第1章

緒論返回總目錄教學提示：地震是一種對人類造成極大威脅的自然災害。地震的發(fā)生與地球的構造及運動有關。構造地震是發(fā)生頻率最高的地震。構造地震發(fā)生斷裂錯動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。地震可用震級和烈度來度量。工程結構抗震設防的基本目的就是在一定的經(jīng)濟條件下，最大限度地限制和減輕工程結構的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟損失。為了實現(xiàn)這一目的，抗震設計規(guī)范采用了“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為工程結構抗震設計的基本準則。教學要求：本章要求學生了解地震的成因、地震的度量和工程結構抗震設防的基本目的及要求。本章內容

●1.1地震成因●1.2地震度量●1.3地震活動●1.4地震災害●1.5工程結構的抗震設防●1.6習題1.1地震成因

地震是一種自然災害。地震時強烈的地面運動會造成建筑物倒塌或損壞，并可能引發(fā)火災、水災、山崩、滑坡及海嘯等一系列災害，對人類造成極大的威脅。我國是一個地震頻發(fā)的國家，6度及6度以上的震區(qū)幾乎遍及全國各個省和自治區(qū)。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及城市化進程的加快，預防、減少地震災害的任務十分艱巨。

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。地幔主要由質地堅硬的橄欖巖組成，這種物質具有黏彈性。地幔上部存在一個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)生了地幔內部的物質對流運動。3.地核古登堡界面以下直到地心的部分為地核，又可分為外核和內核。其主要構成物質是鎳和鐵，溫度高達4000℃～5000℃。據(jù)推測，外核可能處于液態(tài)，內核可能是固態(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地震術語示意圖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、水庫儲水、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。構造地震是由于地表構造運動產(chǎn)生的。工程上通常討論的就是這種地震，因為構造地震占發(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，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，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、近震和遠震。震中距在100km以內的地震叫地方震；震中距在100km～1000km之間的震稱近震；震中距大于1000km的地震稱遠震。據(jù)震級大小，地震可分為七類，見表1-1。1.1地震成因表1-1地震按震級的分類類型震級類型震級超微震震級＜1強烈地震6≤震級＜7弱震和微震1≤震級＜3大地震震級≥7有感地震3≤震級＜4.5巨大地震震級≥8中強地震4.5≤震級＜61.1地震成因1.1.3地震成因

構造地震是由于地應力在某一地區(qū)逐漸增加，巖石變形也不斷增加，當?shù)貞Τ^巖石的極限強度時，在巖石的薄弱處突然發(fā)生斷裂和錯動，部分應變能突然釋放，引起振動，其中一部分能量以波的形式傳到地面，就產(chǎn)生了地震，構造地震發(fā)生斷裂錯動的地方所形成的斷層叫發(fā)震斷層。根據(jù)對地應力產(chǎn)生機理解釋的不同，產(chǎn)生了多種關于地震成因的學說，其中比較公認的是板塊構造學說。該學說認為，地球的巖石圈不是一塊整體，而是被一些活動的構造帶(——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流運動而產(chǎn)生相互運動，從而產(chǎn)生力的作用，形成地應力。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，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地震波的的傳當震源巖巖層發(fā)生生斷裂、、錯動時時，巖層層所積累累的能量量突然釋釋放，以以波的形形式從震震源向四四周傳播播，這種種波稱為為地震波波。