建筑抗震設(shè)計(jì)-第2章-場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)

天津城建大學(xué)TIANJINCHENGJIANUNIVERSITY建筑抗震設(shè)計(jì)主講人：王慶鵬目錄多層砌體房屋5場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算3框架、抗震墻與框架-抗震墻4底部框架-抗震墻、多層內(nèi)框架磚砌房屋6抗震設(shè)計(jì)原則17單層鋼筋混凝土柱廠房場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2局部突出地形的影響1.高突地形距離基準(zhǔn)面的高度愈大，高處的反應(yīng)愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應(yīng)相對(duì)減??；3.在同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大；4.高突地形頂面愈開(kāi)闊，遠(yuǎn)離邊緣的中心部位的反應(yīng)明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應(yīng)相應(yīng)加大。

場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2

斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動(dòng)有關(guān)。

發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時(shí)可能產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險(xiǎn)地段。局部地質(zhì)構(gòu)造的影響地下水位的影響場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地即指建筑物所在地，場(chǎng)地土則是指場(chǎng)地范圍內(nèi)的地基土，即場(chǎng)地表層土的簡(jiǎn)稱。地震對(duì)建筑物的破壞作用是通過(guò)場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)傳遞給上部結(jié)構(gòu)的；同時(shí)，場(chǎng)地與地基在地震時(shí)又支承著上部結(jié)構(gòu)，因此具有雙重作用。場(chǎng)地條件對(duì)建筑震害的影響主要因素是：場(chǎng)地土的剛性（即堅(jiān)硬或密實(shí)程度）大小和場(chǎng)地覆蓋層厚度。土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴(yán)重。2.1場(chǎng)地場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地抗震評(píng)價(jià)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中場(chǎng)地抗震評(píng)價(jià)，就是通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)、地形地貌以及巖土工程環(huán)境等場(chǎng)地條件的分析，研究場(chǎng)地條件對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)震害的影響，從而合理地選擇有利建筑場(chǎng)地以及地基或結(jié)構(gòu)抗震措施，避免和減輕地震對(duì)建筑物或工程設(shè)施的破壞。當(dāng)選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利地段。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地土的剛性大?。▓?jiān)硬程度）影響一般說(shuō)來(lái)，在軟弱地基上，柔性結(jié)構(gòu)物較容易遭受破壞，而剛性結(jié)構(gòu)物表現(xiàn)較好；在堅(jiān)硬地基上，柔性結(jié)構(gòu)物震害較輕，而剛性結(jié)構(gòu)物有時(shí)(如土層淺薄)破壞會(huì)加重。在軟弱地基上，建筑物的破壞有時(shí)是結(jié)構(gòu)破壞所造成，有時(shí)是由于沙土液化、軟土震陷和地基不均勻沉降等造成的地基失效所致。就地面建筑物總的破壞現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，在軟弱地基上的比堅(jiān)硬地基上的要嚴(yán)重。場(chǎng)地土的剛性一般用土的剪切波速表示。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地覆蓋層厚度的確定

1)一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m／s的堅(jiān)硬土層或巖層頂面的距離確定。2)當(dāng)?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，且其下臥土層的剪切波速均不小于400m／s時(shí)，可按地面至該土層頂面的距離確定。3)場(chǎng)地土剪切波速大于500m／s的孤石和硬土透鏡體應(yīng)視同周?chē)翆右粯印?)剪切波速大于500m／s的硬夾層(火山巖夾層)當(dāng)做絕對(duì)剛體看待，其厚度應(yīng)從覆蓋土層中扣除。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地覆蓋層厚度是指地下基巖或剪切波速大于500m／s的堅(jiān)硬土層至地表面的距離。

場(chǎng)地土對(duì)建筑物震害的影響，主要取決于土的堅(jiān)硬程度(剛性)，因?yàn)榧羟胁ㄋ偈亲钅芊从硤?chǎng)地土動(dòng)力性能的重要?jiǎng)恿?shù)，所以土的剛性一般用土的剪切波速vs來(lái)表示。地表土層的組成通常較為復(fù)雜，只有單一性質(zhì)場(chǎng)地土的情況是很少見(jiàn)的，所以一般分層場(chǎng)地土的剪切波速按土層等效剪切波速vse來(lái)表示。等效剪切波速是根據(jù)地震波通過(guò)計(jì)算深度范圍內(nèi)多層土層的時(shí)間等于該波通過(guò)計(jì)算深度范圍內(nèi)單一土層所需時(shí)間的條件求得的。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地類別劃分場(chǎng)地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度分為4類。場(chǎng)地類別劃分的目的和作用

