建筑结构概论.pptx
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1、一、地震基本知识(一)地震与抗震1.1.地震是一种普遍的自然地震是一种普遍的自然地震是一种普遍的自然地震是一种普遍的自然现现象。象。象。象。地震是地球内部构造运地震是地球内部构造运动动的的产产物,是一种普遍的自然物,是一种普遍的自然现现象。象。全世界每年全世界每年发发生生约约500500万次地震。其中:万次地震。其中:无感地震无感地震约约占占99%99%,有感地震有感地震约约占占1%1%,即,即约约5 5万次,万次,破坏性的大地震平均每年破坏性的大地震平均每年约约18201820次。次。2.2.2.2.地震又是一种突地震又是一种突地震又是一种突地震又是一种突发发的自然灾害。的自然灾害。的自然灾
2、害。的自然灾害。现现代科技的代科技的发发展,展,虽虽能能对对地震的地震的发发生生进进行行预测预测,但准确地,但准确地预预报报何何时时、何地将、何地将发发生何种生何种强强度的地震一般是很困度的地震一般是很困难难的。的。这这主主要是由于地壳运要是由于地壳运动动的复的复杂杂性,及性,及现现代科学技代科学技术术水平的局限性。水平的局限性。因此,破坏性地震常常是突然因此,破坏性地震常常是突然发发生的。生的。3.3.3.3.建筑建筑建筑建筑结结构抗震构抗震构抗震构抗震设计设计 目前,科学技目前,科学技术术上上还还无法控制地震的无法控制地震的发发生。每次地震都会生。每次地震都会给给人人类类社会社会带带来灾来
3、灾难难。建筑技建筑技术术人人员员的主要任的主要任务务,就是研究如何减少震害。在建筑,就是研究如何减少震害。在建筑结结构构设计设计和施工中根据和施工中根据现现有技有技术术,即在,即在建筑抗震建筑抗震设计规设计规范范(GB50011-2001GB50011-2001)的指的指导导下,下,对对工程工程结结构采取防震、抗构采取防震、抗震措施,使震措施,使结结构具有一定的抗震能力,以尽量减构具有一定的抗震能力,以尽量减轻轻地震造成地震造成的破坏。的破坏。(二)地震的类型构造地震构造地震 占占90%90%,岩,岩层层构造构造变动变动引起。引起。火山地震火山地震 占占7%7%,岩岩浆浆猛烈冲出地面引起。猛烈
4、冲出地面引起。陷落地震陷落地震 占占3%3%,地下溶洞或旧坑崩塌引起。地下溶洞或旧坑崩塌引起。后两种影响范后两种影响范围围和破坏程度相和破坏程度相对较对较小。小。构造地震构造地震 破坏力大,影响范破坏力大,影响范围围广,是工程抗震研究的重点。广,是工程抗震研究的重点。(三)地震系列每次大地震,在一定每次大地震,在一定时间时间内,在震区相内,在震区相继发继发生一系列大小地生一系列大小地震,称震,称为为地震序列。地震序列。在一个地震序列中,最大的一次地震称在一个地震序列中,最大的一次地震称为为称称为为主震。主震。主震之前主震之前发发生的地震称生的地震称为为前震。前震。主震之后主震之后发发生的地震称
5、生的地震称为为余震。余震。(四)主震型、多发型、单发型在一个地震序列中,若主震震在一个地震序列中,若主震震级级很突出,称很突出,称为为主震型地震。主震型地震。若一个地震序列是有多次震若一个地震序列是有多次震级级相近的地震相近的地震组组成的,成的,则则称称为为多多发发型地震或震群型。型地震或震群型。若前震和余震很少,甚至没有,若前震和余震很少,甚至没有,则则称称为单发为单发型地震。型地震。三种三种类类型地震中:主震型地震型地震中:主震型地震约约占占60%60%,多,多发发型地震型地震约约占占30%30%,单发单发型地震型地震约约占占10%10%。(五)按震源的深浅,地震可分为浅源地震,震源深度浅