地震震波是一1.體波體波為在地球內部傳播的波，體波根據(jù)其介質質點振動方向和波傳播方向的不同又可以分為縱波和橫波。縱波的介質質點振動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?？v波由于波速較快，在地震發(fā)生時往往最先達到，因此縱波也稱為初波、P波、壓縮波或拉壓波?？v波波速一般用來表示，在地殼內縱波的傳播速度一般為200m/s～1400m/s，根據(jù)彈性動力學可以得到的計算式為1.1地地震震成成因(1-1)式中：E——介質的彈彈性模量量；——介質的泊泊松比；；——介質的密密度。橫波的介介質質點點振動的的方向和和波傳播播的方向向垂直，，是從震震波向四四周傳播播的剪切切波。橫橫波一般般周期較較長、波波速較慢慢、振幅幅較大，，引起地地面水平平方向的的運動。。橫波由由于波速速較慢，，在地震震發(fā)生時時達到的的時間將將比縱波波慢，因因此橫波波也稱為為次波、、S波、剪切切波、畸畸主波和和等體積積波。橫橫波波速速一般用用來表示示，在地地殼內橫橫波的傳傳播速度度一般為為100m/s～800m/s，根據(jù)彈性動動力學可以得得到橫波波速速的計算式為為(1-2)式中：G——介質剪切彈性性模量；——介質的泊松比比；——介質的密度。。地基土中縱波波和橫波的波波速參考值見見表1-2。1.1地地震成因因表1-2地基土縱波、、橫波的傳播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密實礫石480250細砂300110中砂550160粗砂7501801.1地地震成因因2.面波面波為在地表表面?zhèn)鞑サ牟ú?。面波主要要分為瑞雷波波和樂夫波。。瑞雷波傳播播時，介質質質點在波的前前進方向與地地表法向組成成的平面內做做橢圓運動，，如圖1.3(a)所示。樂夫波傳播時時，介質質點點在與波的前前進方向垂直直的水平方向向運動，在地地面上表現(xiàn)為為蛇形運動，，如圖1.3(b)所示。面波是是經(jīng)過地層界界面的多次反反射、折射形形成的次生波波，其周期長長、振幅大、、衰減慢，在在地震發(fā)生時時，往往最后后到達。利用用縱波、橫波波和面波傳播播速度的不同同，可以大致致確定震源的的距離。(a)瑞雷波質點振振動(b)洛夫波質點振振動圖1.3面波質點振動動形式1.1地地震成因因地震震級是度度量地震中震震源所釋放能能量多少的指指標。人們通通過地震地面面運動的振幅幅來量測地震震震級。1.2地震度量量1.2.1地震震級1935年，美國地震震學家里希特特(C.F.Richter)首先提出了震震級的概念，，采用標準地地震儀(周期0.8s，阻尼系數(shù)為為0.8，放大倍數(shù)2800的地震儀)在距離震中100km處記錄到的以以微米(μm=10-6m)為單位的最大大水平地面位位移A的常用對數(shù)值值來表示震級級的大小，即即M=lgA(1-3)式中：M——地震震級，通通常稱為里氏氏震級；A——由記錄到的地地震曲線圖上上得到的最大大振幅。1.2地震度量量地震震級是表表征地震大小小或強弱的指指標，是一次次地震釋放能能量多少的度度量，它是地地震的基本參參數(shù)之一。一一次地震只有有一個震級。。震級直接與與震源釋放的的能量的多少少有關，可以以用下式表示示。LgE=11.8+1.5M(1-4)式中：M——地震震級；E——地震能量(焦耳，J)。從地震震級的的定義可以看看出，震級相相差一級，振振幅相差10倍，能量相差差101.5(約32)倍。一個1級地震所釋放放的能量約為為2×106J。一個6級地震相當于于一個2萬噸級原子彈彈所釋放的能能量。到目前前為止，世界界上記錄到的的最大地震的的震級為8.9級，于1960年發(fā)生于南美美洲的智利。。1.2地震度量量1.2.2地震烈度1.地震烈度和烈烈度表地震烈度表示示地震造成地地面上各地點點的破壞程度度。地震烈度度與震級、震震中距、震源源深度、地質質構造、建筑筑物和構筑物物的地基條件件有關。烈度度的大小是根根據(jù)人的感覺覺、地面房屋屋受破壞程度度等綜合因素素評定的結果果。地震震級級和地震烈度度是描述地震震現(xiàn)象的兩個個參數(shù)。一次次地震只有一一個震級而地地震烈度值可可以有多個。。震級越大，，震中烈度越越高；離震中中越遠，地震震烈度越低。。震源深度越越淺，地震烈烈度就高。震震源深度愈深深，地震烈度度就低。