1、第第1章章 地震基礎知識與工程結構抗震設防地震基礎知識與工程結構抗震設防 地震是指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引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，地球上每天都在發生地震，一地震是一種自然現象，地球上每天都在發生地震，一年約有年約有500萬次。萬次。 其中約其中約5萬次人們可以感覺到；萬次人們可以感覺到； 能造成破壞的約有能造成破壞的約有1000次；次； 7級以上的大地震平均一年有十幾次。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目前記錄到的世界上最大地震是 8.9級，發生于級，發生于1960年年5

2、月月22日的智利地震。日的智利地震。 什么是地震？什么是地震？什么叫震源、震中、震中距？什么叫震源、震中、震中距？地球內部發生地震的地方叫地球內部發生地震的地方叫震源震源；震源在地面上的投影點稱為震源在地面上的投影點稱為震中震中；震中及其附近的地方稱為震中及其附近的地方稱為震中區震中區，也稱，也稱極震區極震區 ；從震中到地面上任何一點的距離稱為從震中到地面上任何一點的距離稱為震中距震中距。地震分類地震分類一一. .按地震成因分類按地震成因分類-天然地震包括構造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括構造地震、火山地震、陷落地震1.1.構造地震構造地震破壞性地震主要屬于構造地震。破壞性地震主要屬于構

3、造地震。據統計，構造地震約占世界地震總數的據統計，構造地震約占世界地震總數的90%以上。以上。 92%的地震發生在地殼中，的地震發生在地殼中， 其余的發生在地幔上部。其余的發生在地幔上部。 地震地震天然地震天然地震人工地震人工地震2.2.火山地震火山地震 由于火山作用，如巖漿活動、氣體爆炸等引起的地震稱由于火山作用，如巖漿活動、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為火山地震，這類地震只占全世界地震的7%左右。左右。 1914年日本櫻島火山爆發，產生的震動相當于一個年日本櫻島火山爆發，產生的震動相當于一個6.7級級地震。地震。 3.3.陷落地震陷落地震 由于地下溶洞或礦井頂

4、部塌陷而引起的地震稱為由于地下溶洞或礦井頂部塌陷而引起的地震稱為塌陷地震。這類地震的規模比較小，次數也很少。塌陷地震。這類地震的規模比較小，次數也很少。 人工地震人工地震 因人為因素直接造成的地震是人工地震。因人為因素直接造成的地震是人工地震。 如工業爆破、地下核爆炸造成的振動；如工業爆破、地下核爆炸造成的振動； 在深井中進行高壓注水在深井中進行高壓注水; ; 大水庫蓄水后增加了地殼的壓力也會誘發地震。大水庫蓄水后增加了地殼的壓力也會誘發地震。 1962年年3月月19日在廣東河源新豐江水庫壩區發生日在廣東河源新豐江水庫壩區發生了迄今我國最大的水庫誘發地震，震級為了迄今我國最大的水庫誘發地震，震

5、級為6.1級。級。 -天然地震包括構造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括構造地震、火山地震、陷落地震地震地震天然地震天然地震人工地震人工地震二二. .按震源深淺分類按震源深淺分類淺源地震淺源地震震源深度小于震源深度小于70千米的稱為淺源地震。千米的稱為淺源地震。 全世界全世界85%以上的地震都是淺源地震。以上的地震都是淺源地震。中源地震中源地震震源深度在震源深度在70至至300千米的稱為中源地震。千米的稱為中源地震。深源地震深源地震震源深度在震源深度在300千米以上的稱為深源地震。千米以上的稱為深源地震。 淺源地震波及范圍小，但破壞力大；深源地震波及范淺源地震波及范圍小，但破壞力大；深源地震

6、波及范圍大，但破壞力小。圍大，但破壞力小。 2002 2002年年6 6月月2929日晨日晨1 1：2020發生于吉林的發生于吉林的7.27.2級地震，震源深級地震，震源深度為度為540km540km，無破壞。，無破壞。 目前有記錄的最深震源達目前有記錄的最深震源達720公里。公里。地震分類地震分類 1960 1960年年2 2月月2929日發生于摩洛哥艾加迪爾城的日發生于摩洛哥艾加迪爾城的5.85.8級地震，級地震，深度為深度為3km3km。震中破壞極為嚴重，但破壞僅局限在震中。震中破壞極為嚴重，但破壞僅局限在震中8km8km內。內。地震波地震波地震波是地震發生時由震源地方的巖石破裂產生的彈

7、性波。地震波是地震發生時由震源地方的巖石破裂產生的彈性波。地震波分為體波和面波。地震波分為體波和面波。體波體波橫波（橫波（S S波）波）縱波（縱波（P P波）波）面波面波瑞利波瑞利波樂甫波樂甫波橫波特點橫波特點: :周期長、振幅大、周期長、振幅大、 波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s縱波特點縱波特點: :周期短周期短, ,振幅小振幅小, , 波速快波速快,200-1400m/s,200-1400m/s面波比體波衰減慢、振幅大、面波比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠。建筑物破壞周期長、傳播遠。建筑物破壞主要由面波造成。主要由面波造成。雜波雜波P P波開始波開始S S波開始

