第1章

緒論

返回總目錄教學(xué)提示：地震是一種對(duì)人類造成極大威脅的自然災(zāi)害。地震的發(fā)生與地球的構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)有關(guān)。構(gòu)造地震是發(fā)生頻率最高的地震。構(gòu)造地震發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)的地方所形成的斷層叫發(fā)震斷層。震源巖層所積累的能量以波的形式向四周傳播，形成地震波。地震可用震級(jí)和烈度來度量。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目的就是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，最大限度地限制和減輕工程結(jié)構(gòu)的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用了“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。教學(xué)要求：本章要求學(xué)生了解地震的成因、地震的度量和工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目的及要求。本章內(nèi)容

●1.1地震成因●1.2地震度量●1.3地震活動(dòng)●1.4地震災(zāi)害●1.5

工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防●1.6習(xí)題1.1地震成因

地震是一種自然災(zāi)害。地震時(shí)強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)會(huì)造成建筑物倒塌或損壞，并可能引發(fā)火災(zāi)、水災(zāi)、山崩、滑坡及海嘯等一系列災(zāi)害，對(duì)人類造成極大的威脅。我國(guó)是一個(gè)地震頻發(fā)的國(guó)家，6度及6度以上的震區(qū)幾乎遍及全國(guó)各個(gè)省和自治區(qū)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，預(yù)防、減少地震災(zāi)害的任務(wù)十分艱巨。

1.地殼地殼是地球外表面的一層很薄的外殼，它由各種不均勻的巖石組成。地殼表面為沉積層，陸地下面主要有花崗巖和玄武巖層，海洋下面的地殼一般只有玄武巖層。地殼的下界稱為莫霍界面，是一個(gè)地震波傳播速度發(fā)生急劇變化的不連續(xù)面。地殼的厚度在全球變化很大，各處厚薄相差也很大，最厚處達(dá)70km，最薄處約5km。2.地幔地殼以下到深度約2895km的古登堡界面為止的部分稱為地幔，約占地球體積的5/6。地幔主要由質(zhì)地堅(jiān)硬的橄欖巖組成，這種物質(zhì)具有黏彈性。地幔上部存在一個(gè)厚度約幾千米的軟流層。由于溫度和壓力分布不均勻，就發(fā)生了地幔內(nèi)部的物質(zhì)對(duì)流運(yùn)動(dòng)。3.地核古登堡界面以下直到地心的部分為地核，又可分為外核和內(nèi)核。其主要構(gòu)成物質(zhì)是鎳和鐵，溫度高達(dá)4000℃～5000℃。據(jù)推測(cè)，外核可能處于液態(tài)，內(nèi)核可能是固態(tài)。1.1地震成因圖1.1地球分層剖面1.1地震成因1.1.2地震的類型地球內(nèi)部發(fā)生地震的地方稱為震源。震源在地球表面的投影稱為震中。地球上某一地點(diǎn)到震中的距離稱為震中距。震中附近地區(qū)稱為震中區(qū)，破壞最為嚴(yán)重的地區(qū)稱為極震區(qū)，震源到震中的垂直距離稱為震源深度，如圖1.2所示。圖1.2地震術(shù)語(yǔ)示意圖1.1地震成因地震按其成因分為誘發(fā)地震和天然地震兩類。誘發(fā)地震是由于人工爆破、礦山開采、水庫(kù)儲(chǔ)水、深井注水等原因所引發(fā)的地震。天然地震又可以分為構(gòu)造地震和火山地震。火山地震是由于火山爆發(fā)引起的地震。構(gòu)造地震是由于地表構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。工程上通常討論的就是這種地震，因?yàn)闃?gòu)造地震占發(fā)震總數(shù)的90%以上。按震源的深淺，地震又可分為淺源地震、中源地震和深源地震。淺源地震的震源深度在60km以內(nèi)，約占地震總數(shù)的70%左右，一年中全世界所有地震釋放能量約85%來自淺源地震。淺源地震波及范圍較小，破壞程度較大。中源地震的震源深度在60km～300km之內(nèi)，約占地震總數(shù)的25%左右，深源地震的震源深度在300km以上，約占地震總數(shù)的5%左右。根據(jù)震中距的大小，地震又可分為地方震、近震和遠(yuǎn)震。震中距在100km以內(nèi)的地震叫地方震；震中距在100km～1000km之間的震稱近震；震中距大于1000km的地震稱遠(yuǎn)震。據(jù)震級(jí)大小，地震可分為七類，見表1-1。1.1地震成因表1-1地震按震級(jí)的分類類型震級(jí)類型震級(jí)超微震震級(jí)＜1強(qiáng)烈地震6≤震級(jí)＜7弱震和微震1≤震級(jí)＜3大地震震級(jí)≥7有感地震3≤震級(jí)＜4.5巨大地震震級(jí)≥8中強(qiáng)地震4.5≤震級(jí)＜61.1地震成因1.1.3地震成因

構(gòu)造地震是由于地應(yīng)力在某一地區(qū)逐漸增加，巖石變形也不斷增加，當(dāng)?shù)貞?yīng)力超過巖石的極限強(qiáng)度時(shí)，在巖石的薄弱處突然發(fā)生斷裂和錯(cuò)動(dòng)，部分應(yīng)變能突然釋放，引起振動(dòng)，其中一部分能量以波的形式傳到地面，就產(chǎn)生了地震，構(gòu)造地震發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)的地方所形成的斷層叫發(fā)震斷層。根據(jù)對(duì)地應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理解釋的不同，產(chǎn)生了多種關(guān)于地震成因的學(xué)說，其中比較公認(rèn)的是板塊構(gòu)造學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為，地球的巖石圈不是一塊整體，而是被一些活動(dòng)的構(gòu)造帶(——海嶺、島弧、平移大斷層等)割裂的若干板塊。全球巖石圈可分為歐亞板塊、太平洋板塊、澳洲板塊、美洲板塊、非洲板塊和南極板塊等六大板塊。它們又可分成若干小板塊。各板塊之間因巖石層下面的地幔軟流層的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生相互運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生力的作用，形成地應(yīng)力。地球上的主要地震帶就處于這些大板塊的交接處。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，全世界85%左右的地震發(fā)生在板塊邊緣。1.1地震成因1.1.4地震波的傳當(dāng)震源巖層發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)時(shí)，巖層所積累的能量突然釋放，以波的形式從震源向四周傳播，這種波稱為地震波。地震波是一種彈性波，按其在地殼中傳播的位置的不同分為體波和面波。1.體波體波為在地球內(nèi)部傳播的波，體波根據(jù)其介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向的不同又可以分為縱波和橫波。縱波的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的方向相同，是從震源向四周傳播的壓縮波?？v波一般周期較短，波速較快，振幅較小，在地面上引起上下顛簸波動(dòng)?？v波由于波速較快，在地震發(fā)生時(shí)往往最先達(dá)到，因此縱波也稱為初波、P波、壓縮波或拉壓波。縱波波速一般用來表示，在地殼內(nèi)縱波的傳播速度一般為200m/s～1400m/s，根據(jù)彈性動(dòng)力學(xué)可以得到的計(jì)算式為1.1地震成因

(1-1)式中：E——介質(zhì)的彈性模量；

——介質(zhì)的泊松比；

——介質(zhì)的密度。橫波的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向和波傳播的方向垂直，是從震波向四周傳播的剪切波。橫波一般周期較長(zhǎng)、波速較慢、振幅較大，引起地面水平方向的運(yùn)動(dòng)。橫波由于波速較慢，在地震發(fā)生時(shí)達(dá)到的時(shí)間將比縱波慢，因此橫波也稱為次波、S波、剪切波、畸主波和等體積波。橫波波速一般用來表示，在地殼內(nèi)橫波的傳播速度一般為100m/s～800m/s，根據(jù)彈性動(dòng)力學(xué)可以得到橫波波速的計(jì)算式為

(1-2)式中：G——介質(zhì)剪切彈性模量；

——介質(zhì)的泊松比；

——介質(zhì)的密度。地基土中縱波和橫波的波速參考值見表1-2。

1.1地震成因表1-2地基土縱波、橫波的傳播地基土名稱縱波波速/(m/s)橫波波速/(m/s)濕黏土1500150天然濕度黃土800260密實(shí)礫石480250細(xì)砂300110中砂550160粗砂7501801.1地震成因2.面波面波為在地表面?zhèn)鞑サ牟?。面波主要分為瑞雷波和樂夫波。瑞雷波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在波的前進(jìn)方向與地表法向組成的平面內(nèi)做橢圓運(yùn)動(dòng)，如圖1.3(a)所示。樂夫波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在與波的前進(jìn)方向垂直的水平方向運(yùn)動(dòng)，在地面上表現(xiàn)為蛇形運(yùn)動(dòng)，如圖

