绪论《建筑抗震知识》.ppt
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1、20102011年春建筑抗震知识1 绪论刘为民:刘为民:1355101365713551013657第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 地震基本知识地震基本知识地震是指因地球地震是指因地球内部运动内部运动而缓慢积累的而缓慢积累的能量突然释放能量突然释放或地壳空穴顶板塌陷等原因,使岩体剧烈振动,并以波的或地壳空穴顶板塌陷等原因,使岩体剧烈振动,并以波的形式向地表传播而引起的地面颠簸和摇晃。形式向地表传播而引起的地面颠簸和摇晃。地震是一种自然现象,地球上每天都在发生地震,一地震是一种自然现象,地球上每天都在发生地震,一年约有年约有500500万次万次。其中约。其中约5 5万次人们可以感觉到;能造
2、成破万次人们可以感觉到;能造成破坏的约有坏的约有10001000次;次;7 7级以上的大地震平均每年有级以上的大地震平均每年有1818次,次,8 8级级以上特大地震平均每年发生以上特大地震平均每年发生1 12 2次。目前记录到的世界上次。目前记录到的世界上最大地震是最大地震是8.98.9级,发生于级,发生于19601960年年5 5月月2222日的智利地震。日的智利地震。什么是地震?什么是地震?1 1、地震:、地震:指地球内部缓慢积累的能量突然释放引起的地球表层的振动。当地球内部在运动中积累的能量对地壳产生的巨大压力超过岩层所能承受的限度时,岩层便会突然发生断裂或错位,使积累的能量急剧地释放出
3、来,并以地震波的形式向四周传播,就形成了地震。一次强烈地震过后往往伴随着一系列较小的余震。1.1 1.1 地震基本知识地震基本知识什么叫震源、震中、震中距?什么叫震源、震中、震中距?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称为震源在地面上的投影点称为震中震中;震中及其附近的地方称为震中及其附近的地方称为震中区震中区,也称,也称极震区极震区 ;从震中到地面上任何一点的距离称为从震中到地面上任何一点的距离称为震中距震中距。一.按地震成因分类-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震 破坏性地震主要属于构造地震。据统计,构
4、造地震约占世界地震总数的破坏性地震主要属于构造地震。据统计,构造地震约占世界地震总数的90%以上。以上。1.1.构造地震构造地震92%92%的地震发生在地壳中,的地震发生在地壳中,其余的发生在地幔上部。其余的发生在地幔上部。1-1 1-1 地震的类型和成因地震的类型和成因地震按其成因可划分为地震按其成因可划分为3 3类:类:构造地震、火山地震、陷构造地震、火山地震、陷落地震落地震(1)(1)构造地震构造地震 地球的内部结构地球的内部结构地壳:地壳:303040km40km,上部是花岗岩,上部是花岗岩,下部是玄武岩下部是玄武岩地幔:地幔:2900km2900km,橄榄岩,橄榄岩地核:地核:350
5、0km3500km,主要是镍和铁,主要是镍和铁,其中其中:内核内核1400km1400km,其余为外核,其余为外核目前,俄罗斯最深钻探深度达目前,俄罗斯最深钻探深度达15km15km,我国,我国10km.10km.不能钻不能钻得更深的原因有二个得更深的原因有二个(1)(1)钻深技术钻深技术(2)(2)熔岩的高温。熔岩的高温。1-1 1-1 地震的类型和成因地震的类型和成因 地球内部的放射性物质不断放射能量,地球内部地球内部的放射性物质不断放射能量,地球内部温度随深度而升高,温度随深度而升高,200km200km700km700km范围内,温度范围内,温度6006000 0C C 2000200
6、00 0C C,地球内部的压力也很大,地幔上部,地球内部的压力也很大,地幔上部约约900MPa900MPa,中部约,中部约370000MPa370000MPa。地球内部的压力是不。地球内部的压力是不均匀的,均匀的,地幔中的软流层有缓慢的对流,引起地壳运地幔中的软流层有缓慢的对流,引起地壳运动动。在运动过程中有的地区上升,有的地区下降,地。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球内部积累了大量的应变能应变能,产生了,产生了地应力地应力。当地应。当地应力达到岩层的强度时,岩层产生断裂或错动(脆性破力达到岩层的强度时,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
7、形式传致地表,坏),岩层内部的能量被释放,以波的形式传致地表,引起地面震动。称引起地面震动。称构造地震构造地震。(1 1)构造地震)构造地震(2 2)火山地震)火山地震 由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为称为火山地震火山地震,这类地震只占全世界地震的,这类地震只占全世界地震的7%7%左右。左右。19141914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个个6.76.7级地震。级地震。因人为因素如由于水库蓄水或深井注因人为因素如由于水库蓄水或深井注水等引起的地震称为水等引起的地震称为诱发地震诱发地震。
