建筑结构上的荷载与作用.ppt

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1、第2章建筑结构上的荷载与作用,嘉兴学院建筑工程学院结构研究所 主讲 朱启建,第四节 风荷载空气从气压大的地方向气压小得地方流动形成风，当风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。,10,风荷载（风场）,11,风荷载（风场）,12,风荷载（风的破坏力）,13,风荷载（风的破坏力）,14,风荷载（风的破坏力）,15,风荷载（风的破坏力）,16,风荷载（风的破坏力）,17,高、大、细、长等柔性工程结构的主要设计荷载,（1）近地风的性质、风速、风向有关（2）建筑物所在地的地藐及周围环境（3）建筑本身的高度、形状以及表面状况有关，风力在建筑物表面的分布很不均匀，在角区和建筑物内收的局

2、部区域，会产生较大的风力。风力作用与建筑物外形有直接关系，圆形与正方形受到的风力较合理。风力受到建筑物周围环境影响较大，处于高层建筑群中的高层建筑，有时会出现受力更为不利的情况（4）与地震作用相比，风力作用持续时间较长，其作用更接近于静力，但建筑物的使用期限出现较大风力的次数较多。（5）风力作用具有静力、动力两重性质。,风荷载特点,地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。,地震是一种自然现象，与地球演化同在；无法避免。地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到，有感地震(3级左右)约占总数的1%；很小的地震，约占地震总数的99%；5级以上地震

3、(破坏性地震)即能造成破坏的约有1000次；7级以上的大地震平均一年有十几次。8级以上大震每年发生12次。目前记录到的世界上最大地震是 8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,什么是地震？,第五节 地震作用,一、地震与地震动,什么叫震源、震中、震中距？,地球内部发生地震的地方叫震源；,震源在地面上的投影点称为震中；,震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区；,从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。,1.地震成因与分类,（1）按地震成因分类,构造地震：是由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震；构造地震分布最广，危害最大，占90%以上。,火山地震：由于火山作用，

4、如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。,1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。,陷落地震,由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。,诱发地震,如工业爆破、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的压力，有时也会诱发地震。,1962年3月19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，震级为6.1级。,（2）按震源深浅分类,浅源地震震源深度小于70千米的称为浅源地震。全世界85%以上的地震都是浅源地震。,中源地震震源深度在70至300千米的称

5、为中源地震。,深源地震震源深度在300千米以上的称为深源地震。,浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。,2002年6月29日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。,目前有记录的最深震源达720公里。,1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。,（3）地震序列根据强烈地震中前震、主震和余震的分布特点，地震序列大体可分为三个基本类型：(1)主震型：主震震级显得很突出，且有很多余震，但其中与主震震级相近的地震很少。主震释放的地震能量 占全序列的9095%(如1975年海城

6、地震、1976年唐山地震)。(2)震群型：地震能量主要是通过多次震级相近的地震释放出来，没有突出的主震。最大地震在全序列中所占 能量比例一般均小于80%。震群型地震的特点是地震频度高，能量的释放有明显的起伏，衰减速度慢，活 动的持续时间长。(3)孤立型：或称单发性地震。其显著特点是前震和余震都很少，且与主震震级相差很大。地震能量基本上通 过主震一次性释放出来。前震余震的能量总和通常不 到主震的0.1%（如1668年山东莒县临沂地震）。,2.地震波,地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。,地震波分为体波和面波。,横波特点:周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s,纵波特点:周期

7、短,振幅小,波速快,200-1400m/s,面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。,（1）.定义,能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。,反映一次地震本身大小的等级，用M表示,式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，单位为微米。,（2）.震级与能量的关系,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,能量E的单位：尔格（1尔格=）,3.震级,（3）.按震级的地震分类,微震-2级以下。人感觉不到,有感地震-2-4级 人有感觉,破坏性地震-5级以上 有破坏,强烈地震-7级以上 有破坏,特大地震-8级以上 有

8、破坏,由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。,4.地震烈度,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、地质构造和地基条件等因素有关。,（1）.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用I表示。,（2）.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,个别：10%以下少数：10%50%多数：50%70%大多数：70%90%普遍：90%以上,（3）.基本烈度,一个地区未来50

9、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。用Ib表示。,相当于475年一遇的最大地震的烈度。,各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,（下图是原中国地震烈度区划图）,基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,中国地震烈度区划图,建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超越概率为63.2%，重现期为50年。,（4）.多遇烈度,（5）.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为2000年。,按国家规定的权限批准作

10、为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。）,规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。,（6）.设防烈度,设防烈度的取值依据：,规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作 用下，那座建筑更易破坏？,5.设计地震分组,在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。,设计地震分三组,对于类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：0.35s、0.40s、0.45s.,1.地面