1.3(b)所示。面波是經(jīng)過地層界面的多次反射、折射形成的次生波，其周期長(zhǎng)、振幅大、衰減慢，在地震發(fā)生時(shí)，往往最后到達(dá)。利用縱波、橫波和面波傳播速度的不同，可以大致確定震源的距離。(a)瑞雷波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)(b)洛夫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖1.3面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形式1.1地震成因地震震級(jí)是度量地震中震源所釋放能量多少的指標(biāo)。人們通過地震地面運(yùn)動(dòng)的振幅來量測(cè)地震震級(jí)。1.2地震度量1.2.1地震震級(jí)1935年，美國(guó)地震學(xué)家里希特(C.F.Richter)首先提出了震級(jí)的概念，采用標(biāo)準(zhǔn)地震儀(周期0.8s，阻尼系數(shù)為0.8，放大倍數(shù)2800的地震儀)在距離震中100km處記錄到的以微米(μm=10-6

m)為單位的最大水平地面位移A的常用對(duì)數(shù)值來表示震級(jí)的大小，即

M=lgA (1-3)式中：M——地震震級(jí)，通常稱為里氏震級(jí)；

A——由記錄到的地震曲線圖上得到的最大振幅。1.2地震度量地震震級(jí)是表征地震大小或強(qiáng)弱的指標(biāo)，是一次地震釋放能量多少的度量，它是地震的基本參數(shù)之一。一次地震只有一個(gè)震級(jí)。震級(jí)直接與震源釋放的能量的多少有關(guān)，可以用下式表示。

LgE=11.8+1.5M (1-4)式中：M——地震震級(jí)；

E——地震能量(焦耳，J)。從地震震級(jí)的定義可以看出，震級(jí)相差一級(jí)，振幅相差10倍，能量相差101.5(約32)倍。一個(gè)1級(jí)地震所釋放的能量約為2×106J。一個(gè)6級(jí)地震相當(dāng)于一個(gè)2萬噸級(jí)原子彈所釋放的能量。到目前為止，世界上記錄到的最大地震的震級(jí)為8.9級(jí)，于1960年發(fā)生于南美洲的智利。1.2地震度量1.2.2地震烈度1.地震烈度和烈度表地震烈度表示地震造成地面上各地點(diǎn)的破壞程度。地震烈度與震級(jí)、震中距、震源深度、地質(zhì)構(gòu)造、建筑物和構(gòu)筑物的地基條件有關(guān)。烈度的大小是根據(jù)人的感覺、地面房屋受破壞程度等綜合因素評(píng)定的結(jié)果。地震震級(jí)和地震烈度是描述地震現(xiàn)象的兩個(gè)參數(shù)。一次地震只有一個(gè)震級(jí)而地震烈度值可以有多個(gè)。震級(jí)越大，震中烈度越高；離震中越遠(yuǎn)，地震烈度越低。震源深度越淺，地震烈度就高。震源深度愈深，地震烈度就低。對(duì)于淺源地震而言，地震震級(jí)與震中烈度有大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1-3。表1-3震中烈度與震級(jí)的大致關(guān)系震級(jí)23456788以上烈度1～234～56～77～89～1011121.2地震度量地震烈度表示地震影響的強(qiáng)弱程度，為了便于評(píng)判，需要建立一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是地震烈度表。目前各國(guó)普遍采用12度的烈度表，表1-4是我國(guó)1999年批準(zhǔn)實(shí)施的新烈度表。1.2地震度量烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他現(xiàn)象物理參量震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度/(m/s2)峰值速度/(m/s2)1無感覺2室內(nèi)個(gè)別靜止中人有感覺3室內(nèi)少數(shù)靜止人中有感覺門、窗輕微作響懸掛物微動(dòng)4室內(nèi)多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺，少數(shù)人夢(mèng)中驚醒門、窗作響懸掛物明顯擺動(dòng)，器皿作響5室內(nèi)普遍、室外多數(shù)人有感覺。多數(shù)人夢(mèng)中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動(dòng)作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫。有檐瓦掉落，個(gè)別屋頂煙囪掉磚不穩(wěn)定器物搖動(dòng)或翻倒0.31(0.22～0.44)0.03(0.02～0.04)1.2地震度量6站立不穩(wěn)，少數(shù)人驚逃戶外損壞——墻體出現(xiàn)裂縫，檐瓦掉落、少數(shù)屋頂煙囪裂縫、掉落0～0.1河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫，飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水；有的獨(dú)立磚煙囪輕度裂縫0.63(0.45～0.89)0.06(0.05～0.09)7大多數(shù)人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺。行駛中的汽車駕乘人員有感覺輕度破壞——局部破壞、開裂，小修或不需要修理可繼續(xù)使用0.11～0.30河岸出現(xiàn)塌方，飽和砂層常見噴砂冒水，松軟土地上地裂縫較多；大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪中等破壞1.25(0.90～1.77)0.13(0.10～0.18)8多數(shù)人搖晃顛簸，行走困難中等破壞——結(jié)構(gòu)破壞，需要修復(fù)才能使用0.31～0.50干硬土上亦有裂縫；大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪嚴(yán)重破壞；樹梢折斷；房屋破壞導(dǎo)致人畜傷亡2.50(1.78～3.53)0.25(0.19～0.35)1.2地震度量烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他現(xiàn)象物理參量震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度/(m/s2)峰值速度/(m/s2)9行動(dòng)的人摔倒嚴(yán)重破壞——結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，局部倒塌，修復(fù)困難0.51～0.70干硬土上許多地方出現(xiàn)裂縫?；鶐r可能出現(xiàn)裂縫、錯(cuò)動(dòng)；滑坡塌方常見；獨(dú)立磚煙囪出現(xiàn)倒塌5.00(3.54～7.07)0.50(0.36～0.71)10騎自行車的人會(huì)摔倒，處于不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)摔出，有拋起感大多數(shù)倒塌0.71～0.90山崩和地震斷裂出現(xiàn)；基巖上拱橋破壞；大多數(shù)獨(dú)立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00(7.08～14.14)1.00(0.72～1.41)11普遍倒塌0.91～1.00地震斷裂延續(xù)很長(zhǎng)；大量山崩滑坡12地面劇烈變化，山河改觀1.2地震度量使用該地震烈度表時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①評(píng)定烈度時(shí)，1～5度以地面上人的感覺為主；6～10度以房屋震害為主，人的感覺僅供參考；11～12度以地表現(xiàn)象為主；②在高樓上人的感覺要比地面上人的感覺明顯，應(yīng)適當(dāng)降低評(píng)定值；③表中房屋為單層或數(shù)層、未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)或未加固的磚混合磚木房屋。對(duì)于質(zhì)量特別差或特別好的房屋，可根據(jù)具體情況，對(duì)表中各烈度相應(yīng)的震害程度和震害指數(shù)予以提高或降低；④平均震害指數(shù)可以在調(diào)查區(qū)域內(nèi)用普查或隨機(jī)抽查的方法確定；⑤在農(nóng)村可以自然村為單位，在城鎮(zhèn)可以分區(qū)進(jìn)行烈度的評(píng)定，面積以1km2為宜；⑥凡有地面強(qiáng)震記錄資料的地方，表列物理參量可作為綜合評(píng)定烈度和制定建設(shè)工程抗震設(shè)防要求的依據(jù)。1.2地震度量1.2.3基本烈度基本烈度是指該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)(一般是指50年)，在一般場(chǎng)地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度。它是一個(gè)地區(qū)進(jìn)行抗震設(shè)防的依據(jù)。在建筑物的設(shè)計(jì)使用壽命期限內(nèi)，會(huì)遭遇到不同頻度和強(qiáng)度的地震，從安全性和經(jīng)濟(jì)性的綜合協(xié)調(diào)考慮，建筑物對(duì)這些地震應(yīng)具有不同的抗震能力。具體來說，建筑結(jié)構(gòu)在遭受到對(duì)于發(fā)生可能性較大而強(qiáng)度較小的地震，結(jié)構(gòu)不損壞；要求在遭受到對(duì)于發(fā)生可能性較小而強(qiáng)度較大的地震，結(jié)構(gòu)可以損壞，但是任何情況下不應(yīng)該倒塌。根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析，一般認(rèn)為我國(guó)地震烈度的概率密度函數(shù)符合極值III型分布，如圖1.4所示，即1.2地震度量圖1.4三種烈度關(guān)系示意圖1.2地震度量

(1-5)其分布函數(shù)為

(1-6)式中：——地震烈度上限值，取=12；

Im——眾值烈度(或稱為多遇烈度)，即烈度概率密度函數(shù)曲線上峰值上所對(duì)應(yīng)的烈 度，即峰值烈度，不同的地震區(qū)內(nèi)Im不同，可以通過統(tǒng)計(jì)得到；