8、如工业爆。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。的压力,有时也会诱发地震。例如:例如:19621962年年3 3月月1919日在广东省河源市日在广东省河源市新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为库诱发地震,震级为6.16.1级。级。(3 3)诱发地震)诱发地震 由于地下石灰岩产生溶洞或矿井顶部由于地下石灰岩产生溶洞或矿井顶部突然产生大规模塌陷而引起的地震称为突然产生大规模塌陷而引起的地震称为塌塌陷地震陷地
9、震。这类地震的规模比较小,次数也很少。这类地震的规模比较小,次数也很少。由于由于火山地震、诱发地震和陷落地震火山地震、诱发地震和陷落地震这三类地震震级小,在我国危害小。构造这三类地震震级小,在我国危害小。构造地震造成地面建筑物破坏严重,对人类的地震造成地面建筑物破坏严重,对人类的危害大,所以危害大,所以我们这门课所说的地震主要我们这门课所说的地震主要是是构造地震。构造地震。(4 4)陷落地震)陷落地震构造地震的成因构造地震的成因构造地震构造地震的成因的另一种解释的成因的另一种解释-板块学说板块学说 地球表面岩层由六大板块组成地球表面岩层由六大板块组成:欧亚板欧亚板块、美州板块、非洲板块、太平洋
10、板块、块、美州板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块、南极洲板块澳洲板块、南极洲板块。由于由于地幔的对流地幔的对流,这些板块也在不停,这些板块也在不停运动,板块之间相互挤压、冲撞引起地应运动,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。力。能较好地解释地震呈带形分布现象。1-1 1-1 地震的类型和成因地震的类型和成因-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、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人工地震人工地震 因人为因素直接造成的地震是人工地震。因人为因素直接造成的地震是人工地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;如工业爆破、地
11、下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。19621962年年3 3月月1919日在广东河源新丰江水库坝日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为级为6.16.1级。级。地震时弹性应变能,以波的形式释放扩散,经多地震时弹性应变能,以波的形式释放扩散,经多次反射、折射形成持续过程,加之断裂错位不是瞬间次反射、折射形成持续过程,加之断裂错位不是瞬间完成的,故在一定时间内(几十天或数月)相继发生完成的,故在一定时间内(
12、几十天或数月)相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列地震序列。岩层断裂发生时,一般不只是一个断裂,而是由岩层断裂发生时,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,达到平衡状态,其它部位还没有达到平衡状态,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。所以一次地震的发生一般都不是孤立还要释放能量。所以一次地震的发生一般都不是孤立的,伴随着一系列小震。的,伴随着一系列小震。主震:主震:主震:主震:一系列地震中,释放能量最多一次地震。一系列地震中,释放能量最多一次地
13、震。前震:前震:前震:前震:主震之前发生的地震。主震之前发生的地震。余震:余震:余震:余震:主震之后发生的地震。主震之后发生的地震。按地震序列分类按地震序列分类 19761976年唐山地震年唐山地震 主震主震7.87.8级级 7 7级以上余震级以上余震2 2次次 6.06.06.96.9级余震级余震2 2次次 5.05.05.95.9级余震级余震7171次次 4.04.04.94.9级余震级余震668668次次按地震序列分类按地震序列分类主震型地震:主震型地震:在一个地震序列中,若主震震级很突出,其释放的能量占全序列中的绝大部分,叫主震型地震。这是一种常见的破坏性地震类型。震群型或多发型地震:
