第10章 钢筋混凝土结构抗震设计.ppt

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1、钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构侯献语侯献语 钢筋混凝土结构抗震设计钢筋混凝土结构抗震设计多层及高层钢筋混凝土建筑的抗震措施多层及高层钢筋混凝土建筑的抗震措施12 地震概述地震概述地表的破坏地表的破坏：地裂缝地面下沉喷砂冒水、滑坡：地裂缝地面下沉喷砂冒水、滑坡建筑物的破坏建筑物的破坏：结构丧失整体稳定性结构丧失整体稳定性结构强度不足而造成的破坏结构强度不足而造成的破坏地基失效造成的破坏地基失效造成的破坏次生灾害次生灾害：水灾、火灾、空气污染：水灾、火灾、空气污染地地 震震 震震 害害1 1、地面破坏。地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；、地面破坏。地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；地震震害地震震害2

2、 2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏:房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等。地地 震震 震震 害害3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等 4 4、海啸。、海啸。海底地震引起的巨大海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；海地区的破坏；二、次生灾害：二、次生灾害：伴随直接灾害而发生的后继灾害次生灾害。次生灾害造成的伤亡伴随直接灾害而发生的后继灾害次生灾害。次生灾害造成的伤亡和损失有时比直接灾害还要大。和损失有时比直接灾害还要大。1 1、火灾、火灾：因震后火源失控引起；：因震后火源失控引起；2

3、 2、水灾、水灾：因水坝决口或山崩拥：因水坝决口或山崩拥 塞河道等引起；塞河道等引起；3 3、毒气泄漏、毒气泄漏：因储存装置破坏：因储存装置破坏 等引起；等引起；4 4、瘟疫：、瘟疫：因震后环境的严重破因震后环境的严重破 坏而引起坏而引起.主要的次生灾害有：三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性2、承重结构强度不足3、结构变形过大导致倒塌5、结构构件连接支撑失效6、非结构构件破坏4、地基失效地地 震震 常常 用用 术术 语语 地球内部发生地震的地方叫地球内部发生地震的地方叫震源震源；震源在地面上的投影点震源在地面上的投影点称为称为震中震中；震中及其附近的地方称为；震中及其附

4、近的地方称为震中区震中区，也称，也称极震区极震区；从；从震中到地面上任何一点的距离称为震中到地面上任何一点的距离称为震中距震中距地震活动性世界地震活动性环太平洋地震带太平洋欧亚地震带欧洲亚洲印度洋大西洋沿北冰洋、大西洋和印度洋的主要山脉非洲地震相当活跃的断裂谷-如东非洲和夏威夷群岛等北美洲一、什么是地震？一、什么是地震？二、地震分类二、地震分类1.1.按地震成因分类按地震成因分类 地震及分类地震及分类构造地震构造地震地震是指因地球内部缓慢积累的地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放能量突然释放而引起的而引起的地球表地球表层的振动层的振动。火山地震火山地震:由于火山爆发，岩浆猛烈冲出地面而引起

5、的地面震动。陷落地震陷落地震:由于地表或地下的岩层(地下石灰岩产生溶洞)发生大规模的陷落或崩塌引起的地面震动。地球的内部结构地球的内部结构地壳：地壳：30-40km，上部是，上部是花岗岩，下部是玄武岩花岗岩，下部是玄武岩地幔：地幔：2900km，橄榄岩，橄榄岩地核：地核：3500km，主要是镍，主要是镍和铁和铁 地球内部的放射性物地球内部的放射性物质不断放射能量，地球内质不断放射能量，地球内部温度随深度而升高，部温度随深度而升高，200km700km范围内，范围内，温度温度6000C 20000C.地地球内部的压力也很大球内部的压力也很大,地幔地幔上部约上部约900MPa,中部约中部约3700