8、波開始面波開始面波開始圖示地震圖示地震P波波(縱波縱波)和和S波波(橫波橫波)運行時彈性運行時彈性巖石運動的形態巖石運動的形態 R R波波 L L波波 能量越大，震級就越大；震級相差一級，能量相差能量越大，震級就越大；震級相差一級，能量相差約約32倍；相差二級，能量相差倍；相差二級，能量相差10001000倍。倍。 反映一次地震本身大小的等級，用反映一次地震本身大小的等級，用M M表示表示AMlog式中式中A A表示標準地震儀距震中表示標準地震儀距震中100km100km紀錄的最大水平地紀錄的最大水平地動位移，單位為微米。動位移，單位為微米。ME5 . 18 .11log一個一個6 6級地震相

9、當于一個兩萬噸級的原子彈。級地震相當于一個兩萬噸級的原子彈。 能量能量E E的單位：爾格（的單位：爾格（1 1爾格爾格= = ）J7101945年8月，美國投到日本廣島的那顆原子彈重約4100公斤，直徑約71厘米，長約305厘米。核裝藥為鈾235，爆炸威力約為14000噸梯恩梯當量。微震微震- 2- 2級以下級以下 人感覺不到人感覺不到有感地震有感地震- 2-4- 2-4級級 人有感覺人有感覺破壞性地震破壞性地震- 5- 5級以上級以上 有破壞有破壞 強烈地震強烈地震- 7- 7級以上級以上 有破壞有破壞 特大地震特大地震- 8- 8級以上級以上 有破壞有破壞 由于震源深淺、震中距大小等不同，

10、地震造成由于震源深淺、震中距大小等不同，地震造成的破壞也不同。的破壞也不同。 震級大，破壞力不一定大；震級大，破壞力不一定大； 震級小，破壞力不一定就小。震級小，破壞力不一定就小。 一般而言，震級越大，烈度就越大。同一次地震，震中一般而言，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。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、影響烈度的因素，除了震級、震中距外，還與震源深度、地質構造和地基條件等因素有關。地質構造和地基條件等因素有關。 一次地震對某一地區的影響和破壞程度稱地震烈度，一次地震對某一地區的影響和破壞程度稱地震烈度，簡稱為烈度

11、。用簡稱為烈度。用I I表示。表示。地震烈度表是評定烈度的標準和尺度。地震烈度表是評定烈度的標準和尺度。我國在我國在19901990年制定了年制定了中國地震烈度表中國地震烈度表。中國地震烈度表中國地震烈度表將地震烈度分為將地震烈度分為1-121-12度。度。個別：個別：10%以下以下少數：少數：10%50%多數：多數：50%70%大多數：大多數：70%90%普遍：普遍：90%以上以上2/smmsmm/ 一個地區未來一個地區未來5050年內一般場地條件下可能遭受的具年內一般場地條件下可能遭受的具有有10%10%超越概率的地震烈度值稱為該地區的基本烈度。超越概率的地震烈度值稱為該地區的基本烈度。用

12、用I Ib b表示。表示。 相當于相當于475475年一遇的最大地震的烈度。年一遇的最大地震的烈度。 各地區的基本烈度由各地區的基本烈度由中國地震動參數區劃圖中國地震動參數區劃圖 （GB18306-2001)GB18306-2001)確定。確定。（下圖是原中國地震烈度區劃圖）（下圖是原中國地震烈度區劃圖）基本烈度也稱為偶遇烈度或中震烈度?；玖叶纫卜Q為偶遇烈度或中震烈度。中國地震烈度區劃圖中國地震烈度區劃圖 按國家規定的權限批準作為一個地區抗震設防依據按國家規定的權限批準作為一個地區抗震設防依據的地震烈度稱為設防烈度，用的地震烈度稱為設防烈度，用I Id d表示。）表示。）規范規定：一般情況下

13、，可采用規范規定：一般情況下，可采用中國地震動參數區劃圖中國地震動參數區劃圖中的地震基本烈度。對已編制抗震設防區劃的城市，可按中的地震基本烈度。對已編制抗震設防區劃的城市，可按批準的抗震設防烈度進行抗震設防。批準的抗震設防烈度進行抗震設防。設防烈度的取值依據：設防烈度的取值依據：規范規定：規范規定：抗震設防烈度為抗震設防烈度為6度及以上地區的建筑必須進行抗震設計度及以上地區的建筑必須進行抗震設計偶遇烈度或中震烈度）偶遇烈度或中震烈度）規范附錄中列出了我國主要城鎮的抗震設防烈度。如：規范附錄中列出了我國主要城鎮的抗震設防烈度。如：安徽省安徽省1.1.抗震設防烈度為抗震設防烈度為7 7度，設計基本