14、震群型或多发型地震:在一个地震序列中,若主震震级不突出,主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。孤立型或单发型地震:孤立型或单发型地震:在一个地震序列中,若前震和余震都很少,甚至没有,绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的。三种类型地震中:主震型地震约占60%,多发型地震约占30%,单发型地震约占10%。地震序列的认识和判别对预报地震和预防地震都很重要。按地震序列分类按地震序列分类2 2、地震的类型、地震的类型1 1)按照地震的不同成因,把地震划分为五类:)按照地震的不同成因,把地震划分为五类:1.1.构造地震:构造地震:构造地震发生的原因,是地下岩层受地应力的作用,当所受的地应力太大
15、,岩层不能承受时,就会发生突然、快速破裂或错动,岩层破裂或错动时会激发出一种向四周传播地地震波,当地震波传到地表时,就会引起地面的震动。世界上85%90%的地震以及所有造成重大灾害的地震都属于构造地震。2.2.火山地震:火山地震:由于火山爆发引起的地震。3.3.水库地震:水库地震:由于水库蓄水、放水引起库区发生地震。4.4.陷落地震:陷落地震:由于地层陷落引起的地震。5.5.人工地震:人工地震:由于核爆炸、开炮等人为活动引起的地震1.1.浅源地震:浅源地震:震源深度小于70公里的地震,大多数破坏性地震是浅源地震。2.2.中源地震:中源地震:震源深度为70300公里。3.3.深源地震:深源地震:
16、震源深度在300公里以上的地震,到目前为止,世界上纪录到的最深地震的震源深度为786公里。2 2)根据震源深度进行分类:)根据震源深度进行分类:3 3)按地震的远近分类:)按地震的远近分类:1.1.地方震:地方震:震中距小于100公里的地震。2.2.近震:近震:震中距为1001000公里。3.3.远震:远震:震中距大于1000公里的地震。4 4)按震级大小分类:)按震级大小分类:1.1.弱震:弱震:震级小于3级的地震。2.2.有感地震:有感地震:指震级在3.04.5级之间,人能感觉到的地震。3.3.中强地震:中强地震:震级大于4.5级,小于6级的地震。4.4.强震:强震:震级大于6.0级的地震
17、,其中又把震级小于8.0级的地震称为强烈破坏性地震,大于8.0级的地震称为巨大地震。喉风地动仪是汉代科学家张衡的又一传世杰作。在张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。据后汉书五行志记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间,共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌,造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元(公元132132年)年)发明了候风地动仪世界上第一架地震仪。3 3、地震震级、地震震级 顺帝阳嘉元年(公元132年),张衡发明的地震仪可测出洛阳及千里之外的地
18、震。这架地震仪为世界第一,比欧洲早早17001700多年多年。张衡发明两个仪器:侯风仪侯风仪用于研究地震;浑天浑天仪仪用于研究风向、风速、气象学。张衡还是位气象学家,发明了侯风仪,又叫侯风侯风铜鸟铜鸟。在5丈高的木杆顶端安上一只衔花的铜鸟,有风铜鸟则转动,鸟头对着风的方向,以测定风向。此仪器比欧洲的侯风鸡早早10001000年年,亦为世界之冠。3 3、地震震级、地震震级候风地动仪候风地动仪张衡张衡复原后的候风地动仪复原后的候风地动仪候风地动仪候风地动仪韩币上的浑天仪韩币上的浑天仪浑天仪浑天仪震级:是衡量一次地震释放能量大小的尺度,目前,国际上常用里氏震级表示,其定义为:在距离震中100km10
19、0km处,用标准伍德安德生地震仪(周期0.8s,阻尼系数0.8,放大倍数2800倍)所测定水平最大地震震动位移振幅A(以m为单位)的常用对数值,即:M=lg A M=lg A (1111)式中:M地震震级,一般称为里氏震级里氏震级。A标准地震仪记录到的最大振幅。例如:A=100mm=105 5m,则这次地震震级为里氏里氏5 5级级。3 3、地震震级、地震震级地震震级:是衡量一次地震释放能量大小的尺度,目前,国际上比较通用的是里氏震级,在1935年由查尔斯里克特(19001985年)给出定义,其定义为:在距离震中100km100km处,用标准伍德安德生地震仪(周期0.8s,阻尼系数0.8,放大倍
20、数2800倍)所测定水平最大地震震动位移振幅A(以m为单位)的常用对数值,即:M=lg A M=lg A (1111)式中:M地震震级,一般称为里氏震级里氏震级。A标准地震仪记录到的最大振幅。例如:A=100mm=105 5m,则这次地震震级为里氏里氏5 5级级。3 3、地震震级、地震震级 地震发生时,观测站一般不可能正好距离震中100km,且使用的仪器也不尽相同,因此,对实测数据应进行修正。震级与地震释放的能量大小有关,两者的关系如下:lgE=1.5M+11.8 lgE=1.5M+11.8 (1212)式中:E地震释放的能量。震级是通过地震仪器的记录计算出来的,地震越强,震级越大。由公式(1