對于于淺源地震而而言，地震震震級與震中烈烈度有大致的的對應關系見見表1-3。表1-3震中烈度與震震級的大致關關系震級23456788以上烈度1～234～56～77～89～1011121.2地震度量量地震烈度表示示地震影響的的強弱程度，，為了便于評評判，需要建建立一個合適適的標準，這這個標準就是是地震烈度表表。目前各國國普遍采用12度的烈度表，，表1-4是我國1999年批準實施的的新烈度表。。1.2地震度量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室內個別靜止中人有感覺3室內少數(shù)靜止人中有感覺門、窗輕微作響懸掛物微動4室內多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺，少數(shù)人夢中驚醒門、窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作響5室內普遍、室外多數(shù)人有感覺。多數(shù)人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細裂縫。有檐瓦掉落，個別屋頂煙囪掉磚不穩(wěn)定器物搖動或翻倒0.31(0.22～0.44)0.03(0.02～0.04)1.2地震度量量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——結構破壞，需要修復才能使用0.31～0.50干硬土上亦有裂縫；大多數(shù)獨立磚煙囪嚴重破壞；樹梢折斷；房屋破壞導致人畜傷亡2.50(1.78～3.53)0.25(0.19～0.35)1.2地震度量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行動的人摔倒嚴重破壞——結構嚴重破壞，局部倒塌，修復困難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、錯動；滑坡塌方常見；獨立磚煙囪出現(xiàn)倒塌5.00(3.54～7.07)0.50(0.36～0.71)10騎自行車的人會摔倒，處于不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔出，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；大量山崩滑坡12地面劇烈變化，山河改觀1.2地震度量量使用該地震烈烈度表時應注注意以下幾點點：①評定烈烈度時，1～5度以地面上人人的感覺為主主；6～10度以房屋震害害為主，人的的感覺僅供參參考；11～12度以地表現(xiàn)象象為主；②在在高樓上人的的感覺要比地地面上人的感感覺明顯，應應適當降低評評定值；③表表中房屋為單單層或數(shù)層、、未經(jīng)抗震設設計或未加固固的磚混合磚磚木房屋。對對于質量特別別差或特別好好的房屋，可可根據(jù)具體情情況，對表中中各烈度相應應的震害程度度和震害指數(shù)數(shù)予以提高或或降低；④平平均震害指數(shù)數(shù)可以在調查查區(qū)域內用普普查或隨機抽抽查的方法確確定；⑤在農農村可以自然然村為單位，，在城鎮(zhèn)可以以分區(qū)進行烈烈度的評定，，面積以1km2為宜；⑥凡有有地面強震記記錄資料的地地方，表列物物理參量可作作為綜合評定定烈度和制定定建設工程抗抗震設防要求求的依據(jù)。1.2地震度量量1.2.3基本烈度基本烈度是指指該地區(qū)今后后一定時間內內(一般是指50年)，在一般場地地條件下可能能遭遇的超越越概率為10%的地震烈度。。它是一個地地區(qū)進行抗震震設防的依據(jù)據(jù)。在建筑物物的設計使用用壽命期限內內，會遭遇到到不同頻度和和強度的地震震，從安全性性和經(jīng)濟性的的綜合協(xié)調考考慮，建筑物物對這些地震震應具有不同同的抗震能力力。具體來說說，建筑結構構在遭受到對對于發(fā)生可能能性較大而強強度較小的地地震，結構不不損壞；要求求在遭受到對對于發(fā)生可能能性較小而強強度較大的地地震，結構可可以損壞，但但是任何情況況下不應該倒倒塌。根據(jù)地震危險險性分析，一一般認為我國國地震烈度的的概率密度函函數(shù)符合極值值III型分布，如圖圖1.4所示，即1.2地震度量量圖1.4三種烈度關系系示意圖1.2地震度量量(1-5)其分布函數(shù)為為(1-6)式中：——地震烈度上限限值，取=12；Im——眾值烈度(或稱為多遇烈烈度)，即烈度概率率密度函數(shù)曲曲線上峰值上上所對應的烈烈度度，即峰值烈烈度，不同的的地震區(qū)內Im不同，可以通通過統(tǒng)計得到到；I——地震烈度；k——形狀參數(shù)。