I——地震烈度；

k——形狀參數(shù)。從概率意義上講，小震是發(fā)生概率最大的地震，也就是烈度概率密度函數(shù)分布曲線上的峰值對(duì)應(yīng)的多遇烈度。1.2地震度量1.3地震活動(dòng)1.3.1世界地震活動(dòng)根據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上每年平均發(fā)生500萬次左右的地震。其中，5級(jí)以上的強(qiáng)烈地震約1000次左右。震級(jí)在7級(jí)以上，震中烈度在9度以上的大地震每年發(fā)生10余次，對(duì)于震級(jí)在8級(jí)以上的特大地震，全世界每年大約1次左右。表1-5為20世紀(jì)以來死亡人數(shù)不少于10000人的地震統(tǒng)計(jì)資料。續(xù)表時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)死亡人數(shù)(人)1905年4月4日印度8.6190001905年4月4日阿富汗8.620001907年10月21日塔吉克斯坦8.0120001907年10月21日烏茲別克斯坦7.812000續(xù)表時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)死亡人數(shù)1908年2月意大利7.5750001908年12月28日意大利7.51100001915年1月13日意大利7.5300001917年1月21日印度尼西亞-150001918年2月13日中國(guó)7.3100001920年12月16日中國(guó)8.61000001923年9月1日日本8.3100000表1-520世紀(jì)以來死亡人數(shù)超過10000人的地震統(tǒng)計(jì)資料1.3地震活動(dòng)1927年5月22日中國(guó)8.32000001932年12月25日中國(guó)7.6700001933年8月25日中國(guó)7.4100001934年1月15日印度8.4107001935年5月30日巴基斯坦7.5300001939年1月25日智利8.3280001939年12月26日土耳其7.9327001948年10月5日土庫(kù)曼斯坦7.3198001960年2月29日摩洛哥5.8120001962年9月1日伊朗7.3122251968年8月31日伊朗7.3121001.3地震活動(dòng)1970年5月31日秘魯7.8667941974年5月10日中國(guó)6.8200001975年2月4日中國(guó)7.4100001976年2月4日危地馬拉7.5227781976年7月28日中國(guó)7.82420001978年9月16日伊朗7.4250001980年10月10日阿爾及利亞7.7110001988年12月7日前蘇聯(lián)6.8250001990年6月20日伊朗7.7500001999年8月17日土耳其7.8156372001年1月26日印度8.0200051.3地震活動(dòng)破壞性地震并不是均勻地分布于地球的各個(gè)部位。根據(jù)地震的歷史資料，將地震發(fā)生的地點(diǎn)和強(qiáng)度在地圖上標(biāo)志出來，也就是繪制震中分布圖。從圖上可以看到，在地球上震中的分布是沿一定深度和規(guī)律地集中在某些特定的大地構(gòu)造部位，總體呈帶狀分布。通常可以劃分出四條全球規(guī)模的地震活動(dòng)帶。其中環(huán)太平洋地震帶和地中?！柴R拉雅地震帶是世界上兩條主要的地震活動(dòng)帶。1.3地震活動(dòng)1.環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶全長(zhǎng)達(dá)到35000多千米，地震活動(dòng)極為強(qiáng)烈，是地球上最主要的地震帶。該地震帶釋放的能量占全部地震能量的75%以上，全世界約80%的淺源地震，90%的中源地震和幾乎所有的深源地震都集中在此。它北起太平洋北部的阿留申群島，分東西兩支沿太平洋東西兩岸向南延伸。環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶的東支經(jīng)阿拉斯加、加拿大、美國(guó)西海岸、墨西哥、中美洲后直下南美洲。環(huán)太平洋地震活動(dòng)帶構(gòu)造系基本上是大洋巖石圈與大陸巖石圈相聚合的邊緣構(gòu)造系。2.地中?！柴R拉雅地震活動(dòng)帶地中海—喜馬拉雅地震活動(dòng)帶西起大西洋中的亞速爾群島，經(jīng)地中海、土耳其、伊朗，抵達(dá)帕米爾，沿喜馬拉雅山東行，穿過中南半島西緣，直到印度尼西亞的班達(dá)海與太平洋地震帶西支相接，總長(zhǎng)20000多千米，因其穿過歐亞兩大洲，因此也稱為歐亞地震帶。除太平洋地震帶外幾乎所有的中源地震和大的淺源地震都發(fā)生在此帶內(nèi)。釋放能量占全部地震能量的15%左右。1.3地震活動(dòng)1.3.2中國(guó)地震活動(dòng)1.中國(guó)大陸地震帶分布特點(diǎn)根據(jù)板塊構(gòu)造學(xué)說，中國(guó)位于歐亞板塊的東南端，東接太平洋板塊，南鄰印澳板塊。我國(guó)是世界上地震較多的國(guó)家之一。我國(guó)境內(nèi)的地震分布具有條帶分布的特點(diǎn)，地震活動(dòng)主要分布在5個(gè)地區(qū)的23條地震帶上。這5個(gè)地區(qū)是：①臺(tái)灣省及其附近海域；②西南地區(qū)，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地區(qū)，主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓；④華北地區(qū)，主要在太行山兩側(cè)、汾渭河谷、陰山—燕山一帶、山東中部和渤海灣；⑤東南沿海的廣東、福建等地。我國(guó)的臺(tái)灣省位于環(huán)太平洋地震帶上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省區(qū)位于地中海—喜馬拉雅地震帶上，其他省區(qū)處于相關(guān)的地震帶上。中國(guó)地震帶的分布是制定中國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)的重要依據(jù)。2.我國(guó)的地震記錄我國(guó)歷史文化悠久，地震歷史資料豐富，最早有文字可考的地震災(zāi)害記錄可以追溯到4500年以前。表1-6為我國(guó)各省歷史上1955年以前地震歷史資料的統(tǒng)計(jì)情況。1.3地震活動(dòng)表1-6我國(guó)各省1955年以前地震歷史資料統(tǒng)計(jì)表省份起止年代/年地震次數(shù)省份起止年代/年地震次數(shù)河北前231～1954761(87)湖南288～1934184(17)山東前618～1948566(38)湖北前143～1935303(23)山西前466～1948590(98)江西318～1932218(13)河南前159～1942458(46)廣東288～1936601(30)陜西前1177～1936403(62)廣西288～1936184(13)甘肅前1193～1954618(125)福建866～1936359(23)1.3地震活動(dòng)續(xù)表省份起止年代/年地震次數(shù)省份起止年代/年地震次數(shù)新疆1916～194727(20)臺(tái)灣1661～195184(46)青海138～193721(10)浙江288～1935356(11)西藏1893～195430(13)江蘇前179～1749635(26)四川前26～1955396(58)遼寧294～1943157(16)云南前26～1954652(165)吉林2～194137(0)貴州1308～1937101(8)黑龍江1137～194115(2)安徽前179～1957301(22)內(nèi)蒙前7～195371(32)1.3地震活動(dòng)3.我國(guó)地震活動(dòng)特點(diǎn)我國(guó)境內(nèi)發(fā)生的地震，大多數(shù)屬于淺源地震，震源深度在東部較淺，西部較深。這種地震震源深度的分布與我國(guó)的西高東低的地勢(shì)相關(guān)。4.中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖地震烈度區(qū)劃圖不僅標(biāo)識(shí)了不同地區(qū)的地震歷史震害，也給出了各地區(qū)未來地震活動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)于工程結(jié)構(gòu)抗震具有重要的指導(dǎo)意義。建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是衡量建筑抗震設(shè)防要求的尺度，它是由抗震設(shè)防烈度和建筑使用功能的重要性來確定的。抗震設(shè)防烈度是指按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)的，作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。一般情況下，抗震設(shè)防烈度可以采用中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖的地震基本烈變，或采用與GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》涉及基本地震加速度對(duì)應(yīng)的地震烈度。1.3地震活動(dòng)1.4地震災(zāi)害地裂縫強(qiáng)烈的地震發(fā)生時(shí)，地面斷層將達(dá)到地表，從而改變地形和地貌。地表的豎向錯(cuò)動(dòng)將形成懸崖峭壁，地表大的水平位移將產(chǎn)生地面的錯(cuò)動(dòng)、擠壓、扭曲。地裂縫將造成地面工程結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，使得公路中斷、鐵軌扭曲、橋梁斷裂、房屋破壞、河流改道、水壩受損等。地裂縫是地震時(shí)最常見的地表破壞，地裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)短、深淺等與地震的強(qiáng)烈程度、地表情況、受力特征等因素有關(guān)。主要有兩種類型：一種是強(qiáng)烈地震時(shí)由于地下斷層錯(cuò)動(dòng)延伸到地表而形成的裂縫，稱為構(gòu)造地裂縫，這類裂縫與地下斷層帶的走向一致，一般規(guī)模較大，形狀比較規(guī)則；另一種地裂縫是在故河道、湖河岸邊、陡坡等土質(zhì)松軟地方產(chǎn)生的地表交錯(cuò)裂縫，規(guī)模較小，形狀大小各不相同。噴砂冒水當(dāng)?shù)叵滤惠^高、砂層埋深較淺的平原地區(qū)，特別是河流兩岸最低平的地方，地震時(shí)地震波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)使得地下水位急劇增加，地下水經(jīng)過地裂縫或土質(zhì)松軟的地方冒出地面，當(dāng)?shù)乇硗翆訛樯巴粱蚍弁習(xí)r，則夾帶著砂土或粉土一起冒出地面，形成噴砂冒水現(xiàn)象，實(shí)際上是砂土液化的表現(xiàn)。地表下沉在強(qiáng)烈地震作用下，在地下存在溶洞的地區(qū)或者由于人們的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的空洞如礦井或者地鐵等，強(qiáng)烈地震發(fā)生時(shí)，地面土體將會(huì)產(chǎn)生下沉，造成大面積陷落。河岸、陡坡滑坡在河岸、陡坡等地方，強(qiáng)烈的地震使得土體失穩(wěn)，造成塌方。淹沒農(nóng)田、村莊、堵塞河流，大面積塌方使得房屋倒塌。1.4.1地震中工程結(jié)構(gòu)的破壞工程結(jié)構(gòu)的破壞是造成人民生命財(cái)產(chǎn)損失的主要原因，其破壞可能是由于地基失效引起，也可能是由于上部結(jié)構(gòu)承載力不足形成的破壞或結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性造成。地震歷史資料表明，由于地基失效引起的工程結(jié)構(gòu)的破壞僅僅占結(jié)構(gòu)破壞的10%左右，其余90%是由于結(jié)構(gòu)承載力不足或喪失整體穩(wěn)定造成的。世界各國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都將主要精力集中在上部結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理的分析和研究上。1.4地震災(zāi)害1.4.2地震的次生災(zāi)害強(qiáng)烈地震除了引起結(jié)構(gòu)的破壞外，一般常常會(huì)引起其他一些次生災(zāi)害，如火災(zāi)、水災(zāi)、泥石流、海嘯、滑坡等。一般來說，地震本身造成的直接損失往往還小于由于地震所產(chǎn)生的次生災(zāi)害所造成的間接損失。所以，對(duì)地震災(zāi)害的預(yù)防應(yīng)強(qiáng)調(diào)其綜合性和連鎖性。1923年以來國(guó)內(nèi)外大地震概況見表1-7。1.4地震災(zāi)害時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)最大地面加速度及持續(xù)時(shí)間建筑震害特點(diǎn)1923.9.1日本關(guān)東7.9級(jí)—大火次生災(zāi)害嚴(yán)重，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞率比其他類型結(jié)構(gòu)小，一座8層鋼筋混凝土框架倒塌1940.11.10羅馬尼亞烏蘭恰地區(qū)7.4級(jí)—布加勒斯特一座13層鋼筋混凝土框架完全倒塌1948.6.28日本福井7.2級(jí)0.3g，延續(xù)到30s以上一座8層鋼筋混凝土框架毀壞1957.7.28墨西哥墨西哥城7.6級(jí)0.05g～0.1g，地面卓越周期2.5s左右5層以上建筑物震害較大，11～16層損壞率最高。55座8層以上建筑物中，11座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞。兩座23～42層建筑無損表1-71923年以來國(guó)內(nèi)外大地震概況*1.4地震災(zāi)害1963.7.26南斯拉夫斯普科里6級(jí)沖擊性地震，持續(xù)時(shí)間短，最大加速度估計(jì)為0.3g4層以下磚結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，13～14層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)僅有部分受害。凡是各層都有維護(hù)墻的框架結(jié)構(gòu)破壞輕，凡是上層有填充墻而底層無填充墻的框架破壞嚴(yán)重1964.3.27美國(guó)阿拉斯加8.4級(jí)持時(shí)2.5min～4min，估計(jì)地面卓越周期0.5s，地面加速度0.4g大多數(shù)建筑經(jīng)抗震設(shè)防，但地面加速度比規(guī)范大好幾倍。長(zhǎng)周期影響突出，高層破壞多，28座預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土建筑中，6座嚴(yán)重破壞，其中四層大樓完全倒塌