14、地震加速度值為度，設計基本地震加速度值為0.15g:0.15g: 五河縣，泗縣；五河縣，泗縣；設計地震分組均為第一組。設計地震分組均為第一組。2.2.抗震設防烈度為抗震設防烈度為7 7度，設計基本地震加速度值為度，設計基本地震加速度值為0.10g:0.10g: 合肥市，蚌埠市，阜陽市，淮南市，安慶市，六安市；合肥市，蚌埠市，阜陽市，淮南市，安慶市，六安市； 設計地震分組均為第一組。設計地震分組均為第一組。3.抗震設防烈度為抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為度，設計基本地震加速度值為0.05g: 蕪湖市，銅陵市，馬鞍山市；設計地震分組均為第一組。蕪湖市，銅陵市，馬鞍山市；設計地震分組均為

15、第一組。 宿州市設計地震分組為第三組?；幢笔性O計地震分組為第宿州市設計地震分組為第三組?；幢笔性O計地震分組為第 二組。二組。 建筑所在地區在設計基準期（建筑所在地區在設計基準期（5050年）內出現的頻度最年）內出現的頻度最高的烈度。也稱為常遇烈度、小震烈度，用高的烈度。也稱為常遇烈度、小震烈度，用IsIs表示。其超表示。其超越概率為越概率為63.2%63.2%，重現期為，重現期為5050年。年。 建筑所在地區在設計基準期（建筑所在地區在設計基準期（5050年）內具有超越概率年）內具有超越概率2%-3%2%-3%的地震烈度。也稱為大震烈度，重現期約為的地震烈度。也稱為大震烈度，重現期約為2000

16、2000年。年。偶遇烈度或中震烈度）偶遇烈度或中震烈度）（1）5.05.4級地震，震中烈度多為六度，其面積小于級地震，震中烈度多為六度，其面積小于500平方公里。平方公里。（2）5.5 5.9級地震，震中烈度多為七度，其面積不超過級地震，震中烈度多為七度，其面積不超過200平方公平方公 里；六度區面積也只有數百平方公里。里；六度區面積也只有數百平方公里。（3）6.0 6.4級地震，震中烈度多數為八度，其面積幾十平方公里；七級地震，震中烈度多數為八度，其面積幾十平方公里；七 度區不超過度區不超過200平方公里，六度區數百平方公里，如震中烈度為七平方公里，六度區數百平方公里，如震中烈度為七 度，則

17、與度，則與5.5 5.9級地震結果相同。級地震結果相同。（4）6.5 6.9地震，震中烈度一半為八度，結果與地震，震中烈度一半為八度，結果與6.0 6.4級地震一樣；級地震一樣； 另一半為九度，其面積小于另一半為九度，其面積小于100平方公里，八度區不超過平方公里，八度區不超過500平方公里，平方公里， 七度區則在七度區則在1500平方公里以內。平方公里以內。（1）5.0 5.9級地震造成人員傷亡者占級地震造成人員傷亡者占24%。而僅引起人員死亡的地震。而僅引起人員死亡的地震 更少，只占更少，只占11.5%。一次。一次5級多地震中死亡人數最多為級多地震中死亡人數最多為117人，而死人，而死 亡

18、亡29人以上的地震都發生在夜間。人以上的地震都發生在夜間。（2）6.0 6.9級地震有級地震有43%造成人員傷亡，而只有人員死亡僅占造成人員傷亡，而只有人員死亡僅占35%， 一次地震死亡人數最多為一次地震死亡人數最多為600人。人。請思考：圖中的兩座建筑在經歷不同周期特點的地震作請思考：圖中的兩座建筑在經歷不同周期特點的地震作 用下，那座建筑更易破壞？用下，那座建筑更易破壞？ 設計地震分組是新規范新提設計地震分組是新規范新提出的概念，用以代替舊規范設計出的概念，用以代替舊規范設計近震、設計遠震的概念。近震、設計遠震的概念。 在宏觀烈度大體相同在宏觀烈度大體相同條件下，處于大震級遠離條件下，處于

19、大震級遠離震中的高聳建筑物的震害震中的高聳建筑物的震害比中小級震級近震中距的比中小級震級近震中距的情況嚴重的多。情況嚴重的多。設計地震分三組設計地震分三組: : 對于對于類場地，第一、二、三組類場地，第一、二、三組的設計特征周期分別為：的設計特征周期分別為：0.35s0.35s、0.40s0.40s、0.45s.0.45s.6 6度近震度近震6 6度遠震度遠震7 7度近震度近震7 7度遠震度遠震 由地震的原生現象如地震斷層錯動，以及地震波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：引起的強烈地面振動所造成的災害。主要有：1、地面破壞。、地面破壞。 如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等；如地面裂縫、錯動、塌陷、噴水冒砂等；一、直接災害：一、直接災害：2、建筑物與構筑物的破壞、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；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；、山體等自然物的破壞。如山崩、滑坡等；4、海嘯。、海嘯。 海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區的破壞；的破