從概率意義上上講，小震是是發(fā)生概率最最大的地震，，也就是烈度度概率密度函函數(shù)分布曲線線上的峰值對對應的多遇烈烈度。1.2地震震度度量量1.3地震震活活動動1.3.1世界地地震活活動根據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計，，世界界上每每年平平均發(fā)發(fā)生500萬次左左右的的地震震。其其中，，5級以上上的強強烈地地震約約1000次左右右。震震級在在7級以上上，震震中烈烈度在在9度以上上的大大地震震每年年發(fā)生生10余次，，對于于震級級在8級以上上的特特大地地震，，全世世界每每年大大約1次左右右。表表1-5為20世紀以以來死死亡人人數(shù)不不少于于10000人的地地震統(tǒng)統(tǒng)計資資料。。續(xù)表時間地點震級死亡人數(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)表時間地點震級死亡人數(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7.3100001920年12月16日中國8.61000001923年9月1日日本8.3100000表1-520世紀以以來死死亡人人數(shù)超超過10000人的地地震統(tǒng)統(tǒng)計資資料1.3地震震活活動動1927年5月22日中國8.32000001932年12月25日中國7.6700001933年8月25日中國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地震震活活動動1970年5月31日秘魯7.8667941974年5月10日中國6.8200001975年2月4日中國7.4100001976年2月4日危地馬拉7.5227781976年7月28日中國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地震震活活動動破壞性性地震震并不不是均均勻地地分布布于地地球的的各個個部位位。根根據(jù)地地震的的歷史史資料料，將將地震震發(fā)生生的地地點和和強度度在地地圖上上標志志出來來，也也就是是繪制制震中中分布布圖。。從圖圖上可可以看看到，，在地地球上上震中中的分分布是是沿一一定深深度和和規(guī)律律地集集中在在某些些特定定的大大地構構造部部位，，總體體呈帶帶狀分分布。。通常?？梢砸詣澐址殖鏊乃臈l全全球規(guī)規(guī)模的的地震震活動動帶。。其中中環(huán)太太平洋洋地震震帶和和地中中海—喜馬拉雅地地震帶是世世界上兩條條主要的地地震活動帶帶。1.3地震活活動1.環(huán)太平洋地地震活動帶帶環(huán)太平洋地地震活動帶帶全長達到到35000多千米，地2.地中海—喜馬拉雅地震活動帶地中?！柴R拉雅地震活動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海與太平洋地震帶西支相接，總長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。釋放能量占全部地震能量的15%左右。1.3地震活活動動1.3.2中國地震震活動1.中國大陸陸地震帶帶分布特特點根據(jù)板塊塊構造學學說，中中國位于于歐亞板板塊的東東南端，，東接太太平洋板板塊，南南鄰印澳澳板塊。。我國是是世界上上地震較較多的國國家之一一。我國國境內的的地震分分布具有有條帶分分布的特特點，地地震活動動主要分分布在5個地區(qū)的的23條地震帶帶上。這這5個地區(qū)是是：①臺臺灣省及及其附近近海域；；②西南南地區(qū)，，主要是是西藏、、四川西西部和云云南中西西部；③③西北地地區(qū)，主主要在甘甘肅河西西走廊2.我國的地震記錄我國歷史文化悠久，地震歷史資料豐富，最早有文字可考的地震災害記錄可以追溯到4500年以前。表1-6為我國各省歷史上1955年以前地震歷史資料的統(tǒng)計情況。1.3地震活活動動表1-6我國各省省1955年以前地地震歷史史資料統(tǒng)統(tǒng)計表省份起止年代/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地震活活動動續(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)內蒙前7～195371(32)1.3地震活活動動3.