6、源地震,震源深度70km300km300km;占;占3%3%;破坏性小。;破坏性小。绝绝大多数地震大多数地震发发生在地壳内,少部分生在地壳内,少部分发发生在地幔上部。生在地幔上部。目前目前观测观测到的最深地震到的最深地震发发生在地下生在地下700km700km左右。左右。(六)震源深浅的影响震源浅,破坏重,影响范震源浅,破坏重,影响范围围小。小。震源深,破坏震源深,破坏轻轻,波及范,波及范围围大。大。(七)地震震级q q地震震地震震级级是表示某次地震本身大小的一种定量指是表示某次地震本身大小的一种定量指标标。q q国国际际上最早采用的是里氏震上最早采用的是里氏震级级(由(由C.F.Richte
7、rC.F.Richter给给出),即地出),即地震震震震级级MM为为:M=logA (3-1)M=logA (3-1)震级公式中A的意义A A为为采用采用标标准地震准地震仪仪、在距震中、在距震中100km100km处记录处记录的以微米的以微米为为单单位的最大水平地位的最大水平地动动位移(位移(单单振幅)。振幅)。标标准地震准地震仪仪是指是指摆摆的自振周期的自振周期为为0.8s0.8s,阻尼系数,阻尼系数为为0.80.8,放大,放大倍数倍数为为28002800倍的地震倍的地震仪仪。例如:在距离震中例如:在距离震中100km100km处处地震地震仪记录仪记录的最大振幅的最大振幅A A=10mm=1
8、0mm即即A A=10000 =10000 ,则则由式(由式(15-115-1)得,)得,该该次地震次地震为为里氏里氏4 4级级。(八)震级与地震释放能量震震级级表示震源表示震源释释放能量的多少,也表示地震放能量的多少,也表示地震强强度的大小。度的大小。不同震不同震级级与地震与地震释释放能量之放能量之间间的关系的关系为为:logE=1.5M+11.8 (3-2)logE=1.5M+11.8 (3-2)震级及其相应的能量各各级级地震所地震所释释放的能量列于下表。放的能量列于下表。震震级级相差一相差一级级,能量相差,能量相差3232倍。一次倍。一次6 6级级地震地震释释放的能放的能量相当于一个量相
9、当于一个2 2万万t t级级的原子的原子弹弹。震震级级能量(能量(尔尔格)格)震震级级能量(能量(尔尔格)格)1 12.002.00 x x10101313 6 66.316.31x x101020202 26.316.31x x101014147 72.002.00 x x101022223 32.002.00 x x101016168 86.316.31x x101023234 46.316.31x x101017178.58.53.553.55x x101024245 52.002.00 x x101019199 9(九)按震级划分地震M2M 5 5级级,破坏性地震。,破坏性地震。MM
10、7 7级级,强强烈地震或大震。烈地震或大震。MM 8 8级级,特大地震。,特大地震。到目前到目前为为止止记录记录到的最大地震到的最大地震为为8.58.5级级(19601960年年5 5月月发发生在智利)。生在智利)。(十)地震烈度地震烈度是指某地区的地面和各地震烈度是指某地区的地面和各类类建筑物遭受某次地建筑物遭受某次地震影响的震影响的强强弱程度。弱程度。(十一)影响地震烈度的因素震震级级:愈大,烈度愈高;反之,烈度愈低。:愈大,烈度愈高;反之,烈度愈低。震中距:愈近,烈度愈高;反之,烈度愈低。震中距:愈近,烈度愈高;反之,烈度愈低。震源深度:愈浅,烈度愈高;反之,烈度愈低。震源深度:愈浅,烈
