1、地震是一種危及人民生命財產安全、破壞性極大的突發(fā)性自然災害，地震造成生命、財產損失的直接原因是建筑物的劇烈震動、破壞倒塌。目前預測工作沒有發(fā)展到準確預報的程度。隨著我國城市化的發(fā)展，人口和財富向城市高度集中，基礎設施高度發(fā)達，地震造成的后果將日益嚴重。我國是一個地震多發(fā)、震害嚴重的國家，抗震防災是一項特殊的社會公益事業(yè)，它關系著經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。建筑結構抗震設防是減輕地震災害的重要途徑。科學界多年的研究成果形成了一門學科地震工程學。它包含工程地震和結構抗震兩方面內容。工程地震主要研究：地震危險性分析、地震區(qū)劃、潛在震源區(qū)地震活動規(guī)律、地震動工程參數的選擇及估計等。結構抗震主要研究：建筑場地動

2、力性能與抗震設計關系、構件與結構動力特性、結構動力破壞機制、結構地震反應分析理論與抗震設計方法等。建筑結構抗震設計是綜合了地震成因，強烈地面運動，結構物的動力特性和地震反應等方面的研究成果而發(fā)展起來的一門多科性的學科，它涉及地球物理學、地質學、地震學、工程力學（結構動力學、材料力學、結構靜力學）、工程結構學（鋼筋混凝土結構、鋼結構、地基與基礎）、施工技術等多方面的知識。建筑結構抗震設計是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)主干課。學習本課程的主要目的是通過介紹地震作用計算的基本原理及結構抗震的設計方法，培養(yǎng)學習者掌握建筑結構抗震設計方面的基本理論知識和設計應用能力而設置的一門課程，從而能貫徹執(zhí)行我國的相

3、關法律、規(guī)范，對地震區(qū)作抗震減災規(guī)劃，掌握防止或減少建（構）筑物由于地震而造成的破壞的技能，使建筑經抗震設防后，能盡可能地減輕震害，避免人員傷亡，減少經濟損失。掌握結構抗震的基本知識、基本理論、基本技能，了解抗震設計的一般規(guī)律；培養(yǎng)運用規(guī)范、標準，查閱技術資料的能力和抗震計算能力；了解結構抗震設計的新理論、新方法及抗震理論、方法的發(fā)展趨勢。n地球平均半徑約地球平均半徑約6400km，內部由三個圈層組成。，內部由三個圈層組成。n1、地殼：、地殼：地球最表面的一層，很薄，厚度各處不一，地球最表面的一層，很薄，厚度各處不一，約約5-40km,一般厚度為一般厚度為5-40 km，平均厚度約為，平均厚度

4、約為30km。主要由各種不均勻的巖石組成：沉積巖。主要由各種不均勻的巖石組成：沉積巖花花崗巖崗巖玄武巖等。玄武巖等。 絕大部分地震都發(fā)生在地殼內。絕大部分地震都發(fā)生在地殼內。n2、地幔：、地幔：中間一層，很厚，平均厚度約為中間一層，很厚，平均厚度約為2900km。主要由具有粘彈性性質的質地比較堅硬的橄欖巖組成主要由具有粘彈性性質的質地比較堅硬的橄欖巖組成。其上部存在一個約幾百公里厚的軟流層。其上部存在一個約幾百公里厚的軟流層。 地幔內部地幔內部的物質在熱狀態(tài)和不均衡壓力作用下緩慢運動，可能的物質在熱狀態(tài)和不均衡壓力作用下緩慢運動，可能是造成地殼運動的根源。是造成地殼運動的根源。1.1 1.1

5、地震與地震動地震與地震動1.1.1 1.1.1 地震類型與成因地震類型與成因3、地核：地球最里面的一層，半徑約為3500km，是地球的核心部分?？?分 為 外 核 （ 厚2100km）和內核（厚1400Km），其主要構成物質是鎳和鐵。根據推測，外核可能處于液態(tài)，內核可能處于固態(tài)。地震觀測發(fā)現：地震橫波不能通過外核（即不能通過液體）。什么是地震？地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動 。地震是一種自然現象，地球上每天都在發(fā)生地震，一年約有500萬次。其中約5萬次人們可以感覺到；能造成破壞的約有1000次； 7級以上的大地震平均一年有十幾次。目前記錄到的世界上最大地震是8.