我國地震震活動特特點我國境內內發(fā)生的的地震，，大多數(shù)數(shù)屬于淺淺源地震震，震源源深度在在東部較較淺，西西部較深深。這種種地震震震源深度度的分布布與我國國的西高高東低的的地勢相相關。4.中國地地震烈烈度區(qū)區(qū)劃圖圖地震烈烈度區(qū)區(qū)劃圖圖不僅僅標識識了不不同地地區(qū)的的地震震歷史史震害害，也也給出出了各各地區(qū)區(qū)未來來地震震活動動的趨趨勢，，對于于工程程結構構抗震震具有有重要要的指指導意意義。。建筑筑抗震震設防防標準準是衡衡量建建筑抗抗震設設防要要求的的尺度度，它它是由由抗震震設防防烈度度和建建筑使使用功功能的的重要要性來來確定定的。?？拐鹫鹪O防防烈度度是指指按國國家規(guī)規(guī)定的的權限限批準準的，，作為為一個個地區(qū)區(qū)抗震震設防防依據(jù)據(jù)的地地震烈烈度。。一般般情況況下，，抗震震設防防烈度度可以以采用用中國國地震震烈度度區(qū)劃劃圖的的地震震基本本烈變變，或或采用用與GB50011——2001《建筑抗抗震設設計規(guī)規(guī)范》涉及基基本地地震加加速度度對應應的地地震烈烈度。。1.3地震震活活動動1.4地震震災災害害地裂縫縫強烈的的地震震發(fā)生生時，，地面面斷層層將達達到地地表，，從而而改變變地形形和地地貌。。地表表的豎豎向錯錯動將將形成成懸崖崖峭壁壁，地地表大大的水水平位位移將將產(chǎn)生生地面面的錯錯動、、擠壓壓、扭扭曲。。地裂裂縫將將造成成地面面工程程結構構的嚴嚴重破破壞，，使得得公路路中斷斷、鐵鐵軌扭扭曲、、橋梁梁斷裂裂、房房屋破破壞、、河流流改道道、水水壩受受損等等。地裂裂縫縫是是地地震震時時最最常常見見的的地地表表破破壞壞，，地地裂裂縫縫的的數(shù)數(shù)量量、、長長短短、、深深淺淺等等與與地地震震的的強強烈烈程程度度、、地地表表情情況況、、受受力力特特征征等等因因素素有有關關。。主主要要有有兩兩種種類類型型：：噴砂冒水當?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，地震時地震波產(chǎn)生的強烈振動使得地下水位急劇增加，地下水經(jīng)過地裂縫或土質松軟的地方冒出地面，當?shù)乇硗翆訛樯巴粱蚍弁習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，實際上是砂土液化的表現(xiàn)。地表下沉沉在在強烈地地震作用用下，在在地下存存在溶洞洞的地區(qū)區(qū)或者由由于人們們的生產(chǎn)產(chǎn)活動產(chǎn)產(chǎn)生的空空洞如礦礦井或者者地鐵等等，強烈烈地震發(fā)發(fā)生時，，地面土土體將會會產(chǎn)生下下沉，造造成大面面積陷落落。河岸、陡陡坡滑坡坡在在河岸、、陡坡等等地方，，強烈的的地震使使得土體體失穩(wěn)，，造成塌塌方。淹淹沒農田田、村莊莊、堵塞塞河流，，大面積積塌方使使得房屋屋倒塌。。1.4.1地震中工工程結構構的破壞壞工程結構構的破壞壞是造成成人民生生命財產(chǎn)產(chǎn)損失的的主要原原因，其其破壞可可能是由由于地基基失效引引起，也也可能是是由于上上部結構構承載力力不足形形成的破破壞或結結構喪失失整體穩(wěn)穩(wěn)定性造造成。地地震歷史史資料表表明，由由于地基基失效引引起的工工程結構構的破壞壞僅僅占占結構破破壞的10%左右，其其余90%是由于結結構承載載力不足足或喪失失整體穩(wěn)穩(wěn)定造成成的。世世界各國國的抗震震設計規(guī)規(guī)范都將將主要精精力集中中在上部部結構的的破壞機機理的分分析和研研究上。。1.4地震災災害害1.4.2地震的次次生災害害強烈地震震除了引引起結構構的破壞壞外，一一般常常常會引起起其他一一些次生生災害，，如火災災、水災災、泥石石流、海海嘯、滑滑坡等。。一般來來說，地地震本身身造成的的直接損損失往往往還小于于由于地地震所產(chǎn)產(chǎn)生的次次生災害害所造成成的間接接損失。。所以，，對地震震災害的的預防應應強調其其綜合性性和連鎖1923年以來國內外大地震概況見表1-7。1.4地震災災害害時間地點震級最大地面加速度及持續(xù)時間建筑震害特點1923.9.1日本關東7.9級—大火次生災害嚴重，鋼筋混凝土結構破壞率比其他類型結構小，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—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座鋼筋混凝土結構破壞。