11、度愈高;反之,烈度愈低。传传播介播介质质:岩:岩层层、覆盖土、覆盖土层层等。等。建筑物建筑物动动特性:特性:质质量、量、刚刚度、自振周期等。度、自振周期等。(十二)震级与烈度一次地震,只有一个震一次地震,只有一个震级级。但一次地震,在不同地点有不同的地震烈度。即一次但一次地震,在不同地点有不同的地震烈度。即一次地震有多个地震烈度。地震有多个地震烈度。震震级级与震中烈度的关系可有下列与震中烈度的关系可有下列经验经验公式公式给给出:出:M=0.58I0 0+1.5其中,其中,I I0 0为震中烈度为震中烈度(十三)震级与震中烈度的对应关系震震级级与震中烈度的与震中烈度的对应对应关系如下表:关系如下
12、表:震震级级2 23 34 45 56 67 78 8 8 8烈度烈度1-21-23 34-54-56-76-77-87-89-109-1011111212(十四)地震烈度的划分我国将地震烈度划分我国将地震烈度划分为为1212度。度。我国我国19801980年公布的年公布的1212度的地震烈度。度的地震烈度。国国际际上大多数国家采用上大多数国家采用1212度划分地震烈度。度划分地震烈度。也有少数国家不同,如少数欧洲国家采用也有少数国家不同,如少数欧洲国家采用1010度,日本度,日本采用采用0707度划分。度划分。(十五)地震列度的宏观描述1-21-2度度 人无感人无感觉觉 3 3度度 在夜静在
13、夜静时时,少数人有感,少数人有感觉觉 4-54-5度度 普遍有感普遍有感觉觉,悬悬卦物卦物摇摇晃晃 6 6度度 器物器物倾倾倒,房屋倒,房屋轻轻微微损损坏坏 7-87-8度度 房屋房屋轻轻度或中度破坏,出度或中度破坏,出现现地裂地裂 9-109-10度度 房屋房屋严严重重毁毁坏,地裂很多坏,地裂很多 11-1211-12度度 房屋普遍倒塌,地貌房屋普遍倒塌,地貌剧剧烈烈变变化化 v v总总之:之:1-51-5度:度:以人的感以人的感觉为觉为主主 6-106-10度:度:以房屋震害以房屋震害为为主主 11-1211-12度:度:以地表以地表现现象象为为主主(十六)基本烈度(定义)原抗震原抗震规规
14、范(范(TJ11-78TJ11-78)中定)中定义义:某地区的基本烈度,是指某地区的基本烈度,是指该该地区在未来地区在未来100100年内,一般年内,一般场场地条件下,可能遭遇的最大地震烈度。地条件下,可能遭遇的最大地震烈度。现现行抗震行抗震规规范(范(GB50011GB50011)中定)中定义义:某地区的基本烈度,是指在某地区的基本烈度,是指在5050年期限内,一般年期限内,一般场场地条地条件下,可能遭遇超越概率件下,可能遭遇超越概率为为10%10%的地震烈度的地震烈度值值。(十七)采用概率法定义基本烈度第三代地震烈度区划第三代地震烈度区划图图中,中,对对基本烈度采用概率法定基本烈度采用概率
15、法定义义的:的:基本烈度是指某地区在基本烈度是指某地区在5050年期限内,一般年期限内,一般场场地条件下,地条件下,可能遭遇超越概率可能遭遇超越概率为为10%10%的烈度的烈度值值。注:与原注:与原规规范定范定义义不同的是,不同的是,这这是以概率方法来是以概率方法来预测预测地震的危地震的危险险性,性,给给出某一个地区,在不同年限内,不出某一个地区,在不同年限内,不同概率水平的地震烈度。同概率水平的地震烈度。全国地震烈度分布的面积数量地震基本烈度地震基本烈度面面积积(10104 4kmkm2 2)百分比(百分比(%)5 5度及以下地区度及以下地区384.5384.540.140.16 6度地区度