續(xù)表時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)最大地面加速度及持續(xù)時(shí)間建筑震害特點(diǎn)1964.7.5日本新瀉7.4級(jí)加速度0.16g，持續(xù)時(shí)間2.5min主要由砂土液化引起震害，44%建筑受到程度不同的破壞，一棟4層公寓傾倒80°，一棟4層商店傾倒19°，且下沉1.5m。有地下室和有樁基礎(chǔ)的建筑物很少破壞1.4地震災(zāi)害1967.7.29委內(nèi)瑞拉加拉加斯6.5級(jí)在LosPalos區(qū)，地面加速度0.06g～0.08g，地面卓越周期0.2s～1s在Caraballeda區(qū)，地面加速度0.1g～0.3g烈度不高，但高層建筑損壞很多。沖積層厚度超過160m的地區(qū)，高層建筑破壞率急劇上升，在巖石或淺沖積層上，高層建筑大部分未損壞1968.5.16日本十繩沖7.9級(jí)最大加速度0.8g～0.28g持續(xù)時(shí)間80s鋼筋混凝土柱破壞較多，其中短柱剪壞現(xiàn)象突出，引起對(duì)短柱的注意。開始進(jìn)行研究1971.7.9美國(guó)圣菲南多6.6級(jí)最大加速度0.1g～0.2g取得200多個(gè)強(qiáng)震記錄，測(cè)得20層高層建筑頂部最大加速度是地面加速度的1.5～2倍。3座高層建筑(14、38、42層)有輕微損壞，Olive-View醫(yī)院破壞具有典型性1972.12.22尼加拉瓜馬那瓜6.5級(jí)震中靠近馬那瓜0.2g加速度振動(dòng)持續(xù)了5s70%以上建筑物倒塌或嚴(yán)重?fù)p壞，3座鋼筋混凝土高層建筑損壞，具有典型意義，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞很大1975.4.21日本大分6.4級(jí)最大加速度東西向：0.39g南北向：0.049g豎向：0.028g無高層建筑。在同一建筑中長(zhǎng)短柱混合，會(huì)加劇建筑物損壞。地基變形、沉陷造成建筑物損壞1.4地震災(zāi)害1977.3.5羅馬尼亞布加勒斯特7.2級(jí)持續(xù)時(shí)間80s，18s以前以豎向振動(dòng)為主33座高層框架結(jié)構(gòu)倒塌，其中31座為舊建筑，多數(shù)剛度不均勻，2座新建筑都是底層商店、上層住宅建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)僅有一座11層建筑由于施工質(zhì)量不好而倒塌，剪力墻結(jié)構(gòu)破壞率小1978.2.20日本宮成沖6.7級(jí)大部分建筑未按抗震設(shè)計(jì)，與十繩沖地震破壞相似。8層以下建筑破壞多，仙臺(tái)市3座8～9層SRC結(jié)構(gòu)短柱、窗間墻、窗下墻破壞嚴(yán)重1978.6.12日本宮成沖7.5級(jí)東北大學(xué)9層建筑記錄地面加速度0.25g同上。3～6層框架結(jié)構(gòu)底層柱剪壞，7～9層框架結(jié)構(gòu)中未經(jīng)計(jì)算的現(xiàn)澆鋼筋混凝土外墻剪切裂縫多，長(zhǎng)柱基本無破壞1.4地震災(zāi)害時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)最大地面加速度及持續(xù)時(shí)間建筑震害特點(diǎn)1976.7.28中國(guó)唐山7.8級(jí)烈度為震中唐山：11豐南：10寧河、漢沽：8.5塘沽、天津：8北京：6.5震中區(qū)磚石混合結(jié)構(gòu)全部倒塌。塘沽一座13層框架倒塌，天津一座11層框架填充墻破壞嚴(yán)重，個(gè)別角柱損壞，北京高層建筑碰撞較多。有剪力墻的高層建筑和輕抗震設(shè)計(jì)的建筑破壞少1978.6.20希臘薩洛尼卡6.5級(jí)最大加速度縱向：0.148g橫向：0.16g豎向：0.13g卓越周期：0.3s～0.6s嚴(yán)重震害區(qū)域在軟土沖積層上。底層剛度小的建筑震害嚴(yán)重，具有剪力墻的建筑震害輕。許多建筑在兩端破壞，沒有縫的建筑物震害輕微。20%建筑物有非結(jié)構(gòu)性破壞1985.9.19墨西哥墨西哥城8.1級(jí)墨西哥城震中距350km地震持續(xù)時(shí)間60s，其中超過0.1g的振動(dòng)有20s，最大為0.18g。26s以后又有一次能量釋放。卓越周期2s軟土沖積層卓越周期長(zhǎng)，引起類共振，造成10～20層建筑物破壞嚴(yán)重，30～40層建筑物基本無破壞。板柱結(jié)構(gòu)倒塌很多，設(shè)計(jì)地震力太小1988.12.7亞美尼亞斯皮達(dá)克6.8級(jí)震中為Spitak，在首都北80km，震源深5km～20km。Leninakan的土壤軟，僅25%建筑物得以保存震中區(qū)大部分4～5層砌體及空心板建筑沒有水平及豎向連結(jié)而倒塌。其他城市預(yù)制鋼筋混凝土框～剪力墻結(jié)構(gòu)(其中有9層)倒塌較多，因?yàn)榈卣鹆Ρ仍O(shè)計(jì)大4倍，未設(shè)計(jì)延性框架，預(yù)制空心板上無現(xiàn)澆層，鋼筋搭接不夠等原因1.4地震災(zāi)害1989.10.17美國(guó)洛馬普里埃塔7.1級(jí)持續(xù)時(shí)間15s，有感范圍近100萬km2，震中地面加速度0.64g(水平)0.66g(豎向)，Oklan地區(qū)地面加速度0.08g～0.29g1996年以來最大地震，地面變形嚴(yán)重。建筑破壞較大的是距震中90km處的舊金山灣區(qū)，主要是軟土地基造成多層砌體建筑破壞。海灣大橋及Oklan地區(qū)雙層高速公路破壞嚴(yán)重1994.1.17美國(guó)北嶺6.8級(jí)震中以南7km處記錄地震加速度峰值為1.82g(水平)和1.18g(豎向)，洛杉磯市距離震中36km，記錄地震水平加速度峰值為0.5g。震動(dòng)約60s，其中10s～30s為強(qiáng)烈震動(dòng)城市人口密集地區(qū)的較大地震，建筑損壞及經(jīng)濟(jì)損失大。未經(jīng)延性設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架柱被剪壞，按現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的一幢停車庫(kù)被破壞。鋼結(jié)構(gòu)沒有倒塌，表面未發(fā)現(xiàn)問題，但經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)許多鋼梁和鋼柱焊接節(jié)點(diǎn)開裂，嚴(yán)重威脅建筑安全，這個(gè)現(xiàn)象引起廣泛關(guān)注，引發(fā)梁柱節(jié)點(diǎn)研究改進(jìn)的熱潮1.4地震災(zāi)害時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)最大地面加速度及持續(xù)時(shí)間建筑震害特點(diǎn)1995.1.17日本阪神7.2級(jí)震中位于神戶附近海峽，深20km神戶烈度11°，地面加速度水平：0.818g0.617g豎向：0.332g持時(shí)：15s～20s卓越周期：0.8s～1s神戶震害嚴(yán)重，震害集中在舊式木結(jié)構(gòu)，不規(guī)則或質(zhì)量差的建筑，特別是底層空曠的住宅破壞嚴(yán)重，有些建筑的中間樓層整層塌落，形成中間薄弱層破壞。按新抗震標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的建筑或經(jīng)過審查的高層建筑基本沒有損壞1999.9.21中國(guó)臺(tái)灣集集7.6級(jí)震中在南投縣集集鎮(zhèn)東北方向4.5km處，震源深度8km中部斷層長(zhǎng)83km，地表錯(cuò)動(dòng)最大為垂直11m，水平10m。最大加速度0.989g，震動(dòng)延時(shí)25s南投建筑破壞嚴(yán)重，全縣186所中、小學(xué)，全毀30所。臺(tái)北也有許多建筑物破壞。特別是民居建筑破壞較多1999.8.17土耳其7.4級(jí)震中在伊斯坦布爾以東90km處在900km長(zhǎng)的NorthAnatolian斷層上發(fā)生斷裂，震中地表高差2.3m4～7層框架結(jié)構(gòu)破壞和倒塌多，地基液化影響大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)箍筋不足，且錨固不夠。有剪力墻的建筑未見破壞*資料來源：方鄂華，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年8月1.4地震災(zāi)害1.5.1抗震設(shè)防的目的和要求工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目的就是在一定的經(jīng)濟(jì)條件下，最大限度地限制和減輕工程結(jié)構(gòu)的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，近年來許多國(guó)家和地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用了“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，我國(guó)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確提出了三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求，具體如下。第一水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，建筑物一般不受損害或不需修理仍可繼續(xù)使用。第二水準(zhǔn)：當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，建筑物可能損壞，但經(jīng)一般修理即可恢復(fù)正常使用。第三水準(zhǔn)：當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，建筑不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán)重破壞。1.5工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防

