建筑結構抗震設計-地基與基礎

建筑結構抗震設計-地基與基礎第一頁，共52頁。第八章地基與基礎關于地基基礎設計，抗震規(guī)范有如下規(guī)定：1、避開危險地帶（如斷裂帶等）；2、同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基上；3、同一結構單元的基礎不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；4、軟弱地基上的基礎應加強其整體性和剛性。第二頁，共52頁?！?.1建筑場地

場地：建筑物所在地，其范圍大體相當于廠區(qū)、居民點和自然村的范圍8.1.1場地土類型場地土：場地范圍內的地基土分類指標：場地土的剛度土的剛度：研究表明，場地土質堅硬與否對地表地震效應影響明顯。這種土質堅硬性能稱之為“土的剛度”，一般用圖的剪切波速表示。第三頁，共52頁?！?.1建筑場地

土的類型劃分和剪切波速范圍：土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍(m/s)巖石堅硬、較硬且完整的巖石vs>800堅硬土或軟質巖石破碎和較破碎的巖石或軟和較軟的巖石，密實的碎石土800≥vs>500中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak>150的粘性土和粉土，堅硬黃土500≥vs>250中軟土稍密的的礫、粗、中砂,除松散外的細、粉砂,fak≤150的粘性土和粉土,fak>130的填土，可塑黃土250≥vs>150軟弱土淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黃土vs≤150fak

---由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值第四頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.2場地覆蓋層厚度場地覆蓋層厚度的確定：（1）.一般情況下，應按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面距離確定；（2）.當?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且其下臥巖土的剪切波速不小于400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定；（3）.剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍土層；（4）.土層中的火山巖硬夾層，應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。第五頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.3土層等效剪切坡速

土的等效剪切波速反應各層土的綜合剛度，其值可根據(jù)地震波通過計算深度范圍內各土層的總時間等于該波通過同一計算深度的單一折算土層所需的時間求的。

土層等效剪切波速Vse式中:

d0——計算深度，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值；

n——計算深度范圍內土層的分層數(shù)；Vsi——第i層土的剪切波速；

di——第i層土的厚度；

t

——剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間。第六頁，共52頁。§8.1建筑場地

8.1.4建筑場地類別劃分

建筑場地類別是場地條件的基本表征，場地條件對地震的影響已被多次大地震的震害現(xiàn)象、理論分析結果和強震觀測資料所證實。研究表明以下兩個場地條件是影響地表振動的主要因素：

1、場地土的剛度；

2、場地覆蓋層厚度。

房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大；比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地。第七頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.4建筑場地類別劃分

我國根據(jù)上述兩個影響因素將建筑場地劃分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種類別，其中I類分為I0、I1兩個亞類，如下表所示：表2各類建筑場地的覆蓋層厚度（m）

注意：該表適用于剪切波速隨深度遞增的一般情況，當計算深度以下有明顯的軟土層時需要適當提高場地類型。巖石的剪切波速或土的等效剪切波速(m/s)場地類別I0I1ⅡⅢⅣns>8000800≥ns>5000500≥nse>250<5≥5250≥nse>150<33~50>50nse≤150<33~1515~80>80第八頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.4土層等效剪切坡速例：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建筑場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質粘土200632.9細砂31069.56.5礫混粗砂520第九頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.4土層等效剪切坡速例：已知某8層、高度為26買的丙類建筑的場地地質鉆孔資料如下表所示，試確定該場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱地基土靜承載力特征值/kPa2.502.50雜填土13010.007.50粉質粘土12022.5012.50中密的細砂140----基巖--第十頁，共52頁?！?.1建筑場地

8.1.4土層等效剪切坡速作業(yè)1：已知某建筑場地的鉆孔地質資料如下表所示，試確定該場地類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s2.002.00雜填土2205.003.00粉土3008.503.50中砂39015.707.20碎石土550第十一頁，共52頁。§8.1建筑場地

8.1.4土層等效剪切坡速作業(yè)2：已知某建筑場地的鉆孔地質資料如下表所示，試確定該場地類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s2.102.10黃土①13011.809.70

黃土②9027.015.20粉土38059.5037.5礫石夾砂530第十二頁，共52頁?！?.2地基承載力抗震驗算

一般情況下，地基發(fā)生震害的情況很少。但高壓縮性飽和軟黏土和強度低的淤泥質土，在地震中會發(fā)生不同程度的震陷、傾斜。雜填土、回填土，在地震中也會發(fā)生震陷。還有較嚴重的是地基的液化。

