第十五章地震作用和结构的抗震验算第一节地震基本知识一、地震的类型及成因前二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力大。岩层断裂时以波动方式将岩层中积聚的变形能向四周传播，即形成地震波。实际地震波是各种振动波的复合体。1.波的形式(1)岩层内部传播的地震波为体波，分为纵波、横波。波的传播方向与质点的振动方向相同的是纵波，其周期较短，振幅也较小，可在固体和液体中传播，如弹簧的纵向振动；波的传播方向与质点的振动方向垂直的是横波，其周期较长，振幅也较大，只在固体中传播。(2)岩层表面传播的地震波为面波（体波折射和反射后的产物），分为瑞利波、乐普波两种。瑞利波：质点在波的传播方向与地表面法向所构成的平面内作与波前进方向相反的椭圆运动，即作滚动运动。乐普波：质点在地表内作与波前进方向垂直的直线运动，即作蛇行运动。2.各种地震波对结构物的影响纵波传播的速度最快，横波次之，面波最慢；面波的振动幅度最大，横波次之，纵波最小；面波传送的能量最多，横波次之，纵波最少。纵波使地面建筑物产生上下跳动；横波使地面建筑物产生前后左右晃动；面波则使地面建筑物产生上述两种运动的复合运动。3．地震地面运动的参数(1)地面运动加速度地震烈度大则地面运动最大加速度大，建筑物上的地震作用力也大。(2)地面运动的周期结构在动力情况下，其受荷情况除与外界因素有关外，还与结构自身因素（如结构自振周期）有关，而地面运动的周期与结构自振周期接近时，将产生严重后果。(3)强震持续时间破坏是一个过程，要完成这个过程，结构的破坏积累是一个必要的条件。而结构的损害程度与所受到的荷载大小、荷载作用时间有关。二、常用术语微震——1～2级地震，仪器可记录，人感觉不到；有感地震——3～4级地震，人能感觉到，但建筑物基本无损坏；破坏性地震——5级以上地震，一般对建筑物均有程度不一的损害；强烈地震——7级以上的地震，对建筑物产生严重破坏。2.地震烈度地震烈度是指某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。对于一次地震，表示地震大小的震级只有一个；随距离震中的远近不同，烈度就有差异。评定地震烈度的标准就称为地震烈度表。绝大多数国家包括我国都采用分成12度的地震烈度表。根据地质条件、历史资料、观测记录计算或分析出强震区域周围地区的各级地震烈度的超越概率，按照统一标准定出各地的基本烈度，并将各地的基本烈度绘成图或统计成表。3.烈度分组某地区50年内，在该地区一般场地条件下，超越概率为10％的最大地震烈度；基本烈度是该地区抗震设计的基本标准。规范取超越概率为10％的地震烈度为该地区的基本烈度；超越概率为63.2％的地震烈度为该地区的小震烈度（又称众值烈度，即概率密度曲线上概率最大处）；取超越概率为2％的地震烈度为该地区的大震烈度（又称罕遇烈度）。小震烈度＝基本烈度－1.55度大震烈度＝基本烈度＋1.00度4.抗震设防烈度：建筑物抗震设防时采用的烈度。5.地震设计分组地震对建筑物的影响第二节抗震设计的基本要求一、建筑抗震设防分类和设防标准二、抗震设防的目标三、抗震概念设计1.场地、地基和基础选择场地土的分类场地的选择地基和基础选择2.结构的平面和立面布置3.结构体系的选择4.抗震结构构件及其连接5.非结构构件6.材料选择和施工第三节地震作用的计算一、重力荷载代表值1.单质点体系等高单层厂房、水塔等；该结构中参与振动的所有质量全部折算至顶部；墙、柱视作一无重的弹性杆；该体系只作单向振动，为一个单自由度体系。2.单质点弹性体系的地震作用3.计反应谱曲线4.单质点体系的地震作用计算方法三、多质点弹性体系的地震作用3.振型分解反应谱法①基本思想②适用条件高度超过40m的高层建筑物一般可采用振型分解反应谱方法。4.底部剪力法①基本思想：按结构底部总剪力相等的原则，把多质点体系简化为单质点体系，只用基本自振周期确定总底部剪力，然后按照一定规律将地震力（总底部剪力）沿高度沿高度分配给各质点。②适用条件：结构高度小于40m；沿高度方向质量及刚度分布比较均匀；以剪切变形为主（H/B＜4）的高层建筑。③计算方法基本自振周期T1、按反应谱曲线（T-α）确定α1；（地震影响系数最大值αmax；特征周期Tg；曲线下降段衰减指数γ；直线下降段下降斜率调整系数η1；阻尼调整系数η2）。计算底部剪力FEK：FEK=α1Geq（Geq=0.85GE=0.85Gi）FEK分配给各质点：建筑为n层时，各楼层处地震力为Fi。顶部附加荷载△Fn近似考虑高振型影响。顶层等效地震力为Fn+△Fn。质点体系的水平地震作用分布特点：当质量、刚度沿高度分布较均匀（Gi≈Gj）时，Fi与Hi成正比。