兩座23～42層建筑無損表1-71923年以來國國內外大大地震概概況*1.4地震災災害害1963.7.26南斯拉夫斯普科里6級沖擊性地震，持續(xù)時間短，最大加速度估計為0.3g4層以下磚結構破壞嚴重，13～14層鋼筋混凝土結構僅有部分受害。凡是各層都有維護墻的框架結構破壞輕，凡是上層有填充墻而底層無填充墻的框架破壞嚴重1964.3.27美國阿拉斯加8.4級持時2.5min～4min，估計地面卓越周期0.5s，地面加速度0.4g大多數(shù)建筑經(jīng)抗震設防，但地面加速度比規(guī)范大好幾倍。長周期影響突出，高層破壞多，28座預應力鋼筋混凝土建筑中，6座嚴重破壞，其中四層大樓完全倒塌續(xù)表時間地點震級最大地面加速度及持續(xù)時間建筑震害特點1964.7.5日本新瀉7.4級加速度0.16g，持續(xù)時間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的建筑物很少破壞1.4地震災災害害1967.7.29委內瑞拉加拉加斯6.5級在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級最大加速度0.8g～0.28g持續(xù)時間80s鋼筋混凝土柱破壞較多，其中短柱剪壞現(xiàn)象突出，引起對短柱的注意。開始進行研究1971.7.9美國圣菲南多6.6級最大加速度0.1g～0.2g取得200多個強震記錄，測得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級震中靠近馬那瓜0.2g加速度振動持續(xù)了5s70%以上建筑物倒塌或嚴重損壞，3座鋼筋混凝土高層建筑損壞，具有典型意義，非結構構件破壞很大1975.4.21日本大分6.4級最大加速度東西向：0.39g南北向：0.049g豎向：0.028g無高層建筑。在同一建筑中長短柱混合，會加劇建筑物損壞。地基變形、沉陷造成建筑物損壞1.4地震震災災害害1977.3.5羅馬尼亞布加勒斯特7.2級持續(xù)時間80s，18s以前以豎向振動為主33座高層框架結構倒塌，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。剪力墻結構僅有一座11層建筑由于施工質量不好而倒塌，剪力墻結構破壞率小1978.2.20日本宮成沖6.7級大部分建筑未按抗震設計，與十繩沖地震破壞相似。8層以下建筑破壞多，仙臺市3座8～9層SRC結構短柱、窗間墻、窗下墻破壞嚴重1978.6.12日本宮成沖7.5級東北大學9層建筑記錄地面加速度0.25g同上。3～6層框架結構底層柱剪壞，7～9層框架結構中未經(jīng)計算的現(xiàn)澆鋼筋混凝土外墻剪切裂縫多，長柱基本無破壞1.4地震震災災害害時間地點震級最大地面加速度及持續(xù)時間建筑震害特點1976.7.28中國唐山7.8級烈度為震中唐山：11豐南：10寧河、漢沽：8.5塘沽、天津：8北京：6.5震中區(qū)磚石混合結構全部倒塌。塘沽一座13層框架倒塌，天津一座11層框架填充墻破壞嚴重，個別角柱損壞，北京高層建筑碰撞較多。有剪力墻的高層建筑和輕抗震設計的建筑破壞少1978.6.20希臘薩洛尼卡6.5級最大加速度縱向：0.148g橫向：0.16g豎向：0.13g卓越周期：0.3s～0.6s嚴重震害區(qū)域在軟土沖積層上。底層剛度小的建筑震害嚴重，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%建筑物有非結構性破壞1985.9.19墨西哥墨西哥城8.1級墨西哥城震中距350km地震持續(xù)時間60s，其中超過0.1g的振動有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，引起類共振，造成10～20層建筑物破壞嚴重，30～40層建筑物基本無破壞。板柱結構倒塌很多，設計地震力太小1988.12.7亞美尼亞斯皮達克6.8級震中為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而倒塌。