工程结构抗震设计-第二章

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1、工程结构抗震设计工程结构抗震设计 主讲：王激扬主讲：王激扬 email: 浙江大学浙江大学 建筑工程学院建筑工程学院 第二章 场地、地基和基础抗震 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 工程地质条件对震害的影响工程地质条件对震害的影响 2.3 2.3 场地场地 2.4 2.4 地基基础地基基础抗震验算抗震验算 2.5 2.5 地基地基液化液化 2.6 2.6 桩基桩基抗震设计抗震设计 2.1 概述 从破坏的性质和工程对策角度：从破坏的性质和工程对策角度： 场地和地基的破坏作用场地和地基的破坏作用 一般指场地和地基不稳定引起建筑物和构筑物破坏。一般指场地和地基不稳定引起建筑物和构筑物破坏。

2、 类型：地面开裂、滑坡、坍塌和地基失效等类型：地面开裂、滑坡、坍塌和地基失效等 解决方法：通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害解决方法：通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害 强烈地震的破坏作用强烈地震的破坏作用 强烈地震引起结构破坏和倒塌是造成大量生命、财产损失的最普遍和最主要的原因。强烈地震引起结构破坏和倒塌是造成大量生命、财产损失的最普遍和最主要的原因。 是地基失效、滑坡等的外部条件。是地基失效、滑坡等的外部条件。 解决方法：合理地进行抗震及减震设计和采取抗震及减震措施解决方法：合理地进行抗震及减震设计和采取抗震及减震措施 需要确定工程场地的地震动参数需要确定工程场地的地震动参数 需要研究

3、场地条件对基础和上部结构震害的影响 2.2 工程地质条件对震害的影响 2.2.1 2.2.1 局部地形条件的影响局部地形条件的影响 从震害从震害调查来看，局部地形条件调查来看，局部地形条件对建筑物对建筑物的破坏有的破坏有很大很大的的影响：位于影响：位于局部孤局部孤立立突出地形上的建筑，突出地形上的建筑，如孤立的小山包或山梁顶部的建筑，其如孤立的小山包或山梁顶部的建筑，其震害震害一般较平地同一般较平地同类建筑类建筑严重；位于严重；位于非岩质地基的建筑物又较岩质地基的震害非岩质地基的建筑物又较岩质地基的震害严重。严重。 从从宏观宏观震害现象和仪器观测记录均表明，高震害现象和仪器观测记录均表明，高突

4、地形地震反应的突地形地震反应的总体趋势总体趋势：高：高突地形距离突地形距离基准面基准面的高度愈大，高处的反应愈强烈；离陡坎和的高度愈大，高处的反应愈强烈；离陡坎和边边坡坡顶部边缘顶部边缘的距的距离愈大，反应相对减少离愈大，反应相对减少；高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明；高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明显减小的；边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。显减小的；边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。 从从岩石构成方面看，在同样地形条件下，岩石构成方面看，在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大。土质结构的反应比岩质结构大。 2.2 工程地质条件对震害的影响 2.2.

5、1 2.2.1 局部地形条件的影响局部地形条件的影响 为了反映局部高突地形的地震放大作用，以突出地形的高差为了反映局部高突地形的地震放大作用，以突出地形的高差H，坡降角度的正切，坡降角度的正切H/L以以及场地距及场地距突出地形边缘的相对距离突出地形边缘的相对距离L1/H为参数，若取平坦开阔地的放大作用为为参数，若取平坦开阔地的放大作用为1，而高突地，而高突地形的形的放大作用为放大作用为，则，则可可按下式计算按下式计算： 1= +（ （2.1） ） 综上所述综上所述，当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和，当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边边

6、坡边缘缘等等不利地段不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在在地震地震作用作用下的稳定性外，尚应估计不下的稳定性外，尚应估计不利地段对利地段对设计设计地地震动震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可根据不利值可根据不利地段的具体地段的具体情况确定，但不宜大于情况确定，但不宜大于1.61.6。 2.2 工程地质条件对震害的影响 2.2.2 2.2.2 局部地质构造的影响局部地质构造的影响 局部局部地质构造主要是指地质构造主要是指断裂断裂。断裂断裂是地质构造上的薄弱环节

7、，分为是地质构造上的薄弱环节，分为发震断裂发震断裂和和非发震断非发震断裂裂。与地震活动性与地震活动性有密切关系，具有潜在地震活动的断裂通常称为有密切关系，具有潜在地震活动的断裂通常称为发震断裂发震断裂。地震地震时时，发震发震断裂附近地表断裂附近地表可能发生新的错动，使地面建筑物遭到严重破坏。所以，当场地内存在可能发生新的错动，使地面建筑物遭到严重破坏。所以，当场地内存在发震断发震断裂裂时，应对发震断裂时，应对发震断裂的可能性的可能性和对建筑物的影响进行评价。和对建筑物的影响进行评价。 一般来说一般来说，地震震级地震震级愈愈高，出露高，出露于地表的断裂错动与断裂长度就愈于地表的断裂错动与断裂长度

8、就愈大；覆盖层大；覆盖层厚度愈大，厚度愈大，出露于出露于地表的地表的断裂错动与断裂长度就愈断裂错动与断裂长度就愈小；断裂的活动性小；断裂的活动性还和地质年代有关，对一般建筑工还和地质年代有关，对一般建筑工程只考虑全新世以来程只考虑全新世以来活动活动过的过的断裂，在此断裂，在此地质期以前已活动过的断裂可不予考虑地质期以前已活动过的断裂可不予考虑。 2.2 工程地质条件对震害的影响 2.2.3 2.2.3 地下水位的影响地下水位的影响 地下水位地下水位对建筑物的震害有明显影响，水位越浅对建筑物的震害有明显影响，水位越浅，震害，震害越严重。当地越严重。当地下水位较深时，其影响下水位较深时，其影响程度