抗震措施：對軟弱土采用樁基和地基加固等。

在許多情況下，只要滿足了靜荷載作用下的地基承載力要求，就可不進行地基承載力抗震驗算。第十三頁，共52頁?！?.2地基承載力抗震驗算

8.2.1無需驗算的場合（1）砌體房屋（2）地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑：1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；2）不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋；3）基礎荷載與2）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房。（3）規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。注意：軟弱黏土層指7度、8度和9度時，地基承載力特征值分別小于80、100和120kPa的土層。第十四頁，共52頁。§8.2地基承載力抗震驗算

8.2.2驗算方法1、地基承載力式中：faE---調整后的地基抗震承載力設計值；

---地基抗震承載力調整系數(shù)，根據(jù)土質不同，按表3采用；fa---深寬修正后的地基承載力特征值，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007采用。第十五頁，共52頁?！?.2地基承載力抗震驗算

8.2.2驗算方法1、地基承載力表3地基土抗震承載力調整系數(shù)第十六頁，共52頁?！?.2地基承載力抗震驗算

8.2.2驗算方法2、天然地基抗震承載力驗算第十七頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地

8.3.1液化現(xiàn)象及危害1、場地土的液化現(xiàn)象

處于地下水位以下的飽和砂土與粉土，在地震時容易發(fā)生液化現(xiàn)象。砂土和粉土的土顆粒結構受到地震作用時將趨于密實。這種趨于密實的作用使孔隙水壓力急劇上升，在地震作用的短暫時間內，孔隙水壓力來不及消散，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)。1964年美國Alaska地震和日本新澙地震中大量出現(xiàn)。唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。第十八頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

8.3.1液化現(xiàn)象及危害1、場地土的液化現(xiàn)象第十九頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地

8.3.1液化現(xiàn)象及危害1、場地土的液化現(xiàn)象南投埔里鎮(zhèn)民富一街路面因土壤液化而導致開裂及下陷南投市公所社會科辦公大樓前之大草坪產生土壤液化情形發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震第二十頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

8.3.1液化現(xiàn)象及危害1、場地土的液化現(xiàn)象2011年新西蘭基督城地震第二十一頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

8.3.1液化現(xiàn)象及危害2、液化導致地基失效的條件（1）砂土或粉土的密實度低；（2）地震動較劇烈；（3）土的微觀結構的穩(wěn)定性差；（4）下水位高；（5）高壓水不易滲透；（6）上覆非液化土層較薄，或者有薄弱部位。第二十二頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地

3、影響液化的因素地質年代的新老表示土層沉積時間的長短，地質年代越古老的土層，其固結度、密實度和結構性就越好，抵抗液化能力就越強；

一般來說，細沙較粗沙容易液化，顆粒均勻單一的較顆粒級配良好的容易液化。細沙容易液化的主要原因是其透水性差，地震時易產生孔隙水超壓作用；松沙較密沙容易液化，對于粉土，其黏性顆粒含量決定了這類土壤的性質，黏性顆粒少的比多的容易液化；砂土層埋深越大，其上有效覆蓋壓力就越大，則土的側限壓力也就越大，就越不容易液化；地下水位淺時較地下水位深時容易液化。對于砂土，一般地下水位小于4m時易液化，超過此深度后幾乎不發(fā)生液化；地震烈度越高和持續(xù)時間越長，越容易發(fā)生液化。一般液化主要發(fā)生在地震烈度為7度級以上地區(qū)，而烈度為6度及以下的地區(qū)，很少看到液化現(xiàn)象。（1）土層的地質年代：（2）土的組成：（3）土的密實程度：（4）土層的埋深：（5）地下水位深度：（6）地震烈度和持續(xù)時間：第二十三頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地

8.3.2液化判斷兩大步驟：1.初步判別；2.標準貫入試驗判別（再判）1.初步判斷

以地質年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件（1）地質年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8度可判為不液化；（2）當粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；（3）采用天然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響。第二十四頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地