6、9級，發(fā)生于1960年5月22日的智利地震。什么叫震源、震中、震中距？震源：地殼巖層發(fā)生斷裂破壞、錯動，產生劇烈振動的地方，稱為震源。 震中：震源正上方的地面位置稱為震中。極震區(qū)：在震中附近，振動最劇烈、破壞最嚴重的地區(qū)，叫極震區(qū)。震中距震中距：地面某點至震：地面某點至震中的距離稱為震中距。中的距離稱為震中距。震源深度震源深度：震中到震源：震中到震源的距離或震源到地面的的距離或震源到地面的垂直距離垂直距離,稱為震源深度。稱為震源深度。一、地震成因地震是地球動力作用的產物 內動力構造地震、火山地震 外動力塌陷地震（地下溶洞、礦坑、礦井的崩塌） 人類工程活動誘發(fā)地震（水庫，城市、油田的抽水、注水，

7、人工爆破、爆炸等）構造地震的成因板塊構造運動假說 地殼由六大板塊組成。這些板塊在地幔對流等因素產生的巨大能量作用下產生運動，使板塊之間相互擠壓和錯動，致使其邊緣附近的巖石層脆性破裂而引發(fā)地震。斷層假說 在地幔對流等因素產生的巨大能量作用下，使地殼和地幔上部的巖石層發(fā)生皺褶變形，當積聚的地應力超過巖石的極限強度時，巖石層便發(fā)生脆性斷裂，猛烈回彈錯動，從而引起振動，以波的形式向地面?zhèn)鞑?，形成地震。二、地震的分?、按成因分類：1）構造地震：由于地殼構造運動使深部巖石薄弱部位的應變超過容許值，巖層發(fā)生斷裂、錯動而引起的地面振動。 破壞性地震主要屬于構造地震。據統(tǒng)計，構造地震約占世界地震總數的90%以

8、上。 2）火山地震 ：由于火山作用，如巖漿猛烈沖出地面、氣體爆炸等引起的地震稱為火山地震，這類地震只占全世界地震的7%左右，在我國很少見。3）誘發(fā)地震： 因人為因素如由于水庫蓄水或深井注水等引起的地震。如工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動；在深井中進行高壓注水以及大水庫蓄水后增加了地殼的壓力，有時也會誘發(fā)地震。 4）陷落地震 ：由于地表或地下巖層突然大規(guī)模陷落或崩塌而造成的地震，如地下溶洞或舊坑崩塌引起。這類地震的震級很小，造成的破壞很少，次數也很少，約占3% 。 構造地震破壞力大，影響范圍廣，建筑抗震設計中僅限于討論構造地震作用下建筑的設防問題。 后兩種地震影響范圍和破壞程度相對較小。2、按震源

9、深度分類：1）淺源地震：震源深度小于70千米的地震。 全世界85%以上的地震都是淺源地震。淺源地震波及范圍小，但破壞力大。2）中源地震：震源深度在70至300千米的地震，占12%，破壞性大。 3）深源地震：震源深度300km，占3%。震源深，波及范圍大，破壞性小。 92%的地震發(fā)生在地殼中，其余的發(fā)生在地幔上部。 目前觀測到的最深地震發(fā)生在地下720km左右。3、按地震序列分類： 地震時彈性應變能，以波的形式釋放擴散，經多次反射、折射形成持續(xù)過程，加之斷裂錯位不是瞬間完成的，故在一定時間內（幾十天或數月）相繼發(fā)生在相鄰地區(qū)的一系列大小地震稱為地震序列。 在一個地震序列中，最大的一次地震稱為主震