9、程度就很小就很小。 地下水位地下水位对震害的影响程度还与地基土的类别有关，软弱土地基的影对震害的影响程度还与地基土的类别有关，软弱土地基的影响程度最大，响程度最大，粘性土粘性土地基的影响次之，坚硬土地基的影响较小。在进行地地基的影响次之，坚硬土地基的影响较小。在进行地下水影响分析时，需结合地基土的情况下水影响分析时，需结合地基土的情况全面考虑全面考虑。 2.3 场地地震动特性及分类 场地与地震动作用场地与地震动作用 场地场地是指建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村范围。是指建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村范围。 场地地震作用引起震害的因素：场地地震作用引起震害的

10、因素：地震类型、结构形式、结构动力特性、场地地震类型、结构形式、结构动力特性、场地地质构造、地形地貌等工程地质条件。地质构造、地形地貌等工程地质条件。 发震断层、非发震断层发震断层、非发震断层 断裂的影响断裂的影响 不同层数房屋的破坏率与冲击层厚度的关系不同层数房屋的破坏率与冲击层厚度的关系 地基土质条件对于建筑物震害的影响明显。地基土质条件对于建筑物震害的影响明显。 覆盖土层厚度覆盖土层厚度 土层剪切波速土层剪切波速 岩土阻抗比岩土阻抗比 场地土覆盖层厚度场地土覆盖层厚度 一般来说，震害随着覆盖层厚度的增加而加重。一般来说，震害随着覆盖层厚度的增加而加重。 从地表面到地下基岩面的距离从地表面

11、到地下基岩面的距离 基岩面是地震波传播途径中的一个强烈的折射与反射面，基岩面是地震波传播途径中的一个强烈的折射与反射面， 该界面以下的岩层振动刚度要比上部土层的相应值大得多该界面以下的岩层振动刚度要比上部土层的相应值大得多 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范规定的覆盖层厚度确定方法：规定的覆盖层厚度确定方法： 1) 1) 一般情况下，应按地面至剪切波速大于一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各岩土的剪切波速均且其下卧各岩土的剪切波速均不小于不小于500m/s的土层顶面的距离确定。的土层顶面的距离确定。 2) 当地面当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速的以下存在剪切

12、波速大于其上部各土层剪切波速的2.5倍的下卧土层，倍的下卧土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速不小于且该层及其下卧各层岩土的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面时，可按地面至该土层顶面的距离确定。的距离确定。 3) 3) 剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。的孤石、透镜体，应视同周围土层。 4 4) ) 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚性，其厚度应从覆盖土层中扣除。土层中的火山岩硬夹层，应视为刚性，其厚度应从覆盖土层中扣除。 实际上，单一土层是很少的实际上，单一土层是很少的 2.3 场地地震动特性及分类 场地土覆盖层厚度场地土覆盖层厚度 土层等效剪

13、切波速土层等效剪切波速 0/sevdt=1()n iisidtv=020md 计算深度，取覆盖层厚度和两者中较小者id 计算深度范围内第i层土的厚度n计算深度范围内土层的分层数isiv 计算深度范围内地 层土层的剪切波速（宜用现场实测波速）esv 土层等效剪切波速土层等效剪切波速是根据地震波通过计算深度范围内多层土的时间等于该波速土层等效剪切波速是根据地震波通过计算深度范围内多层土的时间等于该波速通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求得的。通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求得的。 01()n iisisedd vv=2.3 场地地震动特性及分类 场地土覆盖层厚度场地土覆盖层厚度 对

14、于丁类建筑及丙类建筑不超过对于丁类建筑及丙类建筑不超过1010层、高度不超过层、高度不超过24m24m的多层建筑，的多层建筑，当当无实无实测剪切测剪切波波速时，速时，按岩土名称和性状，按下表及经验估计剪切波速。按岩土名称和性状，按下表及经验估计剪切波速。 土的类型土的类型 岩土名称和形状岩土名称和形状 土层剪切波速范围土层剪切波速范围(m/s)(m/s) 岩石 坚硬和较坚硬的稳定岩石 Vs800 坚硬土或软质岩石 破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实 的碎石土 800Vs500 中硬土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、 中砂，fak200黏性土和粉土，坚硬黄土 500Vs250 中

15、软土 稍密的砾、粗、中砂，除松散砂外的细粉砂， fak130填土， 可塑新黄土 250Vs150 软弱土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性 土和粉土，fak800 0 800Vse500 0 500Vse250 150 50 Vse150 80 各各类场地的覆盖层厚度类场地的覆盖层厚度(m)(m) 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范：建筑场地类别应根据土层：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速等效剪切波速和和场地覆盖场地覆盖层厚度层厚度划分为划分为4 4个不同的类别。个不同的类别。 2.3 场地地震动特性及分类 场地的类别场地的类别 当场地内有发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，符合下

16、列条件之一，当场地内有发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，符合下列条件之一，可忽略发震断裂错动的影响：可忽略发震断裂错动的影响： 发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离 1 1）抗震设防烈度小于）抗震设防烈度小于8 8度；度； 2 2）非全新世活动断裂；）非全新世活动断裂； 3 3）设防烈度为）设防烈度为8 8，9 9度时，隐伏断裂的土层覆盖层厚度分别大于度时，隐伏断裂的土层覆盖层厚度分别大于60m60m和和90m90m。 不满足则要避开！不满足则要避开！ 建造烈度建造烈度 建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别 甲 乙 丙 丁 8度 专门研究 200m 100m - 9度 专门研究 400m 200m - 2.3 场地地震动特性及分类 【例例1 1】 确定场地类别确定场地类别 条件：已知某建筑