10.1 地震基础知识（课件）-《建筑结构》同步教学（上海交通大学出版社）

模块10 建筑结构抗震设计 地震基础知识 10.1 抗震设防与概念设计 10.2 建筑场地和地基基础的抗震设计 10.3 多层框架结构的抗震设计 10.4 多层砌体结构的抗震设计 10.5 知识目标 （1）了解地震的类型、成因及其他相关的基础知识。 （2）熟悉建筑抗震设防的分类、标准及原则。 （3）熟悉建筑抗震概念设计的内容。 （4）掌握建筑场地、地基与基础抗震设计及构造措施。 （5）掌握多层框架结构的抗震设计及构造措施。 （6）掌握多层砌体结构的抗震设计和构造措施。 模块10 建筑结构抗震设计 10.1 地震基础知识 地球是一个半径约为6 400 km的椭圆球体，它由三层不同的物质构成：最表面的一层是很薄的地壳，平均厚度约为30 km；中间很厚的一层是地幔，厚度约为2 900 km；最里面的一层称为地核，其半径约为3 500 km。地球的构造如图10-1所示。 图10-1 地球的构造 10.1 地震基础知识 地震是一种自然现象。全世界每年大约发生500万次地震。这些地震绝大多数震级很小，不用灵敏的仪器无法测到。这样的小地震约占一年中地震总数的99%，剩下的1%才是人们可以感觉到的，其中能造成严重破坏的大地震大约发生18次。 10.1 地震基础知识 10.1.1 地震的类型 地震按其成因可分为火山地震、陷落地震和构造地震。由于火山爆发而引起的地震称为火山地震；由于地表或地下岩层突然大规模陷落和崩塌而造成的地震称为陷落地震；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称为构造地震。前两种地震的影响范围和破坏程度相对较小，而后一种地震的破坏作用较大，影响范围也较广，通常在研究工程抗震时将其作为重点研究对象。 10.1 地震基础知识 10.1.2 构造地震的成因 地球内部在不停地运动着，在地球的运动过程中，始终存在巨大的能量，而组成地壳的岩层在这种巨大能量的作用下，也不停地连续变动，不断地发生褶皱、断裂和错动，如图10-2所示。 图10-2 地壳构造的变动与地震的形成 (a)岩层的原始状态(b)岩层受力后发生褶皱变形(c)岩层断裂，产生振动 10.1 地震基础知识 10.1.2 构造地震的成因 这种地壳构造状态的变动，使岩层处于复杂的地应力作用之下。不断的地壳运动使地壳某些部位的地应力逐渐加强，当弹性应力的积聚超过岩石的强度极限时，岩层就会发生突然的断裂和猛烈的错动，从而引起振动。振动以波的形式传到地面，便形成构造地震。由于岩层的破裂往往不是沿一个平面发展的，而是形成由一系列裂缝组成的破碎地带，并且沿整个破碎地带的岩层不可能同时达到平衡，因而，在一次强烈地震(即主震)之后，岩层的变形还会进行不断的零星调整，从而形成一系列余震。 10.1 地震基础知识 构 造 地震与地质构造密切相 关，这种地震往往发生在地应力比较集中、构造比较脆弱的地段，即原有断层的端点或转折处、不同断层的交会处。 10.1 地震基础知识 10.1.3 地震波 地震发生时，震源处的岩石破裂，并产生巨大的残余变形，地震的能量从震源释放出来，其中小部分的能量引起振动，以波的形式传到地球表面各处，这就是地震波。 地震波按其传播途径的不同可分为体波和面波两类。 10.1 地震基础知识 体波 1. 在地球内部传播的波称为体波。 体波又分为纵波(primary wave)和横波(secondary wave)两类。 （1）纵波。纵波或称P波，是由震源通过介质的质点以疏密相间的方式向四周传播的压缩波(见图10-3)，其质点的振动方向与波的传播方向一致。 图10-3 纵波 10.1 地震基础知识 声音在空气中的传播即是一种纵波。纵波的周期短、振幅小、波速快。其波速vp可按式（10-1）计算。 （10-1) 式中，E为介质弹性模量；ν为介质泊松比；ρ为介质密度。 10.1 地震基础知识 （2）横波。横波或称S波，它通过介质的质点、垂直于传播方向以蛇形振动的形式传播，如图10-4所示。 图10-4 横波 10.1 地震基础知识 横波传播时，物体的体积不变，但形状改变，即发生剪切变形，故横波又称为剪切波。因此，对于没有固定形状的液体，横波无法通过。地震学者据此推测地核的外核可能为液体。横波介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。与纵波相比，横波的周期长、振幅大、波速慢。横波的波速vs可按式（10-2）计算。 （10-2) 式中，G为介质的剪切模量；其他符号含义同前。 10.1 地震基础知识 纵波引起地面垂直方向的振动，横波引起地面水平方向的振动。由式（10-1)和式（10-2)，当取ν=1/4时，得 （10-3) 可见，纵波比横波的传播速度要快。根据波速的不同，可通过分析地震记录图上纵波和横波到达的时差来确定震源距。 10.1 地震