1.5.2建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同的建筑物，地震破壞所造成的后果不同。因此，有必要對(duì)不同用途的建筑物采取不同的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》將建筑物按其用途的重要性分為四類。甲類建筑：指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑。這類建筑的破壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，須經(jīng)國(guó)家規(guī)定的批準(zhǔn)權(quán)限批準(zhǔn)。乙類建筑：指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑。如抗震城市中生命線工程的核心建筑。城市生命線工程一般包括供水、供電、交通、消防、通信、救護(hù)、供氣、供熱等系統(tǒng)。丙類建筑：指一般建筑，包括除甲、乙、丁類建筑以外的一般工業(yè)與民用建筑。丁類建筑：指次要建筑，包括一般的倉(cāng)庫(kù)、人員較少的輔助建筑物等。各抗震設(shè)防類別建筑的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)符合下列要求。1.5工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防(1)甲類建筑。地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定?？拐鸫胧寒?dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)設(shè)震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。(2)乙類建筑。地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。抗震措施：一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。對(duì)較小的乙類建筑，當(dāng)其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時(shí)，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施。(3)丙類建筑。地震作用和抗震措施均應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。(4)丁類建筑。一般情況下，地震作用仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求?？拐鸫胧?yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低。抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，除GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》有具體規(guī)定外，對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。1.5工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.5.3建筑抗震設(shè)計(jì)方法在進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足上述三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求。我國(guó)通過簡(jiǎn)化的兩階段設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)。(1)第一階段設(shè)計(jì)：采用第一水準(zhǔn)烈度的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力等荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求；同時(shí)，采用同一地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值；另外，采用相應(yīng)的抗震結(jié)構(gòu)措施，保證結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的延性、變形能力和塑性耗能能力，從而自動(dòng)滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。(2)第二階段設(shè)計(jì)：采用第三水準(zhǔn)烈度的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角，滿足規(guī)定的要求，并采取必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。1.5工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1.6習(xí)題1.什么是地震波？地震波包含哪幾種波？2.什么是地震震級(jí)？什么是地震烈度？3.什么是多遇地震？什么是罕遇地震？4.建筑物的抗震設(shè)防類別分為哪幾類？

第2章

建筑抗震概念設(shè)計(jì)

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教學(xué)提示：地震及其影響有其不確定性，結(jié)構(gòu)計(jì)算也有其不準(zhǔn)確性。建筑結(jié)構(gòu)的抗震問題不可能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”，而必須強(qiáng)調(diào)“概念設(shè)計(jì)”。

教學(xué)要求：本章讓學(xué)生了解建筑抗震設(shè)計(jì)的主要概念，包括場(chǎng)地選擇、建筑平立面的確定、結(jié)構(gòu)及體系等。

地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，以現(xiàn)有的科技水平，難以預(yù)估實(shí)際地震的發(fā)生時(shí)間、空間和強(qiáng)度?？拐鹪O(shè)防的依據(jù)是一個(gè)地區(qū)的設(shè)防烈度，而由于統(tǒng)計(jì)分析的歷史地震資料數(shù)量有限，以及地震地質(zhì)背景不夠清楚，在一個(gè)地區(qū)發(fā)生超過設(shè)防烈度的地震是完全可能的。同一個(gè)建筑場(chǎng)地的地面運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，隨著震源機(jī)制、震級(jí)大小、震中距和傳播路徑中土層性質(zhì)的不同，也不是恒定不變的；不同性質(zhì)的地面運(yùn)動(dòng)對(duì)建筑物的破壞作用也不同。因此，地震及其影響有其不確定性。在結(jié)構(gòu)分析方面，由于不可能完全、充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)、特別是結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性以后材料的非彈性性質(zhì)、阻尼變化等因素，結(jié)構(gòu)計(jì)算也有其不準(zhǔn)確性。所以，建筑結(jié)構(gòu)的抗震問題不可能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”而必須強(qiáng)調(diào)“概念設(shè)計(jì)”。所謂建筑抗震概念設(shè)計(jì)(SeismicConceptDesignofBuildings)，是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。概念設(shè)計(jì)的依據(jù)是震害和工程經(jīng)驗(yàn)所形成的基本設(shè)計(jì)原則和思想，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括建筑體形、結(jié)構(gòu)體系布置和抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)等，也就是除了“計(jì)算設(shè)計(jì)”以外的所有抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容均屬于“概念設(shè)計(jì)”的范疇。概念設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的基本原則，在建筑場(chǎng)地選擇、建筑體形(平、立面)、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等方面綜合考慮，在總體上消除建筑中的薄弱環(huán)節(jié)，再加上必要的計(jì)算和抗震構(gòu)造措施，使得所設(shè)計(jì)出的建筑具有良好的抗震性能?！?.1場(chǎng)地的選擇

