北航结构抗震第二章.

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1、第二章 场地与地基 2.1场地划分与场地区划 2.2 2地基抗震验算 2.3场地土的液化与抗液化措施 主要内容 地震破坏作用地震破坏作用 场地的震动作用和场地、地基的破坏作用。 场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施 振动而产生的破坏作用。 措施：合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。 2.1 场地划分与场地区划 场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的 直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。 2.1 场地划分与场地区划 场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的范围 地震类型、结构类型、 下卧层的构成、覆盖层厚度 2.1.1 场地及其地震效应 房屋倒塌率随土层厚

2、度的增加而加大 ； 比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地 影响建筑物震害的因素: 1967年委内瑞拉加拉加斯地震 地震波通过覆盖 土层传向地表 与土层固有周期相一致的一些频率 波群将被放大 地震动的卓越周期：在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期 另一些频率波群将被衰减甚 至被完全过滤掉 因此，地表地震动的 卓越周期 与 场地的固有周期 接近时 建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重 多层土的地震效应主要取决于三个基本因素： 覆盖土层厚度 土层剪切波速 岩土阻抗比 影响地震动的频谱特性 影响共振放大效应 2.1.2 场地土剪切波速 场地土是指场地范围内深度在20m左右的地基土。

3、一般用剪切 波速来反映场地土的软硬 土的类型划分和剪切波速范围 10层和 高度30m以下 的 丙类建筑及 丁类建筑 适用于： -由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土 ， 填土，流塑黄土 软弱土 稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土, 的粘性土和粉土, 的填土 中软土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土 中硬土 稳定岩石，密实的碎石土 坚硬土 或岩石 土层剪切波 速范围(m/s) 岩土名称和性状 土的 类型 土层等效剪切波速 式中 计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值； 计算深度范围

4、内土层的分层数； 第i层土的剪切波速； 第i层土的厚度。 计算 ： 2.1.3 覆盖层厚度 原意：从地表面至地下基岩面的距离 工程上的判定： 当下部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的2.5倍，且下部土层中 没有剪切波速小于400m/s的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩 我国建筑抗震设计规范： 地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土层至地表面的距离，称为 “覆盖层厚度” 2.1.4 场地的类别 场地类别确定根据：土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度 适用于：剪切波速随深度递增的一般情况 当计算深度以下有明显的软弱土夹层时应适当提高场地类别 1580 315 350 0 等效剪切波速 （m

5、/s） 场 地 类 型 2.1.5 发震断裂的影响 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活 动有关。 发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动， 使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。 建设时应避开。 例题2-1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如下表2-3所示，试确定该场地的类别 因为地表下7.5m以下土层的 = 520m/s500m/s,故覆 盖层厚度为7.5m (1) 确定覆盖层厚度 解 (2)计计算等效剪切波速， 有： 查查表得，位于250500m/s之间，且 故属于类场类场 地 5m, 1580 315 350 0 等效剪切波速 （m/s） 场 地 类 型 已知某建筑场地的

6、钻孔土层资 料如表所示，试确定该建筑场 地的类别。 层层底深度(m)土层层厚度(m)土的名称剪切波速m/s 9.59.5 砂 170 37.828.3 淤泥质质粘土 130 43.65.8 砂 240 60.116.5 淤泥质质粘土 200 632.9 细细砂 310 69.56.5 砾砾混粗砂 520 解：(1)确定覆盖层厚度 (2)确定等效剪切波速 (3)确定建筑场地类别 属于类场地 例题2-2 1580 315 350 0 等效剪切波速 （m/s） 场 地 类 型 2.1.6 场地区划 城区范围内的场地类别区域划分（又称场地小区划） 设防地震动参数区划 场地地面破坏潜势区划等 场地设计地

7、震动的区域划分给出的结果： 场地区划的基本方法与过程： 收集城区范围内的工程地质、水文地质、地震地质资料 作出所考虑区域的控制剖面图 按照钻孔地质资料统计，给出不同类别土的剪切波速随深度变化的经验关系 计算控制点的浅层岩土（地表下20m）等效剪切波速，并决定各控制点覆盖层厚度 根据等效剪切波速和覆盖层厚度对城区范围内的场地作出小区划分 适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作 场地固有周期T的计算： （剪切波重复反射理论 ） 式中 计算深度范围内土层的分层数； 第 i 层土的剪切波速； 第 i 层土的厚度。 场地等效剪切波速等值线 场地固有周期等值线 场地区划 工作深入的场地区划还可以做出

