《建筑结构抗震》课程授课教案（讲义）第一章 绪论 1.1 地震 1.2 地震震级和烈度 1.3 地震震害概述

教案及讲义建筑结构抗震第一讲河北联合大学建筑工程学院

教案及讲义 建筑结构抗震 第一讲 河北联合大学建筑工程学院

教案1课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容第一章绪论1.1地震1.2地震震级和烈度1.3地震震害概述知识使学生了解地震的类型及其成因；熟悉地震震级、地震烈度等术语；明确结构抗目标教震设防依据、目标及分类标准学能力培养学生增强防震减灾的意识目目标标德育获取信息的能力：获取新知识的能力目标教重点构造地震的成因、地震的基本术语材难点地震的活动性、结构抗震设防依据分析关键抗震设防的依据教学设备多媒体、自制教学课件教教法视频引导，图片展示，以感观启发，分层次教学学方学法观察→归纳→总结→思考法教学内容教学环节教师调控学生活动时间组织教学点名2"师生问好1、以一段视频将地震的震害触目惊心的导入新课展示出来。8教师提问，学生思考，2、地震是怎样产生的？教师边演示课件内容边讲一、地球的构造、地震类型及其成因叙，出现图片时，提出问题，新授二、地震波、震级及地震烈度78"让学生回答，之后给出正确三、地震震害答案。课堂练习5"给出思考题、判断题分别让学生回答。学生总结→教师归纳1、震级与烈度的区别5'课后小结2、构造地震的原因→课件展示结果将作业发E-mail到教师信箱1、何谓震级、地震烈度、基本烈度？2'布置作业2、请同学们上网搜集与地震相关的资料教研室主任签字通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标要求，课堂评价教学效果较好

教案 1 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第一章 绪论 1.1 地震 1.2 地震震级和烈度 1.3 地震震害概述 教 学 目 标 知识 目标 使学生了解地震的类型及其成因；熟悉地震震级、地震烈度等术语；明确结构抗 震设防依据、目标及分类标准 能力 目标 培养学生增强防震减灾的意识 德育 目标 获取信息的能力；获取新知识的能力 教 材 分 析 重点 构造地震的成因、地震的基本术语 难点 地震的活动性、结构抗震设防依据 关键 抗震设防的依据 教学设备 多媒体、自制教学课件 教 学 方 法 教法 视频引导，图片展示，以感观启发，分层次教学 学法 观察→归纳→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 点名 师生问好 2″ 导入新课 1、以一段视频将地震的震害触目惊心的 展示出来。 2、地震是怎样产生的？ 教师提问，学生思考， 8’ 新授 一、地球的构造、地震类型及其成因 二、地震波、震级及地震烈度 三、地震震害 教师边演示课件内容边讲 叙，出现图片时，提出问题， 让学生回答，之后给出正确 答案。 78’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 5’ 课后小结 1、震级与烈度的区别 2、构造地震的原因 学生总结→教师归纳 →课件展示结果 5’ 布置作业 1、何谓震级、地震烈度、基本烈度？ 2、请同学们上网搜集与地震相关的资料 将作业发 E-mail 到教师信箱 2’ 课堂评价 通过课件教学，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基 本知识，做到了理论与实际相结合，达到了教学目标要求， 教学效果较好。 教研室主任签字

