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1、 建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计 2 场地、地基与基础场地、地基与基础第1页，共65页。2.1 场地场地2.2 地震时地面运动特性地震时地面运动特性2.3 天然地基与基础天然地基与基础2.4 液化土地基液化土地基2.5 桩基的抗震验算桩基的抗震验算2.6 软弱黏性土地基软弱黏性土地基第2页，共65页。2.1 场地场地 场地场地即指工程群体所在地，具有即指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征相似的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于区和自然村或不小于1.0km2平面面积。平面面积。场地土场地土是指场地范围内的地基土。是指场地范围内的地基土。n场地：建
2、造建筑物的地方（大）。n地基：建筑物范围内（小）。n基础：把上部结构荷载传给地基的建筑部件。为什么研为什么研究场地？究场地？一、什么是场地一、什么是场地?第3页，共65页。二、场地条件对建筑震害的影响二、场地条件对建筑震害的影响软弱地基软弱地基:柔性结构易遭到破坏，刚性结构表现较好；柔性结构易遭到破坏，刚性结构表现较好；坚硬地基坚硬地基:柔性结构表现较好，刚性结构表现不一，较好柔性结构表现较好，刚性结构表现不一，较好oror较差。较差。n在坚硬的地基上，一般是结构破坏，在坚硬的地基上，一般是结构破坏，n在软弱地基上，有时是结构破坏所造成，有时是由于沙土液化、软土震在软弱地基上，有时是结构破坏所
3、造成，有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降等造成的地基失效所致。陷和地基不均匀沉降等造成的地基失效所致。n就地面建筑物总的破坏现象来说，就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的比坚硬地基上的在软弱地基上的比坚硬地基上的要严重要严重。解释解释:类共振现象类共振现象 场地覆盖土层的自振周期（固有周期、卓越周期）。场地覆盖土层的自振周期（固有周期、卓越周期）。场地土将地震波中同周期的分量放大。场地土将地震波中同周期的分量放大。当建筑物的自振周期与卓越周期相近时，结构的地震反应将增大当建筑物的自振周期与卓越周期相近时，结构的地震反应将增大。1.1.场地土的刚性场地土的刚性场地土的刚性场地土
4、的刚性土层等效剪切波速土层等效剪切波速第4页，共65页。地震波地震波软弱地基软弱地基 以长周期为主，放大。以长周期为主，放大。坚硬地基坚硬地基 以短周期为主，放大。以短周期为主，放大。当建筑的自振周期与卓越周期相近时，振动会放大，使破坏当建筑的自振周期与卓越周期相近时，振动会放大，使破坏更大，相反则小。更大，相反则小。场地场地 （放大器，滤波器放大器，滤波器）场地的地震效应场地的地震效应第5页，共65页。二、场地条件对建筑震害的影响二、场地条件对建筑震害的影响深深厚覆盖土层厚覆盖土层:建筑物的震害较重；建筑物的震害较重；浅浅层覆盖土层层覆盖土层:建筑物的震害则相对要轻些。建筑物的震害则相对要轻
5、些。解释解释:地震波进入表层土可能被放大地震波进入表层土可能被放大 地震动被放大；地震动被放大；柔性结构与之发生类共振；柔性结构与之发生类共振；产生地基液化、软土震陷、地基不均匀沉降。产生地基液化、软土震陷、地基不均匀沉降。2.2.场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度第6页，共65页。三、建筑场地类别三、建筑场地类别场地土刚性场地土刚性 土层等效剪切波速土层等效剪切波速 场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度 建筑场地类别：四类建筑场地类别：四类 各类建筑场地的覆盖层各类建筑场地的覆盖层厚度厚度(m)第7页，共65页。等效剪切波速等效剪切波速/(/(m/s)场地覆盖层厚度场地覆盖层厚