●2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

●2.3抗震結(jié)構(gòu)體系

●2.4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件

●2.5結(jié)構(gòu)材料與施工

●2.6習(xí)題本章內(nèi)容2.1場(chǎng)地的選擇

地震災(zāi)害表明，建筑的破壞，不僅與建筑本身的抗震性能有關(guān)，還與建筑物所在場(chǎng)地條件有關(guān)。最直觀的經(jīng)驗(yàn)是，每次地震后震害往往有高烈度地震區(qū)出現(xiàn)低烈度震害異常區(qū)，而低烈度地震區(qū)出現(xiàn)高烈度震害異常區(qū)。1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震，不同覆蓋土厚度地區(qū)，不同高度的房屋倒塌率有很大差異；1985年墨西哥地震距離震中400多千米的墨西哥城中房屋的破壞，比震中區(qū)的破壞更嚴(yán)重。如圖2.1所示為唐山地震等烈度線，圖中8度區(qū)中出現(xiàn)了7度和9度異常區(qū)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，主要是與該區(qū)域的地形、工程地質(zhì)和水文條件有關(guān)。2.1場(chǎng)地的選擇

相應(yīng)地，我們?cè)谶x擇建筑場(chǎng)地時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料、對(duì)抗震有利、不利和危險(xiǎn)地段作出綜合評(píng)價(jià)。對(duì)抗震有利的地段，指的是穩(wěn)定基巖、堅(jiān)硬土，開闊、密實(shí)、均勻的中硬土等。對(duì)抗震不利的地段，為軟弱土、液化土，條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層(如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半挖半填地基)等。抗震危險(xiǎn)地段，是指地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯(cuò)的部位。2.1場(chǎng)地的選擇圖2.1唐山地震等烈度線

一般認(rèn)為，當(dāng)局部地形(如條狀突出的山嘴、孤立的山丘等)高差大于30m～50m時(shí)，位于高處的建筑的震害會(huì)加重。如1920年海原地震中，位于渭河谷地的姚莊烈度為7度，而2km以外的牛家莊因處于高于百米的黃土梁上，烈度竟達(dá)到9度；海城地震，在大石橋盤龍山高差58m的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)上收到的強(qiáng)余震加速度記錄表明，孤立突出地形上的地面最大加速度，比坡腳平地上的加速度平均大1.84倍。依據(jù)宏觀震害調(diào)查的結(jié)果和對(duì)不同地形條件和巖土構(gòu)成的形體所進(jìn)行的二維地震反應(yīng)分析結(jié)果所反映的總趨勢(shì)，大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：①高突地形距離基準(zhǔn)面的高度愈大，高處的反應(yīng)愈強(qiáng)烈；②離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離愈大，反應(yīng)相對(duì)減小；③從巖土構(gòu)成方面看，在同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大；④高突地形頂面愈開闊，遠(yuǎn)離邊緣的中心部位的反應(yīng)明顯減小；⑤邊坡愈陡，其頂部的放大效應(yīng)相應(yīng)加大。2.1場(chǎng)地的選擇基于以上變化趨勢(shì)，以突出地形的高差H和與之相對(duì)應(yīng)的平均坡降H/L，以及場(chǎng)址距突出地形邊緣的相對(duì)距離L1與相對(duì)高度H的比值L1/H為參數(shù)，歸納出各種地形的地震力放大作用如下。

(2-1)式中：——局部突出地形頂部的地震影響系數(shù)的放大系數(shù)；

——局部突出地形地震動(dòng)參數(shù)的增大幅度，按表2-1采用;——附加調(diào)整系數(shù)，與建筑場(chǎng)地離突出臺(tái)地邊緣的距離L1與相對(duì)高差H的比值有關(guān)。當(dāng)L1/H<2.5時(shí)，可取1.0；當(dāng)2.5≤L1/H＜5時(shí)，可取0.6；當(dāng)L1/H≥5時(shí)，可取0.3。L、L1均按距離場(chǎng)地的最近點(diǎn)考慮。2.1.1地形的影響2.1場(chǎng)地的選擇突出地形的高度(H)非巖質(zhì)地層H＜55≤H＜1515≤H＜25H≥25巖質(zhì)地層H＜2020≤H＜4040≤H＜60H≥60局部突出臺(tái)地邊緣的側(cè)向平均坡降(H/L)H/L

<0.300.10.20.30.3≤H/L<0.60.10.20.30.40.6≤H/L<1.00.20.30.40.5H/L≥1.00.30.40.50.6表2-1局部突出地形地震影響系數(shù)的增大幅度

當(dāng)需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時(shí)，除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應(yīng)估計(jì)不利地段對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，其地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以上述增大系數(shù)。其值可根據(jù)不利地段的具體情況確定，但不宜大于1.6。2.1場(chǎng)地的選擇2.1.2工程地質(zhì)和水文條件的影響

工程地質(zhì)和水文條件的影響主要體現(xiàn)在場(chǎng)地土堅(jiān)硬程度、覆蓋層厚度(土層的性質(zhì)、厚度)、場(chǎng)地自振周期和粉、砂土的液化等方面。場(chǎng)地覆蓋層厚度一般情況下是指地面至剪切波速大于500m/s的堅(jiān)硬土頂面的距離。國(guó)內(nèi)外多次大地震的經(jīng)驗(yàn)表明：柔性建筑，厚土層上的震害重，薄土層上的震害輕。如委內(nèi)瑞拉1967年加拉加斯6.4級(jí)地震，調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)土層厚度超過160m時(shí)，10層以上房屋的破壞率顯著增高，10～14層房屋的破壞率，約為薄土層的3倍，14層以上房屋，破壞率的相對(duì)比值更上升到8倍。強(qiáng)震記錄的分析結(jié)果，更給出地震剪力與土層厚度關(guān)系的定量數(shù)據(jù)。如圖2.3所示為1967年加拉加斯地震的房屋底部地震剪力與土層厚度的分析結(jié)果，圖2.3中N為房屋層數(shù)，從圖中可以看出，房屋基底最大地震剪力FE隨土層厚度的增大而急劇上升。

2.1場(chǎng)地的選擇

場(chǎng)地土是指場(chǎng)地范圍內(nèi)的地基土，深度一般為地面以下15m。地震時(shí)建筑物的破壞，主要使地震剪切波(橫波)向地表傳遞巨大能量引起地面振動(dòng)所造成。震害調(diào)查結(jié)果表明，場(chǎng)地土剛性(堅(jiān)硬程度)大小不同，使其上建筑的震害程度出現(xiàn)很大差異。一般來說，地基土剛性大，房屋破壞輕，反之，破壞重。從地震記錄也可以看出，不同剛性的場(chǎng)地土的地震動(dòng)強(qiáng)度，差異也很大。表2-2為1985年墨西哥地震不同場(chǎng)地土上記錄到的地震動(dòng)參數(shù)。表中可以看出，古湖床軟土上的地震動(dòng)參數(shù)，與硬土的相比較，加速度約增加4倍，速度增加5倍，位移增加1.3倍，結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度增加9倍。2.1場(chǎng)地的選擇

圖2.2結(jié)構(gòu)破壞率與覆蓋土層厚度的關(guān)系

圖2.3底部剪力與土層厚度的關(guān)系

2.1場(chǎng)地的選擇表2-2墨西哥市區(qū)不同場(chǎng)地土的地震動(dòng)參數(shù)場(chǎng)地土類型水平地震動(dòng)參數(shù)結(jié)構(gòu)（阻尼比5%）最大反應(yīng)加速度/g加速度/g速度/(cm/s)位移/cm巖石0.03960.12硬土0.041090.10軟硬土過渡區(qū)0.111270.16軟土(古湖床)0.2061211.022.1場(chǎng)地的選擇