讲义11绪论1.1地囊与地震动地震是地球内部构造运动的产物，是一种自然现象。全世界每年大约发生500万次地震，其中绝大多数地震都很小，只有用非常灵敏的仪器才能测量到。这样的小地震约占一年中地震的99%，剩下的1%才是人们能够感觉到的，而能够造成严重破坏的大地震，全世界平均每年大约发生18次。地震给人类社会带来灾难，造成不同程度的人身伤亡和经济损失。为了减轻或避免这种损失，就需要对地震有较深入的了解。作为土木工程技术人员，其主要任务就是研究如何防止或减少建（构）筑物由于地震而造成的破坏，这就是建（构）筑物的抗震问题。本节主要介绍一些有关地震的基本知识。1.1.1地震及其成因地震按其成因可划分为4种类型：构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。构造地震：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。火山地震：由于火山爆发，岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。陷落地震：由于地表或地下岩层如石灰岩地区较大的地下溶洞或古旧矿坑等突然发生大规模的陷落和崩塌时所引起小范围内的地面震动。诱发地震：由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫。考虑到构造地震破坏性大，影响范围广，下面再介绍一下构造地震的发生与发展过程。关于构造地震的成因有多种学说，这里主要介绍断层说和板块构造说。众所周知，地壳是由多种岩层构，成的，并且不是静止不动的。在它的运动过程中，始终存在着巨大的能量，而组成地壳的岩层在巨大的能量作用下，也在不停地连续变动，产生变形的地应力。当作用力只能使岩层产生变形，但地应力仍然较小时，岩层尚未丧失其连续完整性，仅仅能够发生褶皱。当作用力不断加强，地壳岩层中的应力不断增加，地应力引起的应变超过某处岩层的极限应变时，则使该处的岩层产生断裂和错动。而承受应变的岩层在其自身的弹性应力作用下发生回跳，迅速弹回到新的平衡位置。一般情况下，断层两侧弹性回跳的方向是相反的，岩层中原先构造变动过程中积累起来的应变能，在回弹过程中得以释放，并以弹性波的形式传至地面，从而使地面亦随之产生强烈振动，这就是地震。上述是按断层说解释构造地震的成因。(a)(b)(c)图1.1地壳构造变动与地震形成示意图(α)岩层原始状态；(b)受力后发生褶皱变形，(c)岩层断裂产生振动在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。在某一地震序列中，其中最大的一次地震叫做主震。主震之前发生的地震叫做前震，之后发生的地震叫做余震。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绝大部分的叫做主震型，这是破坏性地震中常见的一种类型。若主震震级不突出，主要能量是由多个震级相近地震释放出来的叫做震群型或多发型。若前震和余震都很稀少

讲义 1 1 绪论 1.1 地震与地震动 地震是地球内部构造运动的产物，是一种自然现象。全世界每年大约发生 500 万次地震， 其中绝大多数 地震都很小，只有用非常灵敏的仪器才能测量到。这样的小地震约占一年中 地震的 99％,剩下的 1％才 是人们能够感觉到的，而能够造成严重破坏的大地震，全世界平 均每年大约发生 18 次。 地震给人类社会带来灾难，造成不同程度的人身伤亡和经济损失。为了减轻或避免这种 损失，就需要对 地震有较深入的了解。作为土木工程技术人员，其主要任务就是研究如何 防止或减少建（构）筑物由于地震而 造成的破坏，这就是建（构）筑物的抗震问题。本节 主要介绍一些有关地震的基本知识。 1.1.1 地震及其成因 地震按其成因可划分为 4 种类型：构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。 构造地震：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。 火山地震：由于火山爆发， 岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。 陷落地震：由于地表或地下岩层如石灰岩地区 较大的地下溶洞或古旧矿坑等突然发生 大规模的陷落和崩塌时所引起小范围内的地面震动。 诱发地震：由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫。 考虑到构造地震破坏性大，影响范围广，下面再介绍一下构造地震的发生与发展过程。 关于构造地震的成因有多种学说，这里主要介绍断层说和板块构造说。众所周知，地壳 是由多种岩层构 成的，并且不是静止不动的。在它的运动过程中，始终存在着巨大的能量， 而组成地壳的岩层在巨大的能量作 用下，也在不停地连续变动，产生变形的地应力。当作 用力只能使岩层产生变形，但地应力仍然较小时，岩层 尚未丧失其连续完整性，仅仅能够 发生褶皱。当作用力不断加强，地壳岩层中的应力不断增加，地应力引起的 应变超过某处 岩层的极限应变时，则使该处的岩层产生断裂和错动。而承受应变的岩层在其自身的 弹性 应力作用下发生回跳，迅速弹回到新的平衡位置。一般情况下，断层两侧弹性回跳的方向是 相反的，岩层中原先构造变动过程中积累起来的应变能，在回弹过程中得以释放，并以弹性 波的形式传至地面，从而使地 面亦随之产生强烈振动，这就是地震。上述是按断层说解释 构造地震的成因。 在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在相邻地区的一 系列大小地震称为地 震序列。在某一地震序列中，其中最大的一次地震叫做主震。主震之前发生的地震叫做 前 震，之后发生的地震叫做余震。在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全 序列中绝大部分 的叫做主震型，这是破坏性地震中常见的一种类型。若主震震级不突出， 主要能量是由多个震级相近地震释 放出来的叫做震群型或多发型。若前震和余震都很稀少