10、。 主震之前發(fā)生的地震稱為前震。 主震之后發(fā)生的地震稱為余震。主震型地震：在一個地震序列中，若主震震級很突出，其釋放的能量占全序列中的絕大部分，叫主震型地震。這是一種常見的破壞性地震類型。震群型或多發(fā)型地震：在一個地震序列中，若主震震級不突出，主要地震能量是由多個震級相近地震釋放出來的。孤立型或單發(fā)型地震：在一個地震序列中，若前震和余震都很少，甚至沒有，絕大部分地震能量都是通過主震一次釋放出來的。 三種類型地震中：主震型地震約占60%，多發(fā)型地震約 占30%，單發(fā)型地震約占10%。 地震序列的認識和判別對預報地震和預防地震都很重要。地震波：地震產生的地殼運動（振動）以波的形式從震源向各個方向傳

11、播并釋放能量，這種波稱為地震波。 地震波包含：體波和面波。1、體波：在地球內部傳播的波。縱波：在傳播過程中，介質質點的振動方向與波的前進方向一致，又稱為壓縮波或疏密波。特點：周期短，振幅小，波速快, 引起地面豎向顛簸?？v波也叫初波橫波：在傳播過程中，介質質點的振動方向與波的前進方向垂直，故又稱為剪切波。特點：周期較長，振幅較大，波速慢, 引起地面水平搖晃。橫波也叫次波。體波體波橫波（橫波（S S波）波）縱波（縱波（P P波）波）2、面波：只限于在地面附近傳播的波，也就是體波經過地層界面多次反射形成的次生波。特點：周期長，振幅大，比體波衰減慢，能傳播到很遠的地方。建筑物破壞主要是由面波造成。 瑞

12、雷波：傳播時，質點在波的傳播方向和地面法線組成的平面內（XZ）做橢圓形運動，而在與XZ平面垂直的水平方向（Y）沒有振動，質點在地面上呈滾動形式。洛夫波：傳播時，質點只在與傳播方向相垂直的水平方向（Y）運動，在地面上呈蛇形運動形式。面波面波瑞利波（瑞利波（R R波）波）樂夫波樂夫波 (L(L波波) ) 從實際地震時記錄到的地震波可以看出，首先達到的是縱波（初波、P波），接著是橫波（次波、S波），面波達到的最晚。 一般情況下，當橫波或面波達到時，振幅增大，地面振動最猛烈，造成的危害也最大。雜波P波開始S波開始面波開始地震地面運動的一般特征概括為：震級是表示一次地震本身強弱程度或大小的尺度，也是表示

13、一次地震釋放能量的多少，是一個衡量地震強度的指標，用M表示。 一次地震只有一個震級。 目前，國際上比較通用的是里氏震級，在1935年由查爾斯里克特（19001985年）給出定義，即地震震級為 M=lgA 式中 A是標準地震儀（周期0.8s，阻尼系數0.8，放大倍數2800倍的地震儀）在距震中100km處記錄的以微米（1微米=10-6m）為單位的最大水平地動位移（單振幅）。地震按震級大小分類（1）微震：小于2級，人感覺不到，只有儀器才能記錄下來。（2）有感地震：2-4級，人能感覺到。（3）破壞性地震：5級以上地震，能夠引起不同程度破壞。（4）強烈地震或大震：7級以上地震。（5）特大地震：8級以上

14、地震。 由于震源深淺、震中距大小等不同，地震造成的破壞也不同。震級大，破壞力不一定大；震級小，破壞力不一定就小。定義：指某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受一次地震影響的強弱程度，簡稱為烈度。 一般而言，震級越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影響烈度的因素，除了震級、震中距外，還與震源深度、地震的傳播介質、表土性質、建筑物的動力特性和施工質量等許多因素有關。震級與烈度的區(qū)別：一次地震只有一個震級，但不同的地點會有不同的烈度。地震烈度表 地震烈度表是評定地震烈度的標準和尺度。它以描述震害宏觀現象為主，即根據建筑物的破壞程度、地貌變化特征、地震時人的感覺、家具的動作反應等進行

