 加强基础连系梁；6 加强上部结构的整体性四、场地液化概念、液化危害类型、液化主要影响因素1. 概念：饱和砂土或粉土在地震或其他扰动作用下，由于松散颗粒趋于动压密，如土本身渗透性差，则引起颗粒间空隙水压力显著增高，达到或接近作用于剪切面上的法向压应力，使土壤的抗剪强度骤降，甚至趋近于零。在这种情况下，颗粒结构遭到破坏，颗粒处于悬浮状态，土体完整性也随之消失二行为近于“液体”，这就是非固结饱和水土层的液化现象。公式：S=(-)tgS土体抗剪强度 作用于剪切面上的总法向压应力空隙水压力 土的有效内摩擦角当= 时，S=0，即可发生液化现象。2. 液化危害类型：1）喷砂冒水土有效应力化为空隙压力后，水压增高了许多，当水压高出地面时，就出现喷砂冒水。危害农田淤沙、阻塞水井、水渠，对建筑危害较小。2）上浮液化后的土像液体一样，处于土中的轻的物体会上浮，如水池、油槽、地下管道，底板会上鼓、裂缝；水利设施、地下管线。3） 侧压井壁、