為了考慮場(chǎng)地條件對(duì)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響，通常的做法是將場(chǎng)地按某些指標(biāo)和描述劃分為若干類，以便采取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和有關(guān)的抗震構(gòu)造措施。場(chǎng)地分類的目的:確定不同場(chǎng)地上設(shè)計(jì)反應(yīng)譜;場(chǎng)地分類的作用:是在地震作用計(jì)算中定量考慮場(chǎng)地條件對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度劃分為四類：等效剪切波速（m/s）場(chǎng)地類別Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類vs>5000m500≥vs

>2505m5m250≥vs>1403m3~50m50mvs≤1403m3~15m15~80m80m場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2土層等效剪切波速的計(jì)算Vse----土層等效剪切波速（m/s）d0----場(chǎng)地土計(jì)算深度，取地面下20m和場(chǎng)地覆蓋層厚度兩者的較小值；di----場(chǎng)地土計(jì)算深度范圍內(nèi)，第i層土的厚度(m)；n----計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)目；vsi----計(jì)算深度范圍內(nèi)，第i層土的剪切波速（m/s）；場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地土的類型劃分注：fak為地基土靜承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)土的類型土層剪切波速（m/s）巖土名稱和性狀堅(jiān)硬土vs>500穩(wěn)定巖石，密實(shí)的碎石土中硬土500≥vs

>250中密、稍密的碎石土，密實(shí)、中密的礫、粗、中砂，fak>200的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土

中軟土250≥vs>140稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細(xì)、粉砂，fak

≤200的粘性土和粉土，fak

≥130的填土，可塑黃土軟弱土vs≤140淤泥和淤泥質(zhì)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

場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地的卓越周期：指地表振動(dòng)的頻度—周期關(guān)系曲線上頻度最大值對(duì)應(yīng)的周期?；鶐r上的覆蓋層越厚，場(chǎng)地的卓越周期越長(zhǎng)。計(jì)算公式地震動(dòng)的卓越周期與場(chǎng)地土的固有周期基本相同。凡建筑物的自振周期與場(chǎng)地的卓越周期相等或接近時(shí)，建筑物的震害都有加重的趨勢(shì)。在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)使建筑物的自振周期避開(kāi)場(chǎng)地的卓越周期以免發(fā)生共振。2.1地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)特性場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2加速度時(shí)程曲線地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄是地震工程的基本數(shù)據(jù)。在繪制加速度反應(yīng)譜曲線和進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)直接動(dòng)力計(jì)算時(shí)，都要用到加速度時(shí)程曲線。描述強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)的物理量加速度峰值、持續(xù)時(shí)間、主要周期場(chǎng)地類別越大，震中距越遠(yuǎn)，地震的特征周期越長(zhǎng)。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2可不進(jìn)行天然地基和基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算的范圍1)砌體房屋；2)地基主要受力層范圍內(nèi)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(guò)8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋；

3）基礎(chǔ)荷載與2）項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。3)規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。2.3天然地基與基礎(chǔ)場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2天然地基地震作用下的承載力驗(yàn)算采用“擬靜力法”

規(guī)范規(guī)定：基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣最大壓力應(yīng)符合下式要求式中p----基礎(chǔ)底面平均壓力（kPa)pmax—基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力(kPa)faE---地基土抗震允許承載力

高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力；其它建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面面積的15%。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2場(chǎng)地土的液化現(xiàn)象與震害

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震作用下，土顆粒之間有變密的趨勢(shì)，這種急劇上升的空隙水壓力來(lái)不及消散，使原有土顆粒通過(guò)接觸點(diǎn)傳遞的壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時(shí)，土體完全失去抗剪強(qiáng)度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。液化的震害：噴水冒砂淹沒(méi)農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。2.4液化土地基場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2液化使建筑物產(chǎn)生下列震害：1.地面開(kāi)裂下沉使建筑物產(chǎn)生過(guò)渡下沉或整體傾斜；2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)破壞，使墻體開(kāi)裂和建筑物體形變化處開(kāi)裂；3.室內(nèi)地坪上鼓、開(kāi)裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2影響場(chǎng)地土液化的主要因素：1.土層的地質(zhì)年代：地質(zhì)年代越久的土層的固結(jié)度、密實(shí)度和結(jié)構(gòu)性也越好，抵抗液化能力越強(qiáng)。2.土中黏粒含量：隨著土中黏粒含量的增加，使土中的粘聚力增大，從而抵抗液化的能力增加。3.上覆非液化土層厚度和地下水位深度：上覆非液化土層厚度指地震時(shí)能抑制可液化土層噴水冒砂的厚度。4.土的密實(shí)度5.土層埋深：側(cè)壓力越大，土層越不易液化。6.地震烈度和震級(jí)：烈度越高，地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大，土層越易液化。