甚至没有，绝大部分能量基本上是通过主震一次释放出来的叫做孤立型或单发型。地震序列的认识和判别对预报地震和防御地震都很重要。据统计，上述3种类型地震中主震型地震约占60%，震群型地震约占30%，而单发型地震约占10%。地质构造运动中，在断层形成的地方大量释放能量，产生剧烈振动，此处就叫做震源。震源不是一个点，而是有一定深度和范围的。震源正上方的地面位置叫震中。按震源的深浅不同，地震又可分为：浅源地震震源深度在70km以内，一年中全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地震：辰中源地震震源深度在70～300km范围内，一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震；深源震震源深度超过300km，一年中全世界所有地震释放能量的约3%来自深源地军地震波地展引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。它包含在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波。地震波是一种弹性波。体波中包括纵波和横波两种。纵波是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松，故也称压缩波或疏密波。如在空气中传播的声波就是一种纵波。纵波的特点是周期较短，振幅较小。横波是由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直，亦称剪切波。横波的周期较长，振幅较大（图1.2）。还应指出，横波只能在固体内传播，而纵波在固体和液体内都能传播。波前进方向波前进方向质点报动方向质点报动方向波长十(b)(a)图1.2体波质点振动形式(a)压缩波(b)剪切波纵波的传播速度要比横波的传播速度快，所以在仪器的观测记录纸上，纵波一般都先于横波到达。因此，通常又把纵波叫做P波（即初波），把横波叫做S波（即次"10波)。研究表明，体波在地球中的传播速度将随深度72的增加而加快（图1.3），并且由于地球的层状构造特点，地壳地费外核内核体波通过分层介质时，将会在界面上反复发生反射和折1000 2000 3000 4000 5000 6000射。当体波经过地层界面的多次反射和折射后投射到地深度(kt面时，又激起两种仅沿地面传播的面波，即瑞雷波（R图1.3体波在地球内传播度的变化波）和洛夫波（L波）。瑞雷波传播时，质点在波的传播方向和地面法向所组成的平面内（XZ平面）做与波前进方向相反的椭圆形运动，而在与该平面垂直的水平方向（y方向）没有振动，故瑞雷波在地面上呈滚动形式（图1.4（a）。瑞