21、-1)和(1-2)可知:震级相差一级一级,地面振幅相差约1010倍倍,而地震能量相差约3232倍倍。3 3、地震震级、地震震级地震按震级大小的分类情况:微震:震级小于2级的地震,人无感觉;有感地震:震级2 4级的地震;中强震:震级大于5级,小于6级的地震;强震:震级等于或大于6级的地震。5级以上的地震具有不同程度的破坏性,称为破坏性地震。78级的地震,称强烈地震或大地震。震级大于或等于8级的又称为特大地震。3 3、地震震级、地震震级中国地震烈度表中国地震烈度表(简要简要)1 1度度无感,仅仪器能记录到。无感,仅仪器能记录到。2 2度度 个别敏感的人在完全静止中有感。个别敏感的人在完全静止中有感
22、。3 3度度 室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动。室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动。4 4度度 室内大多数人,室外少数人有感,悬挂物摆动,不稳器皿作响。室内大多数人,室外少数人有感,悬挂物摆动,不稳器皿作响。5 5度度 室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹。室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹。6 6度度 人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡。人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡。7 7度度 房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水。房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水。8 8度度 房
23、屋多有损坏,少数破坏路基塌方,地下管道破裂。房屋多有损坏,少数破坏路基塌方,地下管道破裂。9 9度度 房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲。房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲。1010度度 房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸。房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸。1111度度 房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化。房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化。1212度度 一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭。一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭。2、地震烈度 指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的
24、强弱程度,简称为烈度。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。影响烈度的因素,除了震级、震中距外,还与震源深度、地震的传播介质、表土性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素有关。注意与震级区分。地震烈度表 地震烈度表是评定地震烈度的标准和尺度。它以描述震害宏观现象为主,即根据建筑物的破坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具的动作反应等进行区分。现在主要由地面震动的速度和加速度确定。如水平向的加速度10度为1000cm/s2 9度为500cm/s2 8度为250cm/s2 7度为125cm/s2 6度为63cm/s2 我国在1980年制定的中国地震烈度表
25、将地震烈度分为1-12度(不同的国家的分度方法不同),1999年11月1日起实施修订后的新烈度表中国地震烈度表(GB/T17742-1999)。3、基本烈度和地震区划基本烈度:一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。地震区划:地震区划:是指根据历史地震、地震地质构造和地震观测资料,在地图上按地震情况的差异划出的不同区域。2001年版的中国地震动参考区划图,是确定我国城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组的依据,具有法律效应。抗震设防烈度6度7度8度9度设计设计基本地震加速度值0.05g0.05
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