遠(yuǎn)震比近震振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，更易液化。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2液化判別與危害程度估計(jì)1、液化判別和處理的一般原則：1）對(duì)存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別。對(duì)6度區(qū)一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對(duì)液化敏感的乙類建筑可按7度的要求進(jìn)行判別和處理。2）存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級(jí)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2液化判別和危害性估計(jì)方法

對(duì)一般工程項(xiàng)目砂土或粉土液化判別及危害程度估計(jì)可按以下步驟進(jìn)行：1）初判

以地質(zhì)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(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及以前時(shí)，7、8

度可判為不液化；（2）當(dāng)粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在7、8和9度時(shí)分別大于10、13和16可判為不液化；場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2（3）采用天然地基的建筑，當(dāng)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(shí)，可不考慮液化影響。---上覆非液化土層厚度（m)，計(jì)算時(shí)宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；---基礎(chǔ)埋置深度(m),不超過(guò)2m時(shí)采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)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烈度飽和土類別場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2---上覆非液化土層厚度（m)；---基礎(chǔ)埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)粉土7度9度8度7度8度9度db>2時(shí)，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。查液化土特征深度表例1圖示為某場(chǎng)地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(chǔ)埋深db=2m,該場(chǎng)地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別需要考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m例1圖示為某場(chǎng)地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(chǔ)埋深db=2m,該場(chǎng)地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定需要考慮液化影響。1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)砂土7度8度9度du=5.5mdw=6mdw=6mdu=5.5mdb=2m查液化土特征深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不滿足判別式，需要進(jìn)一步判別是否考慮液化影響。例2圖示為某場(chǎng)地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,

該場(chǎng)地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m例2圖示為某場(chǎng)地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,

該場(chǎng)地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定

需要進(jìn)一步判別是否考慮液化影響。1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)砂土7度8度9度dw=6mdu=5.5mdb=2.5m場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)22）細(xì)判采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別

鉆孔至試驗(yàn)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(biāo)貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來(lái)確定是否會(huì)液化。1---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---貫入器靴場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2為了鑒別場(chǎng)地土液化危害的嚴(yán)重程度，根據(jù)液化指數(shù)確定液化等級(jí)液化等級(jí)與相應(yīng)的震害液化等級(jí)

地面噴水冒砂情況

對(duì)建筑物的危害情況輕微地面無(wú)噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點(diǎn)危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴(yán)重均有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開(kāi)裂，有時(shí)不均勻沉陷可達(dá)200mm嚴(yán)重一般噴水冒砂都很?chē)?yán)重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)重液化指數(shù)IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞18場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2三、抗液化措施及選擇當(dāng)液化土層較平坦、均勻時(shí)，可按下表選用抗液化措施地基和上部結(jié)構(gòu)處理，或其它經(jīng)濟(jì)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(duì)地基和上部結(jié)構(gòu)處理基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，或更高要求的措施基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)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(duì)地基和上部結(jié)構(gòu)處理部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y(jié)構(gòu)處理乙類嚴(yán)重中等輕微地基的液化等級(jí)建筑類別甲類建筑的地基抗液化措施應(yīng)進(jìn)行專門(mén)研究，但不宜低于乙類的相應(yīng)要求。不宜將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基持力層。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)22）采用深基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應(yīng)小于0.5m；3）采用加密法（如振沖、振動(dòng)加密、砂樁擠密、強(qiáng)夯等）加固時(shí)，應(yīng)處理至液化深度下界，且處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值不宜大于相應(yīng)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(shí)，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。1）采用樁基時(shí)，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁尖部分），應(yīng)按計(jì)算確定，且對(duì)碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土尚不應(yīng)小于0.5m，對(duì)其他非巖石尚不應(yīng)小于1.5m；1、全部消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)22、部分消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：1）處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減少，當(dāng)判別深度為15m時(shí)，其值不宜大于4，當(dāng)判別深度為20m時(shí)，其值不宜大于5；對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)，尚不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面下液化特征深度和基礎(chǔ)寬度的較大值。2）處理深度范圍內(nèi)，應(yīng)挖除其液化土層或采用加密法加固，使處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值不小于相應(yīng)的臨界值。3）基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度與全部清除地基液化沉陷時(shí)的要求相同。場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)21)選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度；5)管道穿過(guò)建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。3.減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合考慮采用下列措施：2)調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心；3)加強(qiáng)基礎(chǔ)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(chǔ)，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁、基礎(chǔ)梁系等；4)減輕荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對(duì)不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等；場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ)2采取抗液化措施應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題:

（1）前面講的各種措施不適用于傾斜場(chǎng)地（2）輕微液化,一般不做特殊處理(