8.3.2液化判別---上覆非液化土層厚度（m)，計算時宜將淤泥和淤泥質土層扣除；---基礎埋置深度(m),不超過2m時應采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內年平均最高水位采用，也可按近期內年最高水位采用；---液化土特征深度（m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上覆土越厚越不易液化地下水位越深越不易液化第二十五頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：db>2時，在du、dw中減去（db-2）后再查圖確定。1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土砂土液化初判地下水和上覆非液化層界限圖第二十六頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

8.3.2液化判斷例：圖示為某砂土地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m，其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m第二十七頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地

8.3.2液化判斷另解：按土層液化判別圖確定

du=5.5m

dw=6m1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土7度8度9度需要考慮液化影響。第二十八頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地標準貫入試驗設備：

標準貫入試驗設備如圖所示。鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。8.3.2液化判斷2.標準貫入試驗判別初判條件均不能滿足時，地基土存在液化可能采用標準貫入試驗進一步判別其是否液化1---63.5kg穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴第二十九頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.2液化判斷2.標準貫入試驗判別規(guī)范規(guī)定：

一般情況下，應判別地面下20m深度范圍內土的液化。當飽和砂土或粉土的實測標準貫入錘擊數(shù)N63.5小于或等于液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值Ncr時，即N63.5<

Ncr時，判為液化，否則判為不液化。Ncr按下式計算：式中：---地下水位深度（m)---飽和土標準貫入試驗點深度（m)---液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值，按下表采用---粘粒含量百分率，當小于3或是砂土時，均應取3---調整系數(shù)，設計地震第一組取0.80，第二組0.95，第三組1.05第三十頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.2液化判斷2.標準貫入試驗判別標準貫入錘擊數(shù)基準值由以上分析可見，地基土液化判別的臨界值Ncr的確定主要考慮了地下水位深度、土層所處位置、飽和土黏粒含量，以及地震烈度等影響土層液化的要素設計基本地震加速度（g）0.100.150.200.300.40液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值710121619第三十一頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施1.液化指數(shù)式中：

---判別深度內每一個鉆孔標準貫入試驗點總數(shù)；---分別為i點標準貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當實測值大于臨界值時取臨界值的取值；---第i點所代表的土層厚度（m),可采用與該標準貫入試驗點相鄰的上、下兩標準貫入試驗點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；---i層單位土層厚度的層位影響權函數(shù)值（m-1)。當該層中點深度不大于5m時應采用10，等于20m時應取零值,5—20m時應按線性內插值法取值。（di和wi的取值參見下圖）第三十二頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施1.液化指數(shù)第三十三頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施2.液化等級的判別由液化指數(shù)，按下表確定液化等級液化等級與相應的震害第三十四頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.2液化判斷例：

某場地8度設防，設計基本地震加速度為0.20g，工程地質年代為第四紀全新世，設計地震分組為一組，擬在上面建造一丙類建筑，基礎埋深2.0m。鉆孔深度為20m，地下水位埋深1.0m，土層組成如下所述，各貫入點深度及錘擊數(shù)實測值如下表所示。判別地基是否液化；若為液化土，求液化指數(shù)和液化等級。（1）細砂，飽和，松散，層厚2.1m。（2）粉質黏土，可塑至硬塑，層厚1.5m。（3）細砂，飽和，密實，層厚4.4m。（4）粉土，硬塑，層厚12m。編號12345深度/m1.44567實測N31581612標準貫入試驗結果

第三十五頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.2液化判斷例：

某一場地地層為第四紀全新世紀沖積層及新近沉積層，地下水位埋深2.8m，該地地震烈度為8度（第一組），設計基本地震加速度為0.20g，巖土工程勘察鉆孔深度為15m?；A埋深1.5m。土層自上而下為5層.現(xiàn)進行標準貫入試驗的結果如表所示。根據(jù)勘察結果，判別地基是否會液化？（1）粉細砂，稍濕，飽和，松散，層厚3.5m（2）細砂，飽和，松散，層厚3.7m（3）中粗砂，稍密~中密，層厚3.2m（4）質黏土，可塑~硬塑，層厚3m（5）粉土，硬塑編號12345深度/m2.33.34.35.86.8實測N62248標準貫入試驗結果

第三十六頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施3.抗液化措施當液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施地基和上部結構處理，或其它經濟的措施可不采取措施可不采取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理基礎和上部結構處理，或更高要求的措施基礎和上部結構處理，亦可不采取措施丙類全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理部分消除液化沉陷，或對地基和上部結構處理乙類嚴重中等輕微地基的液化等級建筑類別第三十七頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施（1）全部消除地基液化沉陷的措施應符合：