6、度 (m)0111 1建筑建筑场场地地类别类别划分划分第8页，共65页。1.1.场地覆盖层厚度的确定场地覆盖层厚度的确定场地覆盖层厚度的确定场地覆盖层厚度的确定 (1)一般情况下，一般情况下，应应按按地面地面至至剪切波速大于剪切波速大于500 m/s且其下卧各岩土的剪切且其下卧各岩土的剪切波速均不小于波速均不小于500 m/s的土的土层层顶顶面面距离确定。距离确定。(2)当当地面地面5 m以下以下存在剪切波速大于其上部各存在剪切波速大于其上部各层层土剪切波速的土剪切波速的2.5倍倍的土的土层层，且且该层该层及其下卧各及其下卧各层层岩土的剪切波速均岩土的剪切波速均不小于不小于400 m/s时时，
7、可按地面至，可按地面至该该土土层顶层顶面面的距离确定。的距离确定。(3)剪切波速大于剪切波速大于500 m/s的的孤石、透孤石、透镜镜体体，应视应视同周同周围围土土层层。(4)土土层层中的中的火山岩硬火山岩硬夹层夹层，应视为刚应视为刚体，其厚度体，其厚度应应从覆盖从覆盖层层中扣除。中扣除。第9页，共65页。【例【例2 2】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地的覆盖层厚度。】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地的覆盖层厚度。土层编号 土层底部深度(m)土层厚度(m)岩土名称剪切波速(m/s)3.003.00杂填土1205.502.50粉质黏土1408.002.50细砂14510.402.
8、40中砂42013.703.30砾砂430【解】【解】第层土顶面的埋深为8m5m，且其剪切波速均大于该层以上各土层的2.5倍。且第层和第层土的剪切波速均大于400m/s。覆盖层厚度可取地面至第层土顶面的距离8m。第10页，共65页。【例例1 1】图图为为某某建建筑筑场场地地的的土土层层分分布布及及各各土土层层的的剪剪切切波波速速。试试确确定定该该场场地地的的覆覆盖盖层层厚度。厚度。【解】【解】根据场地覆盖层厚度确定的第1条，应算至第层土顶。故场地覆盖层厚度为8m。第11页，共65页。【例例3 3】图图为为某某建建筑筑场场地地的的土土层层分分布布及及各各土土层层的的剪剪切切波波速速。土土层层等等
9、剪剪切切波波速速为为240m/s240m/s，试确定该建筑场地的类别。，试确定该建筑场地的类别。【解】【解】根据场地覆盖层厚度确定的第1条，应算至第层土顶。又根据第4条，火山岩硬夹层的厚度应扣除。故场地覆盖层厚度 =51-2=49m。第12页，共65页。2.2.土层剪切波速的测量土层剪切波速的测量土层剪切波速的测量土层剪切波速的测量（1）现场测现场测量量土土层层剪切波速剪切波速测试测试孔的数量孔的数量要求要求 在在场场地地初初步步勘勘察察阶阶段段，对对大大面面积积的的同同一一地地质质单单元元，测测试试土土层层剪剪切波速的切波速的钻钻孔数量孔数量不宜少于不宜少于3个个；在在场场地地详详细细勘勘察
10、察阶阶段段，对对单单幢幢建建筑筑，测测试试土土层层剪剪切切波波速速的的钻钻孔孔数数量量不不宜宜少少于于2个个，测测试试数数据据较较大大时时，可可适适量量增增加加；对对小小区区中中处处于于同同一一地地质质单单元元的的密密集集建建筑筑群群，测测试试土土层层剪剪切切波波速速的的钻钻孔孔数数量量孔孔数数可可适适量量减减少少，但但每每幢幢高高层层建建筑筑和和大大跨跨空空间间结结构构的的钻钻孔孔数数量均不得少于量均不得少于1个。个。第13页，共65页。（2）估算）估算 对对丁丁类类建筑建筑及及丙丙类类建筑建筑中中层层数不超数不超过过10层层，高度不超，高度不超过过24 m的多的多层层建筑，当无建筑，当无实
11、测实测剪切波速剪切波速时时，可根据岩土名称和性状，按土的，可根据岩土名称和性状，按土的类类型，再型，再利用当地利用当地经验经验在下表的剪切波速范在下表的剪切波速范围围内估算各内估算各层层土的剪切波速。土的剪切波速。第14页，共65页。式中：式中：土土层层等效剪切波速等效剪切波速(m/s)；计计算深度算深度(m)，取覆盖，取覆盖层层厚度和厚度和20 m两者的两者的较较小小值值；计计算深度范算深度范围围内第内第 i土土层层的厚度的厚度(m)；计计算深度范算深度范围围内土内土层层的分的分层层数；数；计计算深度范算深度范围围内第内第 i土土层层的剪切波速的剪切波速(m/s)。土层的等效剪切波速土层的等