其他城市預制鋼筋混凝土框～剪力墻結構(其中有9層)倒塌較多，因為地震力比設計大4倍，未設計延性框架，預制空心板上無現(xiàn)澆層，鋼筋搭接不夠等原因1.4地震災災害1989.10.17美國洛馬普里埃塔7.1級持續(xù)時間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重1994.1.17美國北嶺6.8級震中以南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。震動約60s，其中10s～30s為強烈震動城市人口密集地區(qū)的較大地震，建筑損壞及經(jīng)濟損失大。未經(jīng)延性設計的鋼筋混凝土框架柱被剪壞，按現(xiàn)代設計要求設計的一幢停車庫被破壞。鋼結構沒有倒塌，表面未發(fā)現(xiàn)問題，但經(jīng)過仔細檢查，發(fā)現(xiàn)許多鋼梁和鋼柱焊接節(jié)點開裂，嚴重威脅建筑安全，這個現(xiàn)象引起廣泛關注，引發(fā)梁柱節(jié)點研究改進的熱潮1.4地震災災害時間地點震級最大地面加速度及持續(xù)時間建筑震害特點1995.1.17日本阪神7.2級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：15s～20s卓越周期：0.8s～1s神戶震害嚴重，震害集中在舊式木結構，不規(guī)則或質量差的建筑，特別是底層空曠的住宅破壞嚴重，有些建筑的中間樓層整層塌落，形成中間薄弱層破壞。按新抗震標準設計的建筑或經(jīng)過審查的高層建筑基本沒有損壞1999.9.21中國臺灣集集7.6級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83km，地表錯動最大為垂直11m，水平10m。最大加速度0.989g，震動延時25s南投建筑破壞嚴重，全縣186所中、小學，全毀30所。臺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級震中在伊斯坦布爾以東90km處在900km長的NorthAnatolian斷層上發(fā)生斷裂，震中地表高差2.3m4～7層框架結構破壞和倒塌多，地基液化影響大。鋼筋混凝土結構箍筋不足，且錨固不夠。有剪力墻的建筑未見破壞*資料來源源：方鄂華華，高層建建筑鋼筋混混凝土結構構概念設計計，機械工工業(yè)出版社社，2004年8月1.4地震災災害1.5.1抗震設防的的目的和要要求工程結構抗抗震設防的的基本目的的就是在一一定的經(jīng)濟濟條件下，，最大限度度地限制和和減輕工程程結構的地地震破壞，，避免人員員傷亡，減減少經(jīng)濟損損失。為了了實現(xiàn)這一一目的，近近年來許多多國家和地地區(qū)的抗震震設計規(guī)范范采用了““小震不壞壞、中震可可修、大震震不倒”作作為工程結結構抗震設設計的基本本準則。為為了實現(xiàn)這這一設計準準則，我國國GB50011——2001《建筑抗震設設計規(guī)范》明確提出了了三個水準準的抗震設設防要求，，具體如下下。第一水準：：當遭受低低于本地區(qū)區(qū)設防烈度度的多遇地地震影響時時，建筑物物一般不受受損害或不不需修理仍仍可繼續(xù)使使用。第二水準：：當遭受相相當于本地地區(qū)設防烈烈度的地震震影響時，，建筑物可可能損壞，，但經(jīng)一般般修理即可可恢復正常常使用。第三水準：：當遭受高高于本地區(qū)區(qū)設防烈度度的罕遇地地震影響時時，建筑不不致倒塌或或發(fā)生危及及生命安全全的嚴重破破壞。1.5工程結構的的抗震設防防1.5.2建筑抗震設設防分類和和設防標準準對于不同的的建筑物，，地震破壞壞所造成的的后果不同同。因此，，有必要對對不同用途途的建筑物物采取不同同的設防標標準。我國國GB50011——2001《建筑抗震設設計規(guī)范》將建筑物按按其用途的的重要性分分為四類。。甲類建筑：：指重大建建筑工程和和地震時可可能發(fā)生嚴嚴重次生災災害的建筑筑。這類建建筑的破壞壞會導致嚴嚴重后果，，須經(jīng)國家家規(guī)定的批批準權限批批準。乙類建筑：：指地震時時使用功能能不能中斷斷或需盡快快恢復的建建筑。如抗抗震城市中中生命線工工程的核心心建筑。城城市生命線線工程一般般包括供水水、供電、、交通、消消防、通信信、救護、、供氣、供供熱等系統(tǒng)統(tǒng)。丙類建筑：：指一般建建筑，包括括除甲、乙乙、丁類建建筑以外的的一般工業(yè)業(yè)與民用建建筑。丁類建筑：：指次要建建筑，包括括一般的倉倉庫、人員員較少的輔輔助建筑物物等。各抗震設防防類別建筑筑的設防標標準，應符符合下列要要求。1.5工程結構的的抗震設防防(1)甲類