11、运动最大加速度,2.地面运动的周期,3.强震的持续时间,地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。,6.地面运动的一般特征,1.我国是一个多地震国家,据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。上世纪以来全球大陆7级以上的强震，我国约占35%。我国地震活动频度高、强度大、分布广。,原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。,全世界地震主要分布于以下两个带：（1）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿 留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至 我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。（2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼泊尔经缅甸 至我国横断山脉、喜马拉雅山区

12、，越帕米尔高原，经 中亚细亚到地中海及其附近。,二、我国地震活动性,喜马拉雅地中海地震带,以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。,中国位于巨大的欧亚地震带上,中国,2.我国的地震活动地区,台湾省及其附近海域；西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；东南沿海的广东、福建等地。,我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。,这五个地区是：,二十世纪中国强地震活动分布图,二十世纪以来，我国灾难性地震中死亡人数大大高于世界平均水平。,1920年宁

13、夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。,20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。,中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。,3.我国是一个地震灾害最严重的国家,在这10年里，,20世纪70年代，是近代世界上地震灾害较大的10年。,据不完全统计，1991年至2007年底我国大陆境内共发生5.9级以上成灾地震41次，伤亡人数61816人，房屋破坏造成的直接经济损失高达数百亿元。由此可见，我国是一个地震灾害高发地区。,四川汶川地震,北京时间2008年5月12日（星期一）14:28:04，在我国四川省发生了里

14、氏8.0级（根据中国地震局发布）的特大地震。震中位于四川省汶川县的映秀镇（东径103.4，北纬31.0）震中烈度达11度，破坏特别严重的地区超过10万平方公里，造成了特别重大灾害。,汶川8.0级地震烈度分布图,四川汶川地震,主震发生后，截至2008年6月26日，共发生余震14595次，其中5级以上的强余震达33次，最大余震为5月25日16：21：46的6.4级。此次地震不仅在震中区附近造成灾难性的破坏，而且在四川省和邻近省市大范围造成破坏，其影响更是波及到全国绝大部分地区及至境外，是1949年以来我国大陆地区发生的破坏性最为严重的地震。,汶川地震影响范围,四川汶川地震,位于一地震断层的建筑，由

15、于地震断错和地面强烈振动，房屋毁灭性坍塌。北川县城地处龙门山主中央断裂带上，地震中遭受毁灭性破坏。,案例一：,震后的北川县城,四川汶川地震,茂县县城处于龙门山主中央断裂带上，地震中遭受毁灭性破坏。绝大多数建筑物倒塌，仅少数幸存。,案例二：,茂县县城,四川汶川地震,建造在山坡处的建筑，由于山体滑坡和泥石流作用，引起建筑物的倒塌或被掩埋，有些山区整个村庄的人和房屋一起被泥石流埋没。,案例三：,北川县城，山体滑坡冲毁了大片建筑,汶川地震造成大量山体滑坡和泥石流。,四川汶川地震,汶川地震造成地面塌陷、隆起和喷砂,案例四：,地面塌陷,四川汶川地震,汶川地震造成34个大小堰塞湖，对其下游地区造成严重的威胁

16、，其中尤以唐家山堰塞湖最为严重，其蓄水量最大达到2亿多立方米，对下游北川、绵阳形成巨大的威胁。,案例五：,堰塞湖,地震灾害是群灾之首，它具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响等特点。,三、地震灾害概述,由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：,（1）、地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；,1.直接灾害,（2）、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,（3）、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；,（4）、海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；,2.次生灾

17、害：,直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。,（1）、火灾 由震后火源失控引起；,1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。,主要的次生灾害有：,（2）、水灾。由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；,（3）、毒气泄漏。由建筑物或装置破坏等引起；,（4）、瘟疫。由震后生存环境的严重破坏而引起.,3.工程结构破坏现象,1）、结构丧失整体性,2）、承重结构强度不足,3）、结构变形过大导致倒塌,4）、结构构件连接支撑失效,5）、地基失效,6）、非结

18、构构件破坏,四、抗震设防,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。,1.抗震设防目标,具体通过“三水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗震设计方法实现。,2.“三水准”抗震设防目标,当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。,当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。,当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,简称为：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。,3.“两阶段”抗震设计方法,第一阶段：,对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算；在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。,第二阶段：,对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。,有特殊要求的建筑、地震易倒塌的建筑、有明显薄弱层的建筑，不规则的建筑等,建筑类别不同，抗震设防标准也不同。,4.抗震设防分类,建筑抗震设防分类标准GB50223-2008。,该标准主要以地震中和地震后房屋的损坏对社会和经济产生的影响的程度大小，将建筑分成4个抗震设防类别。,五、地震作用,六、建筑结构的地震扭转效应,七、竖向地震作用,