12、效剪切波速 vse第15页，共65页。【例【例4 4】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地类别。】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地类别。土层编号 土层底部深度(m)土层厚度(m)岩土名称剪切波速(m/s)2.502.50杂填土2004.001.50粉土2804.900.90中砂3106.101.20砾砂500【解】【解】地面下4.90m以下土层剪切波速为500，故场地覆盖层厚度为4.90m500，故场地覆盖层厚度为6+2+14=22m20m，故场地计算深度d0=20m。据书P22表2-1，为II类场地。第17页，共65页。【例【例6 6】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地类别
13、。】表为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地类别。土层编号 土层底部深度(m)土层厚度(m)岩土名称地基土静承载力特征值(kPa)2.202.20杂填土1308.005.80粉质粘土14012.504.50粘土15020.708.20中密的细砂18025.004.30基岩700第18页，共65页。土层编号土层底部深度(m)土层厚度(m)岩土名称地基土静承载力特征值(kPa)剪切波速(m/s)2.202.20杂填土1301508.005.80粉质粘土14025015012.504.50粘土15025015020.708.20中密的细砂18025015025.004.30基岩700500800【解
14、解】根据各层土静载承载力特征值，据书P23表2-2查的土剪切波速的范围，（各层土可取平均值）。第土层剪切波速500，故场地覆盖层厚度=20.7m20m，故场地计算深度d0=20m。据书P22表2-1，为II类场地。第19页，共65页。1.场地内存在场地内存在发震断裂发震断裂时，并应符合下列要求：时，并应符合下列要求：（1）对对符合下列符合下列规规定之一的情况，可定之一的情况，可忽略忽略发发震断裂震断裂错动对错动对地面建筑的影响：地面建筑的影响：1）抗震）抗震设设防烈度小于防烈度小于8度；度；2）非全新世活）非全新世活动动断裂；断裂；3）抗震）抗震设设防烈度防烈度为为8度和度和9度度时时，隐隐伏
15、断裂的土伏断裂的土层层覆盖厚度分覆盖厚度分别别大于大于60m和和90m。（2）对对不符合本条不符合本条1款款规规定的情况，定的情况，应应避开主断裂避开主断裂带带。其。其避避让让距离距离不宜小于下表不宜小于下表对对发发震断裂最小避震断裂最小避让让距离的距离的规规定。定。发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离(m)(m)烈烈 度度建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别甲甲乙乙丙丙丁丁8 8度度专门研究专门研究 200 200 100 100 9 9度度专门研究专门研究 400 400 200 200 四、建筑场地评价及相关规定四、建筑场地评价及相关规定第
16、20页，共65页。【例例7】在在一一般般建建筑筑物物场场地地内内存存在在发发震震断断裂裂时时，试试问问，对对于于下下列列何何项项情情况况应应考虑发震断裂错动对地面建筑的影响？考虑发震断裂错动对地面建筑的影响？（A）抗震设防烈度小于）抗震设防烈度小于8度度（B）全新世以前的活动断裂）全新世以前的活动断裂（C）抗抗震震设设防防烈烈度度为为8度度，前前第第四四纪纪基基岩岩隐隐伏伏断断裂裂的的土土层层覆覆盖盖层层厚厚度度大大于于60m时时（D）抗震设防烈度为）抗震设防烈度为9度，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖层厚度为度，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖层厚度为80m时时【解】【解】D D第21页，共65页。2.当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩土的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以化岩土的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响地段对设计地震动参