16、地区263.5263.527.427.47 7度地区度地区206.5206.521.5521.558 8度地区度地区71.371.37.377.379 9度地区度地区23.623.62.462.461010度及以上地区度及以上地区10.710.71.121.12小小计计960960100.0100.0二、地震震害(一)地表破坏地裂 地陷 滑坡 砂土液化 喷水冒砂(二)建筑物的破坏建筑物的震害可分建筑物的震害可分为为下述三下述三类类:承重承重结结构构强强度不足或度不足或变变形形过过大而造成的破坏。大而造成的破坏。结结构构丧丧失整体性而造成的破坏。失整体性而造成的破坏。地基失效引起的破坏。地基失效
17、引起的破坏。(三)次生灾害造成的破坏地震的次生灾害有:水灾、火灾、毒气地震的次生灾害有:水灾、火灾、毒气污污染、滑坡、染、滑坡、泥石流、海泥石流、海啸啸等;及其,流行性疾病和等;及其,流行性疾病和劳劳力受力受损损等。等。地震的次生灾害引起的破坏也很地震的次生灾害引起的破坏也很严严重。例如重。例如 19231923年日本年日本东东京大地震,震倒房屋京大地震,震倒房屋1313万万栋栋,而震后火,而震后火灾却灾却烧毁烧毁4545万万栋栋。19601960年智利大地震,年智利大地震,22h22h后后产产生的海生的海啸袭击啸袭击了了1.71.7万万kmkm以外的日本,浪高以外的日本,浪高mm,冲,冲毁毁
18、了海港、了海港、码头码头和沿岸建筑。和沿岸建筑。19701970年秘年秘鲁鲁大地震,泥石流从大地震,泥石流从3750m3750m高的山上泻下,流高的山上泻下,流速达速达320m/h320m/h,一路摧,一路摧毁毁或淹没了村或淹没了村镇镇和建筑,死亡达和建筑,死亡达2.52.5万人。万人。三、结构的抗震设防(一)抗震设防的目标抗震抗震设设防:是指防:是指对对工程工程结结构构进进行抗震行抗震设计设计和采取抗震构造措和采取抗震构造措施,使施,使结结构达到抗震的效果。构达到抗震的效果。抗震抗震设设防的依据:是抗震防的依据:是抗震设设防烈度。一般情况下是采用国家防烈度。一般情况下是采用国家地震局地震局颁
19、发颁发的地震烈度区划的地震烈度区划图图中划定的各地区的基本烈度。中划定的各地区的基本烈度。(二)抗震(二)抗震规规范中范中规规定的抗震定的抗震设设防目防目标标1.1.在遭受低于本地区在遭受低于本地区设设防烈度的多遇地震影响防烈度的多遇地震影响时时,建筑,建筑物一般不受物一般不受损损坏或不需修理仍可坏或不需修理仍可继续继续使用。使用。2.2.在遭受本地区在遭受本地区规规定的定的设设防烈度的地震影响防烈度的地震影响时时,建筑物,建筑物可能有一定可能有一定损损坏,但不致危及人民生命和生坏,但不致危及人民生命和生产设备产设备的的安全,安全,经经一般修理或不修理仍能一般修理或不修理仍能继续继续使用。使用
20、。3.3.在遭受高于本地区在遭受高于本地区设设防烈度的防烈度的预预估的罕遇地震影响估的罕遇地震影响时时,建筑物不致倒塌或建筑物不致倒塌或发发生危及人民生命的生危及人民生命的严严重破坏。重破坏。(三)三个地震烈度水准抗震抗震规规范范提出的提出的这这三点一般目三点一般目标标,实质实质上就是上就是对对建筑物的抗震建筑物的抗震设设防采用了三个烈度水准:多遇烈度、防采用了三个烈度水准:多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度。基本烈度和罕遇烈度。第一水准烈度即多遇烈度:要求第一水准烈度即多遇烈度:要求小震不坏小震不坏,处处于于弹弹性性阶阶段。段。第二水准烈度即基本烈度:要求第二水准烈度即基本烈度:要求中震可修中震可