6、00MPa.(3)构造地震构造地震：构造地震的成因构造地震的成因(a)(b)(c)岩层的原始状态岩层的原始状态受力后发生褶皱变形受力后发生褶皱变形引起岩层断裂产生振动引起岩层断裂产生振动地球内部不停运动地球内部不停运动积聚能量积聚能量引发巨大的力引发巨大的力 地球内部的压力不均匀，地幔中的软流层有缓慢的对流，地球内部的压力不均匀，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，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，产生了地应力。当地应力达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，岩层产生断裂

7、或错动（脆性破坏），岩层到岩层的强度时，岩层产生断裂或错动（脆性破坏），岩层内部的能量被释放，以波的形式传到地表，引起地面震动。内部的能量被释放，以波的形式传到地表，引起地面震动。称称构造地震构造地震。地球表面岩层由六大板块组成：欧亚板块、美州板块、非洲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、澳洲板块、南极洲板块。由于地幔的对流，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，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。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。能较好地解释地震呈带形分布现象。构造地

8、震的成因的另一种解释构造地震的成因的另一种解释板块学说板块学说2.2.按震源深浅分类按震源深浅分类 地震及分类地震及分类浅源地震浅源地震 震源深度小于震源深度小于75 km中源地震中源地震 震源深度在震源深度在75300 km深源地震深源地震 震源深度在震源深度在300 km以上以上3.按地震序列分类按地震序列分类主震余震型主震余震型震群型震群型单发型单发型主震：地震序列中最大的一次地震为主震，其余为余震 地地 震震 序序 列列岩层断裂发生时，一般不只是一个断裂，而是由一系列断岩层断裂发生时，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，达到平衡状裂组成的破碎带

9、。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。所以态，其它部位还没有达到平衡状态，还要释放能量。所以一次一次地震的发生一般都不是孤立的，伴随着一系列小震。地震的发生一般都不是孤立的，伴随着一系列小震。地震序列地震序列:在一定时间内相继发生在相近地区的一系列大小地震在一定时间内相继发生在相近地区的一系列大小地震.主震：某一地震序列中，最大的一次地震主震：某一地震序列中，最大的一次地震前震：主震之前发生的地震前震：主震之前发生的地震余震：主震之后发生的地震余震：主震之后发生的地震1976年唐山地震年唐山地震 主震主震7.8级级 7级以上余震级以上余震2次次

10、6.0-6.9级余震级余震2次次 5.0-5.9级余震级余震71次次 4.0-4.9级余震级余震668次次地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个传播。地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个传播。体波体波：在地球内部传播的地震波。可分为在地球内部传播的地震波。可分为纵波和横波纵波和横波地地 震震 波波面波面波：在地球表面传播的波。在地球表面传播的波。强震记录：纵波先到，横波次之，面波最后到。强震记录：纵波先到，横波次之，面波最后到。地震波记录图地震波记录图（1）剪切波速与土层土质有关，而且可采用较简便的仪）剪切波速与土层土质有关，而且可采用较简便的仪器测得，故在地基土动力性质评价中占

11、有重要的地位。器测得，故在地基土动力性质评价中占有重要的地位。抗抗震规范根据剪切波速对场地土进行分类。震规范根据剪切波速对场地土进行分类。（2）地震现象表明地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。一般是在剪切波和面波都到达上下颠簸又产生左右摇晃。一般是在剪切波和面波都到达时振动最为激烈。由于面波的能量比体波要大，所以造成时振动最为激烈。由于面波的能量比体波要大，所以造成建筑物和地表的破坏，建筑物和地表的破坏，以面波为主。以面波为主。地震

12、波地震波说说 明明 1.1.定义：表示一次地震本身强弱程度和大小定义：表示一次地震本身强弱程度和大小的等级，式中式中:A-:A-距震中距震中100km100km处。用标准地震仪纪录到的地面最处。用标准地震仪纪录到的地面最 大水平位移（大水平位移（m m）。）。地地 震震 强强 度度一、地震震级一、地震震级震级差一级，能量就要差震级差一级，能量就要差30倍之多。一个倍之多。一个6级地震释放的能量级地震释放的能量相当于一个相当于一个2万吨的原子弹。万吨的原子弹。2级以下的地震，叫做微震。级以下的地震，叫做微震。24级，叫有感地震。级，叫有感地震。5级以上叫破坏性地震。级以上叫破坏性地震。7级以上称