15、區(qū)分?，F在主要由地面震動的速度和加速度確定。如水平向的加速度 10度為1000cm/s2 9度為500 cm/s2 8度為250 cm/s2 7度為125 cm/s2 6度為63 cm/s2 我國在1980年制定的中國地震烈度表將地震烈度分為1-12度（不同的國家的分度方法不同）?；玖叶龋阂粋€地區(qū)未來50年內一般場地條件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值稱為該地區(qū)的基本烈度。 基本烈度也稱為偶遇烈度或中震烈度。 地震區(qū)劃：是指根據歷史地震、地震地質構造和地震觀測資料，在地圖上按地震情況的差異劃出的不同區(qū)域。 中國地震動參考區(qū)劃圖，是確定我國城鎮(zhèn)抗震設防烈度、設計基本地震加速度和設計地

16、震分組的依據，具有法律效應。 鄭州地區(qū)抗震設防烈度為7度，地震動加速度為0.1g 抗震設防烈度和設計基本地震加速度的對應關系抗震設防烈度抗震設防烈度6度度7度度8度度9度度設計設計基本地震加速度值設計設計基本地震加速度值0.05g0.1g（0.15g）0.2g（0.3g）0.4g 設計地震分組：是新規(guī)范新提出的概念，用以代替舊規(guī)范設計近震、設計遠震的概念。6度近震6度遠震7度近震7度遠震在宏觀烈度大體相同條件下，在宏觀烈度大體相同條件下，處于大震級遠離震中的高聳建筑處于大震級遠離震中的高聳建筑物的震害比中小級震級近震中距物的震害比中小級震級近震中距的情況嚴重的多。的情況嚴重的多。 設計地震分三

17、組，對于設計地震分三組，對于類類場地，第一、二、三組的設計特場地，第一、二、三組的設計特征周期分別為：征周期分別為：0.35s0.35s、0.40s0.40s、0.45s.0.45s. 一、災害人為災害火災、污染（大氣、水、海洋）、核泄漏、戰(zhàn)爭等。自然災害：地震災害是群災之首，它具有突發(fā)性和不可預測性，以及頻度較高，并產生嚴重次生災害，對社會也會產生很大影響等特點。地震是一種普遍的自然現象 地震是地球內部構造運動的產物，是一種普遍的自然現象。全世界每年發(fā)生約500萬次地震。其中：破壞性的大地震平均每年約1820次。地震又是一種突發(fā)的自然災害。現代科技的發(fā)展，雖能對地震的發(fā)生進行預測，但準確地預

18、報何時、何地將發(fā)生何種強度的地震一般是很困難的。這主要是由于地殼運動的復雜性，以及現代科學技術水平的局限性。 因此，破壞性地震常常是突然發(fā)生的。目前，科學技術上還無法控制地震的發(fā)生。每次地震都會給人類社會帶來災難。二、全世界地震帶主要分布于以下兩個帶：（1）環(huán)太平洋地震帶（2）歐亞地震帶這兩個地震帶釋放的能量，約占全球所有地震釋放能量的98%。環(huán)太平洋地震帶環(huán)太平洋地震帶歐亞地震帶歐亞地震帶我國是一個多地震國家 據統(tǒng)計，我國大陸地震約占世界大陸地震的三分之一。原因是：我國正好介于地球的兩大地震帶之間。我國是一個地震災害最嚴重的國家 我國地震活動頻度高、強度大、震源淺，分布廣，是一個震災嚴重的國

19、家。1900年以來，中國死于地震的人數達55萬之多，占全球地震死亡人數的53%。20世紀全球兩次死亡20萬人以上的大地震均發(fā)生于我國。 1920年寧夏海原地震（8.5級）死亡23.4萬人。1976年河北唐山地震（7.8級）死亡24.2萬人，傷20余萬。我國的地震活動地區(qū) 我國的地震活動主要分布在五個地區(qū)的23條地震帶上。這五個地區(qū)是：臺灣省及其附近海域；西南地區(qū)，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地區(qū)，主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓；華北地區(qū)，主要在太行山兩側、汾渭河谷、陰山-燕山一帶、 山東中部和渤海灣；東南沿海的廣東、福建等地。目前的地震形勢 地震的發(fā)生有間歇性。一段時間內