21、修,进进入入弹弹塑塑性性阶阶段。段。第三水准烈度即罕遇烈度:要求第三水准烈度即罕遇烈度:要求大震不倒大震不倒,严严重破坏,重破坏,但不倒塌。但不倒塌。四、建筑结构抗震设计方法(一)二阶段设计方法三个水准三个水准设设防目防目标标是通是通过过二二阶阶段段设计设计方法来方法来实现实现的:的:第一第一阶阶段段设计设计 第二第二阶阶段段设计设计(二)第一阶段设计满满足多遇地震作用下的足多遇地震作用下的强强度要求(考度要求(考虑虑地震作用效地震作用效应应与其它荷与其它荷载载效效应组应组合)。合)。满满足足弹弹性性变变形,控制形,控制结结构构侧侧向向变变形不要形不要过过大。大。满满足必要的抗震构造措施。足必
22、要的抗震构造措施。这样这样,既可,既可满满足第一水准下必要的承足第一水准下必要的承载载力可靠度,又力可靠度,又可可满满足第二水准的足第二水准的设设防要求(防要求(损损坏可修),再通坏可修),再通过过概概念念设计设计和构造措施来和构造措施来满满足第三水准的足第三水准的设设防要求。防要求。(三)第二阶段设计在罕遇地震作用下,在罕遇地震作用下,满满足足结结构构弹弹塑性塑性变变形要求(不形要求(不发发生倒塌)。生倒塌)。采取相采取相应应的抗震构造措施。的抗震构造措施。这样这样,就保,就保证证了第三水准了第三水准设设防要求(大震不倒)。防要求(大震不倒)。(四)抗震构造措施的作用1.1.在承在承载载力上
23、加力上加强结强结构的薄弱构的薄弱环节环节,推,推迟结迟结构构件塑性构构件塑性铰铰的形成和的形成和发发展。展。2.2.提高提高结结构构件的延性,避免其构构件的延性,避免其发发生脆性破坏。生脆性破坏。3.3.加加强强构造构造连连接,以保接,以保证结证结构的整体性和构的整体性和稳稳定性,防止定性,防止其因地震其因地震损损坏而坏而发发生倒塌。生倒塌。五、建筑抗震概念设计1.1 1.1 计计算算算算设计设计(Numerical designNumerical design)计计算算设计设计按荷按荷载计载计算、内力分析及算、内力分析及组组合、合、强强度度计计算算 、构造措施等称构造措施等称为计为计算算设计
24、设计。1.2 1.2 概念概念概念概念设计设计(Conceptual designConceptual design)概念概念设计设计立足于工程抗震基本理立足于工程抗震基本理论论及及长长期工程抗震期工程抗震 经验总结经验总结的工程抗震基本概念的抗震的工程抗震基本概念的抗震设计设计。概念概念设计设计正确地解决正确地解决总总体方案、体方案、结结构布置、材料使用和构布置、材料使用和细细 部构造等,以便达到合理抗震部构造等,以便达到合理抗震设计设计的目的。的目的。1 抗震设计的内容2 场地选择2.1 2.1 地震造成建筑物的破坏地震造成建筑物的破坏地震造成建筑物的破坏地震造成建筑物的破坏 1 1)由于
25、地震)由于地震时时的地面的地面强强烈运烈运动动,使建筑物在振,使建筑物在振动动中,中,因因丧丧失整体性或失整体性或强强度不足,或度不足,或变变形形过过大而破坏;大而破坏;2 2)由于水)由于水坝坝坍塌、海坍塌、海啸啸、火灾、爆炸等次生灾害所、火灾、爆炸等次生灾害所 造成的;造成的;3 3)由于断)由于断层错动层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地、山崖崩塌、河岸滑坡、地层层陷落陷落 等地面等地面严严重重变变形直接造成的。形直接造成的。2.2 2.2 避开地震危避开地震危避开地震危避开地震危险险地段地段地段地段 1 1)概念)概念 建筑抗震危建筑抗震危险险的地段的地段:指地震:指地震时时可能可能发发生崩
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