13、为强烈地震或大地震。大于级地震称为特大级以上称为强烈地震或大地震。大于级地震称为特大地震。二十世纪最大的地震是地震。二十世纪最大的地震是8.9级级（1960年智利震群型年智利震群型地震）地震）。10.基本烈度：基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。比如，地震烈度是比如，地震烈度是7 7度。度。人的感觉人的感觉是大多数人仓皇逃出；是大多数人仓皇逃出；大多数房屋的震害程度大多数房屋的震害程度：轻度破坏：轻度破坏-局部破坏，开裂局部破坏，开裂其他现其他现象象：河岸出现塌方。饱和砂层常见喷砂冒水；松软土地裂缝较：河岸出现塌方。饱和砂层常见喷砂冒水；松软土地裂缝较

14、多，大多数砖烟囱中等破坏。多，大多数砖烟囱中等破坏。物理指标物理指标：水平加速度：水平加速度 90-17790-177cm/scm/s2 2二、地震烈度二、地震烈度 1 1、定义、定义 2 2、影响因素、影响因素影响烈度的因素，震级、震中距、震源深度、地质构造影响烈度的因素，震级、震中距、震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。和地基条件等因素有关。一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。距小烈度就高，反之烈度就低。地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震的强地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震

15、的强弱程度，简称为烈度。用弱程度，简称为烈度。用I I表示。表示。地震区划与地震影响地震区划与地震影响一、地震区划一、地震区划2、地震区划、地震区划根据历史地震、地震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分出不同的区域。1、基本烈度、基本烈度一个地区未来50年内，在一般场地条件下，可能遭受的超越概率为10%的地震烈度称为该地区的基本烈度（b）我国曾经采用地震基本烈度，编制了我国曾经采用地震基本烈度，编制了中国地震烈度区中国地震烈度区划图（划图（19901990），20012001年新年新规范规范该又按地震动参数该又按地震动参数编制了编制了中国地震动参数区划图（中国地震动参数区划图

16、（20012001）1、设防烈度、设防烈度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称为设防烈度，用Id表示。二、地震影响二、地震影响设防烈度的取值依据：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图 中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。2、地震影响、地震影响抗震设计中，考虑建筑物所在地区遭受的地震影响，用相应于设防烈度的地震动参数。1010.1.1.2 2 结构的抗震设防结构的抗震设防v抗震设防的一般目标抗震设防的一般目标 抗震设防抗震设防：是指对房屋进行是指对房屋进行抗震设计抗震设计和采取抗和采取抗震构造震构造措施措施，以达到抗震的效果。依

17、据是抗震设防烈度。，以达到抗震的效果。依据是抗震设防烈度。设防烈度是一个地区抗震设防依据的地震烈度，设防烈度是一个地区抗震设防依据的地震烈度，是按国家规定的权限审批、颁发的文件确定的。是按国家规定的权限审批、颁发的文件确定的。一般一般情况下，采用国家地震局批准的地震烈度过区划图所情况下，采用国家地震局批准的地震烈度过区划图所规定的基本烈度进行设防。规定的基本烈度进行设防。（1 1）第一水准第一水准：当遭受多遇的、低于本地区设防烈度当遭受多遇的、低于本地区设防烈度的地震（小震）影响时，建筑物一般不受损坏或不需的地震（小震）影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用修理仍可继续使用。（2）第

18、二水准第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震影响时，当遭受本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能有一定的损坏，经一般修理或不需修理仍建筑物可能有一定的损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。可继续使用。（3）第三水准第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的预估罕当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生危及生命的遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。严重破坏。“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒”。三水准的设防目标三水准的设防目标 建筑结构抗震设防方法建筑结构抗震设防方法通过两阶段的设计方法实现通过两阶段的设计方法实现“三水准设防目标