1）采用樁基時，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度（不包括樁尖部分），應按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應小于0.5m，對其他非巖石尚不應小于1.5m；2）采用深基礎時，基礎底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應小于0.5m；第三十八頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施（1）全部消除地基液化沉陷的措施應符合：

3）采用加密法（如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等）加固時，應處理至液化深度下界，且處理后土層的標準貫入錘擊數(shù)的實測值不宜大于相應的臨界值m；

4）挖除全部液化土層；

5）采用加密法或換土法處理時，在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2且不小于基礎寬度的1/5。第三十九頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施（2）部分消除地基液化沉陷的措施應符合：

1）處理深度應使處理后的地基液化指數(shù)減少，當判別深度為15m時，其值不宜大于4，當判別深度為20m時，其值不宜大于5；對獨立基礎與條形基礎，尚不應小于基礎底面下液化特征深度和基礎寬度的較大值；2）處理深度范圍內，應挖除其液化土層或采用加密法加固，使處理后土層的標準貫入錘擊數(shù)實測值不小于相應的臨界值；

3）基礎邊緣以外的處理寬度與全部清除地基液化沉陷時的要求相同。第四十頁，共52頁。§8.3液化土和軟土基地8.3.3液化場地的危害性分析與抗液化措施（3）通過對基礎和上部結構處理，減輕液化沉降的影響：

1）選擇合適的基礎埋置深度；2）調整基礎底面積，減少基礎偏心；

3）加強基礎的整體性和剛性，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土十字形基礎，加設基礎圈梁、基礎梁系等；

4)

減輕荷載，增強上部結構的整體剛度和均勻對稱性，合理設置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結構形式等；

5)管道穿過建筑處應預留足夠尺寸或采用柔性接頭等。第四十一頁，共52頁?！?.3液化土和軟土基地8.3.4軟土基地地基中軟弱黏土層的震陷判別，可采用下列方法。飽第四十二頁，共52頁。§8.4對各類房屋基礎的要求（1）框架單獨柱基有下列情況之一時，宜沿兩個主軸方向設置基礎系梁：

1）一級框架和Ⅳ類場地的二級框架；2）各柱基礎底面在重力荷載代表值作用下的壓應力差別較大；

3）基礎埋深較深，或各基礎埋置深度差別較大；

4)

地基主要受力層范圍內存在軟弱黏性土層、液化土層或嚴重不均勻土層；

5)樁基承臺之間。第四十三頁，共52頁?！?.4對各類房屋基礎的要求（2）框架-抗震墻結構、板柱-抗震墻結構中的抗震墻基礎和部分框支抗震墻結構的落地抗震墻基礎，應有良好的整體性和抗轉動的能力；（3）底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震墻應設置條形基礎、筏形基礎等整體性好的基礎。（4）同一結構單元的基礎（或樁承臺），宜采用同一類型的基礎，底面宜埋置在同一標高上，否則應增設基礎圈梁并應按1:2的臺階逐步放坡。第四十四頁，共52頁?！?.4對各類房屋基礎的要求（5）鋼結構房屋的地下室設置，應符合下列要求：1）設置地下室時，框架-支撐（抗震墻板）結構中豎向連續(xù)布置的支撐（抗震墻板）應延伸至基礎；鋼框架柱應至少延伸至地下一層，其豎向荷載應直接傳至基礎。2)超過50m的鋼結構房屋應設置地下室。其基礎埋置深度，應采用天然地基時不宜小于房屋總高度的1/15；當采用樁基時，樁承臺埋深不宜小于房屋總高度的1/20。第四十五頁，共52頁?！?.5樁基礎8.5.1液化場地的危害性分析與抗液化措施

由于下述采用樁基的建筑在地震中極少發(fā)生地基失效，故《抗震規(guī)范》規(guī)定，對于承受豎向荷載為主的低承臺樁基，當?shù)孛嫦聼o液化土層，且樁承臺周圍無淤泥、淤泥質土和地基土靜承載力特征值不大于100kPa的填土時，下列建筑可不進行樁基抗震承載力驗算：1、砌體房屋和可不進行上部結構抗震驗算的建筑；2、7度和8度時，1）一般單層廠房、單層空曠房屋2）不超過8層且高度在高度24m以下的一般民用框架房屋及與其基礎荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房