甚至没有，绝大部分能量基本上是通过主震一次释 放出来的叫做孤立型或单发型。地震序 列的认识和判别对预报地震和防御地震都很重要。 据统计，上述 3 种类型地震中主震型地震约占 60％，震群型地震约占 3O％，而单发型 地震约占 10％。 地质构造运动中，在断层形成的地方大量释放能量，产生剧烈振动，此处就叫做震源。 震源不是一个点， 而是有一定深度和范围的。震源正上方的地面位置叫震中。 按震源的深浅不同，地震又可分为： ① 浅源地震 震源深度在 7Okm 以内，一年中全世界所有地震释放能量的约 85％来自 浅源地震； ② 中源地震 震源深度在 70～300km 范围内，一年中全世界所有地震释放能量的约 12％来自中源地 震； ③ 深源地震 震源深度超过 3O0km，一年中全世界所有地震释放能量的约 3％来自深 源地震。 1.1.2 地震波 地展引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。它包含 在地球内部传播 的体波和只限于在地球表面传播的面波。地震波是一种弹性波。 体波中包括纵波和横波两种。纵波是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向 与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松，故也称压缩波或疏密波。如在空气中 传播的声波就是一种纵波。纵波的特点是周期较短，振幅较小。 横波是由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直，亦称 剪切波。横波的 周期较长，振幅较大（图 1．2）。还应指出，横波只能在固体内传播，而 纵波在固体和液体内都能传播。 纵波的传播速度要比横波的传播速度快，所以在仪器 的观测记录纸上，纵波一般都先于横波 到达。因此，通 常又把纵波叫做 P 波（即初波），把横波叫做 S 波（即次 波）。 研究表明，体波在地球中的传播速度将随深度 的增加而加 快（图 1．3），并且由于地球的层状构造特点， 体波通过分层介质 时，将会在界面上反复发生反射和折 射。当体波经过地层界面的 多次反射和折射后投射到地 面时，又激起两种仅沿地面传播的 面波，即瑞雷波（R 波）和洛夫波(L 波）。瑞雷波传播时，质点在 波的传播方 向和地面法向所组成的平面内（XZ 平面）做与波前 进方向相反的椭圆形运动，而在与该平 面垂直的水平方向（y 方 向）没有振动，故瑞雷波在地面上呈滚动形式〔图 1．4（a）］。瑞

雷波具有随着距地面深度增加其振幅急剧减小的特性，这可能是地震时地下建筑物比地上建筑物受害较轻的一个原因。洛夫波传播时将使质点在地平面内做与波前进方向相垂直的水平方向（y方向）的运动，即在地面上呈蛇形运动形式［图1.4（b)]。洛夫波也随深度而衰减。波的前进方向波的前进方向质点摄动方式地表层质点报动方式基岩(b)(a)图1.4面波质点振动形式（a）瑞雷波质点报动：（h）洛夫波质点振动面波振幅大，周期长，只能在地表附近传播，比体波衰减慢，故能传播到很远的地方。综上所述，地震波的传播以纵波最快，剪切波次之，面波最慢。所以在任意一地震波的记录图（图1.5）上，纵波总是最先到达，剪切波次之，面波到达最晚。然而就振幅而言，后者却最大。从图1.5中还可看出，在上述3种波到达之间有一相对稳定区段，稳定区段的时间间隔则随由观测点至震源之间距离的减小而缩短。在震中区，由于震源机制和地面扰动的复杂性，3种波的波列几乎是难以区分的。L(面波）图1.5地震波记录图地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃，一般是在剪切波和面波都到达时振动最为激烈。由于面波的能量要比体彼的大，所以造成建筑物和地表的破坏主要以面波为主

雷 波具有随着距地面深度增加其振幅急剧减小的特性，这可能是 地震时地下建筑物比地上 建筑物受害较轻的一个原因。洛夫波 传播时将使质点在地平面内做与波前进方向相垂直的 水平方向 （y 方向）的运动，即在地面上呈蛇形运动形式［图 1．4（b）］。洛夫波也随深度 而衰减。 面波振幅大，周期长，只能在地表附近传播，比体波衰减慢，故能传播到很远的地方。 综上所述，地震波的传播以纵波最快，剪切波次之，面波最慢。所以在任意一地震波的 记录图（图 1．5） 上，纵波总是最先到达，剪切波次之，面波到达最晚。然而就振幅而言， 后者却最大。从图 1．5 中还可看出，在 上述 3 种波到达之间有一相对稳定区段，稳定区段 的时间间隔则随由观测点至震源之间距离的减小而缩短。 在震中区，由于震源机制和地面 扰动的复杂性，3 种波的波列几乎是难以区分的。 地震现象表明，纵波使建筑物产生上下颠簸，剪切波使建筑物产生水平方向摇晃，而面 波则使建筑物既 产生上下颠簸又产生左右摇晃，一般是在剪切波和面波都到达时振动最为 激烈。由于面波的能量要比体彼的 大，所以造成建筑物和地表的破坏主要以面波为主