8、场地等效剪切波速等值线和 场地固有周期等值线。 2.2 地基抗震验算 地基：建筑物基础下面受力层范围内的土层。 松软土地基和不均匀地基： 2.2.1 地基抗震设计原则 处理方法： 饱和的淤泥和淤泥质土 冲填土和杂填土 不均匀地基土 不能不加处理地直接 用作建筑物的天然地基 在地震区 地基处理措施：置换、加密、强夯等消除土的动力不稳定性 桩基等深基础 避开可能失效的地基对上部建筑的不利影响 上部结构的处理措施 地基基础抗震设计 1) 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上； 2) 同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基； 3) 地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层

9、时， 宜加强基础的整体性和刚性； 4) 根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算 时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能 反映地基基础在不同阶段上的工作状态。 地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗 震验算来保证其抗震能力的。 地基基础抗震设计的一般要求地基基础抗震设计的一般要求 一般土地基： 建造于一般土质天然地基上的房屋遭遇地震时 极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏 可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基： (1) 砌体房屋 (2) 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1) 一般的单层厂房和单层空旷房屋； 2) 不超过8层且高

10、度在25m以下的一般民用框架房屋； 3) 基础荷载与2)项相当的多层框架厂房。 (3)规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 地裂危害的防治 软弱场地土上的建筑物，当基本烈度为7度以上时 中软场地土上的建筑物，当基本烈度为9度时 砖结构房屋在承重砖墙的基础内设置现浇钢筋混凝土圈梁 防地裂措施 : 单层钢筋混凝土柱厂房沿外墙一圈设置现浇整体基础墙梁 或有现浇接头的装配整体式基础墙梁 应采取防地裂措施的情况 2.2.2 地基土抗震承载力 天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力按下式计算 ： 调整后的地基土抗震承载力； 地基土抗震调整系数，按下表采用； 深宽修正后的地基土静承载力特征值，按现行建

11、筑地基基础设计规范采用 岩土名称和性状 岩石，密实实的碎石土，密实实的砾砾，粗、中砂， 300kpa的粘性土 和粉土 1.5 中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾砾、粗、中砂，密实实和中密 的细细、粉砂，150kpa 300kpa的粘性土和粉土，坚坚硬黄土 1.3 稍密的细细、粉砂，100kpa 2时，在du 、dw中减去（db-2) 后再查图确定。 砂土 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 7度 8度 9度 du(m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

12、 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 粉土 7度 9度8度 du(m) 查液化土特征深度表 例2.3 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为砂土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2m,该 场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解： 9m8m7m砂土 8m7m6m粉土 987 烈度 饱和土 类别 需要进一步判定是否考虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2m du=5.5m, dw=6m 例2.3 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为砂土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2m,该 场地为8度区。确定是

13、否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定 du=5.5m dw=6m dw=6m du=5.5m db=2m 砂土 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 7度 8度 9度 du(m) 需要进一步判定是否考虑液化影响 。 例2.4 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为沙土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2.5m, 该场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2m 查液化土特征深度表 解： 9m8m7m砂土 8m7m6m粉土 987

14、 烈度 饱和土 类别 需要进一步判定是否考虑液化影响。 du=5.5m, dw=6m 例2.4 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为沙土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2.5m, 该场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定 需要进一步判别 是否考虑液化影响 。 dw=6m du=5.5m db=2m 砂土 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 7度 8度 9度 du(m) 采用标准贯入试验判别 钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤 穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入 30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标贯 击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比 较来确定是否会液化。 1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴 细判-标准贯入试验判别 初判条件均不能满足时，地基土存在液化可能采用标准贯入试验进一步判别其是否液化 适用于一般情况 适用于桩基或深基础 规范规定 当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时，判为 液化，否则判为不液化。 N63