20、發(fā)生較頻繁，一段時間內較平靜。世界以及我國目前均處于地震活躍期，抗震任務不容忽視。一、直接災害 由地震的原生現象如地震斷層錯動，以及地震波引起的強烈地面振動所造成的災害。主要有：1、地面破壞如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等。2、建筑物與構筑物的破壞：如房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開裂、鐵軌變形等。3、山體等自然物的破壞：如山崩、滑坡等。 4、海嘯：海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區(qū)的破壞。 二、次生災害直接災害發(fā)生后，破壞了自然或社會原有的平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，從而引發(fā)出的災害。有時，次生災害所造成的傷亡和損失比直接災害還大。主要的次生災害有：1、火災：由震后火源失控引起。2、水災：由水壩

21、決口或山崩擁塞河道等引起。3、毒氣泄漏：由建筑物或裝置破壞等引起。4、瘟疫：由震后生存環(huán)境的嚴重破壞而引起。 三、工程結構破壞現象1、結構喪失整體性。2、承重結構強度不足。 3、結構變形過大導致倒塌。 4、結構構件連接支撐失效。 5、地基失效。 6、非結構構件破壞。 四、工程地質條件對震害的影響1、局部地形條件的影響：孤立突出的山梁、山包、條狀山嘴、高差較大的臺地、陡坡及故河道岸邊等，均對建筑物的抗震不利。2、局部地質構造的影響：主要指斷層，斷層為地質構造的薄弱環(huán)節(jié)，分發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層。具有潛在地震活動的斷層為發(fā)震斷層，多數淺源地震與發(fā)震斷層有關。因此，在選擇建筑物的場地時，應盡量使房屋遠

22、離斷層及其破碎帶。3、地下水位的影響：地下水位越淺震害越重，地下水位深度在5m以內時，對震害影響最為明顯。 抗震設防是指對建筑物進行抗震設計并采取一定的抗震構造措施，以達到結構抗震的效果和目的。1、總目標 通過抗震設防，減輕建筑的破壞，避免人員死亡，減輕經濟損失。具體通過“三水準”的抗震設防要求和“兩階段”的抗震設計方法實現。2、“三水準”抗震設防目標 近年來，國內外抗震設防目標的發(fā)展總趨勢是要求建筑物在使用期間，對不同頻率和強度的地震，應具有不同的抵抗能力，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。 我國抗震規(guī)范中抗震設防的目標如下：(1)在遭受低于本地區(qū)設防烈度(基本烈度)的多遇地震影響時，建筑

23、物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用，即小震不壞；(2)在遭受本地區(qū)規(guī)定的設防烈度的地震影響時，建筑物(包括結構和非結構部分)可能有一定損壞，但不致危及人民生命和生產設備的安全，經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，即中震可修；(3)在遭受高于本地區(qū)設防烈度的預估罕遇地震影響時，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞，即大震不倒。3、三種地震烈度水準 基于上述抗震設防目標，建筑物在使用期間對不同強度的地震應具有不同的抵抗能力，用三個地震烈度水準來考慮，即1）第一水準第一水準( (眾值烈度眾值烈度) )：發(fā)發(fā)生概率最多的地震，在生概率最多的地震，在5050年年期限內，一般場地條件下，期限內，一般場地