從地震記錄可以清楚地看出，一個(gè)場(chǎng)地的地面運(yùn)動(dòng)，一般存在一個(gè)破壞性最強(qiáng)的主振周期，如果建筑物的自振周期與這個(gè)卓越周期相等或相近，建筑物的破壞程度就會(huì)因共振而加重。地震動(dòng)的卓越周期又稱地震動(dòng)主導(dǎo)周期，它相當(dāng)于根據(jù)地震時(shí)某一地區(qū)地面運(yùn)動(dòng)記錄計(jì)算出來的反應(yīng)譜的主峰位置所對(duì)應(yīng)的周期。一個(gè)地區(qū)的地震動(dòng)的卓越周期是地震震源特性、傳播介質(zhì)和該地區(qū)場(chǎng)地條件的綜合產(chǎn)物，對(duì)于未來可能發(fā)生的地震，要正確預(yù)測(cè)它的波形是很難做到的，然而對(duì)于某一工程場(chǎng)址的地震動(dòng)卓越周期，盡管隨震級(jí)大小和震中距遠(yuǎn)近而變化，卻因與該場(chǎng)址的場(chǎng)地土性質(zhì)存在著某種相關(guān)性，是可以大致估計(jì)的，一般可以利用場(chǎng)地的自振周期來估計(jì)地震動(dòng)卓越周期，即認(rèn)為場(chǎng)地的自振周期約為地震動(dòng)的卓越周期。2.1場(chǎng)地的選擇場(chǎng)地自振周期可以通過對(duì)地震剪切波在場(chǎng)地土中的傳播分析來確定。當(dāng)基巖內(nèi)有振幅為1、頻率為的正弦剪切波向上傳來時(shí)，可以得到如圖2.4所示的結(jié)果。圖中各參數(shù)如下。，其中分別為覆蓋層土的密度和剪切波速，分別為基巖的密度和剪切波速；dov為覆蓋層土的厚度，為覆蓋層振幅放大系數(shù)，其值等于地面振幅與基巖入射波之比。從圖2.4中可以看出，當(dāng)?shù)卣鸩◤牡叵聜鱽頃r(shí)，如果上層土質(zhì)比下層土軟(k＜1)，軟土將對(duì)地震波的振幅有放大作用，并且不同厚度的軟土層和土層的軟硬程度不同，對(duì)頻率不同的地震波的放大作用是不同的。圖2.4振幅放大系數(shù)與土層性質(zhì)的關(guān)系

2.1場(chǎng)地的選擇當(dāng)時(shí)，即

(2-2)此時(shí)，振幅放大系數(shù)將達(dá)到最大值。亦即地震波的某個(gè)諧波分量的周期恰好是該波穿過土層所需時(shí)間的4倍時(shí)，地面震動(dòng)將最顯著，該周期即為場(chǎng)地的自振周期。當(dāng)場(chǎng)地土為多層土?xí)r，場(chǎng)地自振周期為

(2-3)式中：為土層的等效剪切波速；式(2-2)及式(2-3)中土層的總厚度取覆蓋層厚度和20m的較小值。從公式可見，基巖上的覆蓋層越厚，則場(chǎng)地的自振周期越長(zhǎng)。場(chǎng)地的自振周期是場(chǎng)地的重要?jiǎng)恿μ匦灾唬诳拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使建筑物的自振周期避開場(chǎng)地的自振周期，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象。2.1場(chǎng)地的選擇

共振破壞，實(shí)質(zhì)上是建筑物在持續(xù)振動(dòng)下結(jié)構(gòu)變形的多次放大。因此，是否會(huì)發(fā)生共振破壞，除了建筑周期與地震動(dòng)卓越周期相近這一基本條件外，還取決于地震動(dòng)的循環(huán)次數(shù)，也就是強(qiáng)震的持續(xù)時(shí)間。所以，描述一次強(qiáng)震的地面運(yùn)動(dòng)，一般認(rèn)為可以用加速度峰值、地震動(dòng)主要周期、持續(xù)時(shí)間三個(gè)特性參數(shù)來表示。震級(jí)愈大，峰值加速度就高，持續(xù)時(shí)間就長(zhǎng)；場(chǎng)地覆蓋層愈厚、土質(zhì)愈軟、震中距愈遠(yuǎn)，地震動(dòng)主要周期(或稱特征周期)愈長(zhǎng)。從上述結(jié)果也可以看出，不同類別的土質(zhì)，具有不同的動(dòng)力特性，地震反應(yīng)亦隨之出現(xiàn)差異。因此，同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上，并且同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基。當(dāng)不可避免時(shí)，可以采用設(shè)置變形縫將建筑分為不同的結(jié)構(gòu)單元，或者仔細(xì)分析不同地基在地震下變形的差異以及上部結(jié)構(gòu)各部分地震反應(yīng)差異的影響，采取相應(yīng)的抗震措施。2.1場(chǎng)地的選擇

對(duì)于飽和松散的粉土和砂土，在強(qiáng)烈地震作用下，土顆粒有擠密的趨勢(shì)，孔隙水壓力急劇上升，而使土顆粒處于懸浮狀態(tài)，這樣，地基土就喪失了剪承載力，并出現(xiàn)噴水冒砂現(xiàn)象。其后果就是建筑物下沉或整體傾斜(如圖2.5所示)，房屋基礎(chǔ)的鋼筋混凝土樁折斷，地坪下沉或隆起，地下水池或油罐等地下結(jié)構(gòu)浮起。所以，當(dāng)建筑地基內(nèi)存在液化土層時(shí)，要根據(jù)建筑物的重要性和液化程度的不同，采取有效措施，完全消除或部分液化沉陷的影響。淤泥、淤泥質(zhì)土和軟弱黏性土等高壓縮性土，抗剪強(qiáng)度很低，在強(qiáng)烈地震作用下，絮狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，不僅壓縮變形增加，還會(huì)發(fā)生一定程度的剪切破壞，土體向兩側(cè)擠出，造成建筑物急劇沉降和傾斜。因此，對(duì)于軟弱黏性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土等地基，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)的措施。

2.1場(chǎng)地的選擇圖2.5地基失效引起結(jié)構(gòu)整體傾斜

2.1場(chǎng)地的選擇2.1.3避開抗震危險(xiǎn)地段

抗震的危險(xiǎn)地段與不利地段的主要差異體現(xiàn)在危險(xiǎn)地段在地震時(shí)場(chǎng)地、地基的穩(wěn)定性可能遭到破壞，建造在這類地段上的建筑物破壞是不易用工程措施加以解決的，或者所花代價(jià)極為昂貴。斷層是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，從對(duì)建筑物危害的角度來看，斷層可以分為發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層。工程上的發(fā)震斷裂主要為可能產(chǎn)生M≥5以上的地震斷裂，對(duì)一般建筑只考慮1.0萬年(全新世)以來的活動(dòng)過的斷裂，在此以前活動(dòng)過的斷裂不予考慮；對(duì)水電、核電等工程則考慮10萬年(晚更新世)以來的活動(dòng)過的斷裂，晚更新世以前活動(dòng)過的斷裂亦不予考慮。斷裂對(duì)工程上的影響主要指地震時(shí)老斷裂重新錯(cuò)動(dòng)直通地表，在地面產(chǎn)生位錯(cuò)。因?yàn)閲?guó)內(nèi)外多次地震中的破壞現(xiàn)象均說明，在小于8度區(qū)的地震區(qū)地面一般不產(chǎn)生斷裂錯(cuò)動(dòng)，故在地震設(shè)防烈度小于8度的地區(qū)可不考慮斷裂對(duì)工程的影響。2.1場(chǎng)地的選擇

如果基巖上覆蓋土層的厚度較大時(shí)，雖然地震時(shí)基巖老斷裂產(chǎn)生重新錯(cuò)動(dòng)，但由于覆蓋土層較厚，基巖錯(cuò)動(dòng)不會(huì)直通地表，此時(shí)也可以忽略發(fā)震斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地表建筑物的影響。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外地震宏觀地表地裂考察和北京市勘察設(shè)計(jì)研究院對(duì)發(fā)震斷裂上覆土層厚度對(duì)工程影響的專項(xiàng)研究，GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)，前第四紀(jì)基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m時(shí)，可忽略發(fā)震斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地表建筑物的影響。對(duì)不符合上述條件的情況，則建筑物應(yīng)避開主斷裂帶，其避讓距離不宜小于表2-3對(duì)發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。2.1場(chǎng)地的選擇

陡峭的山區(qū)，在強(qiáng)烈地震的震撼下，常發(fā)生巨石滾落、山體崩塌。1970年5月秘魯北部地震發(fā)生了一次特大塌方，塌體以每小時(shí)20km～40km的速度滑移了18km，一個(gè)市鎮(zhèn)全部被塌方掩埋，約2萬人喪生。所以在山區(qū)選址時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有山體崩塌、巨石滾落等潛在危險(xiǎn)時(shí)，不能建房。烈度抗震設(shè)防的類別甲乙丙丁8度專門研究300200—9度專門研究500300—