19、三水准设防目标”1 1、第一阶段设计、第一阶段设计第一阶段：对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二阶段：对一些规范规定的结构（易倒塌的、明显薄弱层的、不规则的建筑）进行大震作用下的弹塑性变形验算。2 2、第二阶段设计、第二阶段设计建筑物的类别及其设防标准建筑物的类别及其设防标准 建筑物的重要程度不同，它们的设防标准也应不同。比如说，建筑物的重要程度不同，它们的设防标准也应不同。比如说，人民大会堂和自行车棚，它们的设防标准应不同。人民大会堂和自行车棚，它们的设防标准应不同。1、建筑物的类别、建筑物的类别 建筑抗震设计规范（建筑抗震设计

20、规范（GB50011-2001）将建筑物按其重要性）将建筑物按其重要性分为甲、乙、丙和丁类。分为甲、乙、丙和丁类。甲类：特别重要的建筑物。当遭遇地震破坏时，将产生放射甲类：特别重要的建筑物。当遭遇地震破坏时，将产生放射性物质的污染，剧毒气体的扩散，性物质的污染，剧毒气体的扩散，爆炸等严重后果的建筑物爆炸等严重后果的建筑物.乙类乙类：重要的建筑物。指国家重点抗震城市的生命线工程。重要的建筑物。指国家重点抗震城市的生命线工程。包括医疗、广播、通讯、交通、供水、供电、供气、消防、包括医疗、广播、通讯、交通、供水、供电、供气、消防、粮食等。粮食等。丙类丙类：一般的建筑物。包括工厂、机关、学校、商店、住

21、宅一般的建筑物。包括工厂、机关、学校、商店、住宅等。等。丁类：丁类：一般的仓库、人员较少的辅助建筑物。一般的仓库、人员较少的辅助建筑物。抗震设计的总体原则抗震设计的总体原则注意场地选择注意场地选择把握建筑体型把握建筑体型利用结构延性利用结构延性设置多道防线设置多道防线重视非结构因素重视非结构因素 抗震设计基本要求抗震设计基本要求一、抗震建筑的概念设计一、抗震建筑的概念设计由于地震动的随机性，以及建筑物的动力特性，所在场地、由于地震动的随机性，以及建筑物的动力特性，所在场地、材料及计算方法的不确定性，地震造成的破坏很难计算准确，材料及计算方法的不确定性，地震造成的破坏很难计算准确，通过通过地震作

22、用计算地震作用计算和相应的和相应的构造措施构造措施进行建筑抗震设计。进行建筑抗震设计。二、建筑的抗震设防类别二、建筑的抗震设防类别抗震次要建筑抗震次要建筑丁类丁类 除甲乙丁类以外的一般建筑除甲乙丁类以外的一般建筑丙类丙类 地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑地震时使用功能不能中断需尽快恢复的建筑乙类乙类 重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑甲类甲类 设设防防分分类类二、建筑的抗震设防标准按本地区抗震设防烈度降低一度计算地震作用按本地区抗震设防烈度降低一度计算地震作用丁类丁类 按本地区抗震设防烈度计算地震作用按本地区抗震设防烈度计算地震作

23、用丙类丙类 按本地区抗震设防烈度提高一度计算地震作用按本地区抗震设防烈度提高一度计算地震作用乙类乙类 按地震安全性评价结果确定，再计算地震作用按地震安全性评价结果确定，再计算地震作用甲类甲类 地地震震作作用用应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度度时不应降低时不应降低丁丁类类应符合本地区抗震设防烈度度的要求应符合本地区抗震设防烈度度的要求丙丙类类一般情况下，当抗震设防烈度为一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度度时，应符合本地区抗震设防烈度提高提高1度的要求；当度的要求；当9度时，应符合比度时，应符合比9度抗震设防更高的要求，对较度抗震设防更高的要求，对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施乙乙类类当抗震设防烈度为当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高度时，应符合本地区抗震设防烈度提高1度的要度的要求；当为求；当为9度时，应符合比度时，应符合比9度抗震设防更高的要求度抗震设防更高的要求甲甲类类抗抗震震措措施施