24、條件下，可能遭遇的超越概率為可能遭遇的超越概率為63.2%63.2%的地震烈度值，相當的地震烈度值，相當于于5050年一遇的烈度值。年一遇的烈度值。 相當于基本烈度相當于基本烈度-1.55-1.55度。度。2）第二水準第二水準( (基本烈度基本烈度) )：在：在5050年期限內，一般場地條件下年期限內，一般場地條件下可能遭遇的超越概率為可能遭遇的超越概率為10%10%的地震烈度值，相當于的地震烈度值，相當于474474年一年一遇的烈度值。遇的烈度值。3）第三水準第三水準( (罕遇烈度罕遇烈度) )：在在5050年期限內，一般場地條件下年期限內，一般場地條件下可能遭遇的超越概率為可能遭遇的超越概

25、率為2%2%3 3% %的地震烈度值，相當于的地震烈度值，相當于1600160025002500年一遇的烈度值。年一遇的烈度值。 相當于基本烈度相當于基本烈度+1+1度。度?！皟呻A段”抗震設計方法 為保證抗震設防的目標，規(guī)范規(guī)定了“兩階段”抗震設計方法第一階段： 對絕大多數結構進行小震作用下的結構和構件承載力驗算；在此基礎上對各類結構按規(guī)定要求采取抗震措施，保證小震不壞和中震可修。第二階段： 對一些規(guī)范規(guī)定的結構(有特殊要求的建筑、地震時易倒塌的建筑、有明顯薄弱層的建筑，不規(guī)則的建筑等)進行大震作用下的彈塑性變形驗算，并采取相應的構造措施保證大震不倒。一、建筑物分類一、建筑物分類 抗震規(guī)范將建

26、筑物類別按重要程度分為甲、乙、丙、丁四抗震規(guī)范將建筑物類別按重要程度分為甲、乙、丙、丁四類。類。特殊設防類（特殊設防類（甲類）：甲類）：特別重要的建筑物。特別重要的建筑物。 重大建筑工程和遭遇地震破壞時可能發(fā)生嚴重次生災害重大建筑工程和遭遇地震破壞時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑。一旦破壞將產生嚴重后果的建筑物，或者對政治、經的建筑。一旦破壞將產生嚴重后果的建筑物，或者對政治、經濟、社會造成重大影響的建筑物。濟、社會造成重大影響的建筑物。重點設防類（重點設防類（乙類）：乙類）：地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑。如城市的的建筑。如城市的生命線工程，生命線工程

27、，指醫(yī)療、通訊、交通、供水、指醫(yī)療、通訊、交通、供水、供電、供氣、消防等設施。供電、供氣、消防等設施。標準設防類（標準設防類（丙類）：丙類）：一般建筑物。一般的工業(yè)與民用建筑物。一般建筑物。一般的工業(yè)與民用建筑物。適度設防類（適度設防類（丁類）：丁類）：次要建筑物。地震破壞不易造成人員傷次要建筑物。地震破壞不易造成人員傷亡和重大經濟損失的建筑物。亡和重大經濟損失的建筑物。二、建筑物的設防標準甲類：地震作用應高于本地區(qū)抗震設防烈度的要求。其值應由地震安全性評價結果確定；抗震措施，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求，當設防烈度為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求

28、。乙類：地震作用應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求；抗震措施，當抗震設防烈度為6-8度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高1度的要求，當設防烈度為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。地基基礎的抗震措施應符合有關規(guī)定。丙類：地震作用和抗震措施應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求。丁類：一般情況下，地震作用應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求；抗震措施允許比本地區(qū)設防烈度的要求適當降低，6度地區(qū)不降低。 設防烈度為6度時，除甲類外，可不進行抗震計算，只用構造措施來保證。建筑抗震設計的三個層次：概念設計：在總體上把握抗震設計的基本原則抗震計算：為建筑抗震設計提供定量手段構造措施：保證結構整體性，加強局部薄弱環(huán)節(jié)概念設計注意場地選擇把握建筑體型利用結構延性設置多道防線選擇對建筑抗震有利的地段（1）選擇選擇薄的場地覆蓋層（2）選擇堅實的場地土（3）將建筑物的自振周期與地震動的卓越周期錯開，避免共振。（4）采取基礎隔震或消能減震措施?；驹瓌t：對稱、規(guī)則、質量與剛度變化均勻具體措施：