表2-3發(fā)震斷裂的最小避讓距離單位：m2.1場(chǎng)地的選擇1964年美國(guó)阿拉斯加地震，岸邊含有薄砂層透鏡體的黏土沉積層斜坡，因薄砂層的液化而發(fā)生大面積滑坡，土體支離破碎，地面起伏不平，如圖2.6所示。1968年日本十勝?zèng)_地震，一些位于光滑、濕潤(rùn)黏土薄層上面的斜坡土體，也發(fā)生了較大面積的滑移。因此，對(duì)于那些存在液化或潤(rùn)滑夾層的坡地，也應(yīng)視為抗震危險(xiǎn)地段。黏土層01020m標(biāo)高/m100-1020100-10砂透鏡體(a)地震前土層剖面圖2.6薄砂夾層液化引起的岸邊滑坡2.1場(chǎng)地的選擇

總之，在選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，宜選擇對(duì)抗震的有利地段，對(duì)不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時(shí)應(yīng)采取有效措施；而不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類建筑。(c)滑坡發(fā)生后20100-10液化砂20100-10(b)地震期間原地面破壞面滑坡后地面20100-1020100-102.1場(chǎng)地的選擇

建筑結(jié)構(gòu)的平、立面是否規(guī)則，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能具有最重要的影響，也是建筑設(shè)計(jì)首先遇到的問題。建筑物的平、立面布置的基本原則是：平面形狀規(guī)則、對(duì)稱，豎向質(zhì)量、剛度連續(xù)、均勻，避免樓板錯(cuò)層。這里的“規(guī)則”，包含了對(duì)建筑的平、立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，直至承載力分布等諸多要求。國(guó)內(nèi)外多次地震中均有不少震例表明，房屋體形不規(guī)則、平面上凸出凹進(jìn)，立面上高低錯(cuò)落，破壞程度比較嚴(yán)重；而簡(jiǎn)單、對(duì)稱的建筑的震害較輕。道理很清楚，簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)由于工程實(shí)際情況與結(jié)構(gòu)的計(jì)算假定符合程度較好，這樣計(jì)算結(jié)果就能夠較準(zhǔn)確地反映建筑在地震時(shí)的情況，相應(yīng)地容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng)，并可根據(jù)建筑的地震反應(yīng)，采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

地震區(qū)的建筑，平面形狀以正方形、矩形、圓形為好，正多邊形、橢圓形也是較好的平面形狀。但是在實(shí)際工程中，由于建筑用地、城市規(guī)劃、建筑藝術(shù)和使用功能等多方面要求，建筑物不可能都設(shè)計(jì)成正方形、圓形，必然會(huì)出現(xiàn)L形、T形、U形、H形等各種各樣的平面形狀。對(duì)于非方形、非圓形的建筑平面，也不一定就是不規(guī)則的建筑，只要不滿足表2-4規(guī)定的建筑物，就可以認(rèn)為是平面規(guī)則的建筑。不規(guī)則的類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)，大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%

樓板局部不連續(xù)

樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層表2-4平面不規(guī)則類型2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

對(duì)于結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，按剛性樓蓋計(jì)算，當(dāng)最大層間位移與其平均值的比值為1.2時(shí)，相當(dāng)于一端為1.0，另一端為1.45；當(dāng)比值為1.5時(shí)，相當(dāng)于一端為1.0，另一端為3.0。當(dāng)變形小的一端滿足規(guī)范的變形限值時(shí)，如果變形大的一端為小端的三倍，則不滿足要求，導(dǎo)致破壞，如圖2.7所示。圖2.7建筑結(jié)構(gòu)平面的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則示例y

，則屬扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，但應(yīng)使≤xO水平地震作用2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

為了保證樓板在平面內(nèi)有很大的剛度，同時(shí)為了防止建筑各部分之間振動(dòng)不同步，建筑平面的外伸段長(zhǎng)度應(yīng)盡可能小。局部外伸的尺寸過大，地震時(shí)容易造成局部破壞，如圖2.8所示。圖2.8建筑結(jié)構(gòu)平面的凹角和凸角不規(guī)則示例2.2.1建筑平面規(guī)則性2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

樓板開洞口過大，與剛性樓蓋的計(jì)算假定不符。若計(jì)算時(shí)不考慮樓蓋本身平面內(nèi)的變形，則開洞的薄弱部位抗側(cè)力構(gòu)件的受力計(jì)算值偏小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不安全。錯(cuò)層部位的短柱、矮墻均屬于不利于抗震的構(gòu)件，地震時(shí)很容易發(fā)生較嚴(yán)重的破壞，而且同一樓層內(nèi)豎向構(gòu)件的側(cè)向參差不齊，地震剪力的分配復(fù)雜變化，難以合理控制。這些都將引起抗震計(jì)算結(jié)果的不可靠性，使得抗震設(shè)計(jì)復(fù)雜化，如圖2.9所示。BBb<0.5BA0>0.3A

A=B·L(b)(c)圖2.9建筑結(jié)構(gòu)平面的局部不連續(xù)示例

(大開洞和錯(cuò)層)

2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

此外，平面的長(zhǎng)寬比不宜過大，平面長(zhǎng)度與寬度之比一般宜小于6，以避免兩端相距太遠(yuǎn)振動(dòng)不同步，由于復(fù)雜的振動(dòng)形態(tài)而使得結(jié)構(gòu)受到損壞。由于建筑平面是在建筑方案設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定了，因此為了使得建筑有較好的抗震性能，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在方案階段密切與建筑師配合，適當(dāng)調(diào)整建筑平面，也可能在滿足使用功能和建筑藝術(shù)的前提下，使結(jié)構(gòu)布置更合理。如圖2.10所示的平面，由于兩端樓電梯井斜放，整個(gè)建筑物沒有一個(gè)對(duì)稱軸，如圖2.10(a)所示；如果調(diào)整一端筒的方向，則有一條對(duì)稱軸，較為合理，如圖2.10(b)所示；進(jìn)一步調(diào)整兩個(gè)端筒的方向，則可得到雙軸對(duì)稱的平面布置，如圖2.10(c)所示，更為理想。同理，如圖2.11所示的魚形平面的辦公樓也可調(diào)整。2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

圖2.10平面布局的調(diào)整例一

圖2.11平面布局的調(diào)整例二2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

地震區(qū)建筑物的立面和豎向剖面同樣要求規(guī)則，外形幾何尺寸和建筑的側(cè)向剛度等沿豎向變化均勻。建筑的立面外形最好采用矩形、梯形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免出現(xiàn)過大的內(nèi)收或外挑的立面，如圖2.12所示。因?yàn)榱⒚嫘螤畹耐蝗蛔兓?，必然帶來質(zhì)量和側(cè)向剛度的劇烈變化，突變部位就會(huì)塑性變形集中效應(yīng)而加重破壞。圖2.12懸臂式建筑2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

除了建筑立面外形幾何尺寸的變化外，工程中經(jīng)常會(huì)由于要求大的室內(nèi)空間、層高變化等建筑使用功能的要求，而出現(xiàn)取消部分抗震墻或結(jié)構(gòu)柱的現(xiàn)象，這常出現(xiàn)在底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)或框筒的下部大柱距樓層，或頂層設(shè)置空曠的大房間而取消部分抗震墻或內(nèi)柱。這樣，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)在豎向的不規(guī)則。豎向的不規(guī)則的類型見表2-5。

不規(guī)則的類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%，除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%

豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)

豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁、桁架等)向下傳遞

樓層承載力突變

抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%

表2-5豎向不規(guī)則類型2.2.2建筑豎向的規(guī)則性2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

側(cè)向剛度不規(guī)則就是指?jìng)?cè)向剛度沿豎向產(chǎn)生突變，包括幾何尺寸突變，形成軟弱層，地震下的彈性位移有集中現(xiàn)象，在大震下彈塑性位移更顯著增大，如圖2.13所示。這里，側(cè)向剛度計(jì)算取樓層剪力除以層間位移。ui-i層層間位移Vi-i層剪力Ki=ViuiKi+1Ki圖2.13沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則示例(有軟弱層)2.2.2建筑豎向的規(guī)則性2.2建筑和結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

結(jié)構(gòu)抽柱、抽梁、抗震墻不落地，豎向構(gòu)件承擔(dān)的地震作用不能直接傳給基礎(chǔ)，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)坐落在軟硬差異極大的地基上，一旦水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件稍有破壞，則后果嚴(yán)重，如圖2.14所示。樓層的水平承載力沿高度突變，形成薄弱層，地震中首先破壞，剛度降低，變形增大并繼續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生明顯的彈塑性變形集中，一旦超過結(jié)構(gòu)的所有的變形能力，則整個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌，如圖2.15所示。圖2.14豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)示例圖2.15結(jié)構(gòu)出現(xiàn)