2 场地、地基与基础《建筑抗震知识》ppt课件

,建筑抗震知识2场地、地基与基础刘为民1,本章的重要概念：有利地段、不利地段、危险地段、发震断裂带的影响、地形的影响、场地固有周期计算方法、场地滤波效应、场地类别判定方法、地基抗震承载力验算方法、场地土液化产生的震害、影响液化的主要因素、场地土液化的判别方法、液化指数、抗液化措施。鞍山烈士山小学向上小学同一套图纸烈士山解放路类、类破坏严重基本完好说明问题：场地条件不同，震害不同坚硬场地，不一定对所有的建筑物都有利。,第二章场地、地基和基础,2,2.1.1场地地段划分发震断裂带的影响浅源地震，地表裂开，地面建筑物多遭破坏。活动断层附近是地裂缝的密集区。是危险地段，设计时应避开。只有9度及9度以上高烈度区，设计时才考虑。8度及8度以下不考虑。4.1.8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，尚应估计不利地段对设计地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。其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于1.6。,2.1场地,3,2.1.1场地地段划分3.3.1选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料、对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。3.3.2建筑场地为I类时，甲、乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。,2.1场地,4,2.1.1场地地段划分3.3.3建筑场地为、类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，除本规范另有规定外，宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。,2.1场地,建筑抗震设计规范GB50011-2001,5,2.1.1场地地段划分3.3.4地基和基础设计应符合下列要求：同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应的措施。,2.1场地,建筑抗震设计规范GB50011-2001,6,2.1.1场地地段划分,2.1场地,表4.1.1有利、不利、和危险地段的划分,7,局部地形的影响王前信著工程抗震三字经，地震出版社，1997。孤突地灾趋重凹陷处待研中一、建筑物场地的地震影响软弱地基。柔性结构易破坏，刚性较大的结构破坏较轻。坚硬地基。刚性结构易破坏，而柔性结构破坏较轻。软弱夹层地基。唐山地震时，几栋砖房没倒，只开裂，钻孔发现地基有一软弱夹层，起到隔震作用。但还不能得出结论，有待于进一步研究。,amax比平地大,放大或缩小尚不清楚,8,二、场地土层的固有周期与场地的地震效应1、场地土层的固有周期场地土的固有周期是场地的最重要的特性，如何求场地的自振周期，用剪切质点系模型土柱,MiKi,ihi,1m,a(t),基岩,其中,层土的密度,层土的厚度,层土的剪切模量,9,其中的第一周期（T1）叫场地的基本周期。实际计算时用实用方法，如雅克比法、迭代法等。土层具有非线性特性，计算时土层的刚度应做适当调整。对于单一的均匀土层，自振周期对于多层土，基本周期的近似算法,土层vs,H,基岩,vsihi,基岩,10,土层越软，自振周期越长。土层越硬，自振周期越短。计算结果表明：如果土层中含有硬夹层，基本周期减小，且越靠近底层，减少越明显。如果土层中含有软夹层，基本周期增大，且越靠近底层，增大越明显。2。场地的地震效应场地自振周期Ta(t)由许多频率成分组成有些成分与T接近被放大了，与T相差较大的成分，被削弱。即“滤波效应”。,基岩a(t),地表a(t),t,11,2.1.2场地土类型的划分4.1.2建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定，先确定场地土层的等效剪切波速，再根据场地覆盖层厚度，将场地划分为类。,建筑抗震设计规范GB50011-2001,12,2.1.2场地土类型的划分土层的等效剪切波速Vse土层等效剪切波速d0计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值t剪切波在地表至计算深度之间的传播时间di计算深度范围内第i层土的厚度(m)Vsi计算深度范围内第i层土的剪切波速n计算深度范围内土层的分层数,13,2.1.3.1等效剪切波速根据等效剪切波速场地土类型分4类坚硬场地土中硬场地土中软场地土软弱场地土,建筑抗震设计规范GB50011-2001,2.1.3场地类别划分,14,2.1.3.2场地覆盖层厚度震害调查表明，场地覆盖层厚度不同，地表上的建筑物破坏程度不同。我国的抗震规范对场地覆盖层的定义如下：一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面距离确定。当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。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。,15,场地类别：抗震规范规定，根据场地土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为类，见下表4.1.6：,4.1.6各类建筑场地的覆盖层厚度（m）,建筑抗震设计规范GB50011-2001,16,4.1.7场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：抗震设防烈度小于8度；非全新世活动断裂。抗震设防烈度为8度或9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。对不符合本条1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表4.1.7对发震断裂最小避让距离的规定。,建筑抗震设计规范GB50011-2001,17,表4.1.7发震断裂的最小避让距离(m),2.1.4主断裂带避让距离,建筑抗震设计规范GB50011-2001,18,4.1.8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，尚应估计不利地段对设计地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。其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于1.6。,2.1.4主断裂带避让距离,19,2-3天然地基的震害特点及其抗震措施天然地基：不需要处理而直接利用的地基。震害调查表明，天然地基的震害较轻，说明天然地基有较大的安全储备。尽管震害较轻，但一旦发生破坏，难以修复，所以还是不能忽视。一、天然地基的震害饱和软粘土、淤泥质土，强度低，高压缩性，地震时易导致建筑物倾斜、沉陷，造成房屋不能使用。松软填土地基土质较松、强度低，地震时导致结构开裂。海城地震时，就有这方面的震害现象。不均匀地基引起不均匀沉降，导致结构破坏。,20,二、天然地基的抗震措施软弱粘性土地基压缩性大、抗震强度小、承载力低，易发生剪切破坏。设计时合理选择地基容许承载力，保证有足够的安全储备。如果觉得危险，可采用桩基。杂填土地基土质结构松散，均匀性很差，强度低，压缩性高，浸水湿陷性。最好全部挖除，再用好土分层碾压。,21,二、天然地基的抗震措施不均匀地基尽量避开，无法避开，结构布局应合理。地基加固处理方法对于各种软弱地基，常用的方法是换土垫层法。它造价低，施工方便。建筑的荷载不太大时，可采用将基底下的软弱土挖除，回填强度高、压缩性低材料：中粗沙、碎石、卵石、石屑、矿渣。,22,对于杂填土等松软地基，还可采用重锤夯实法。但当地下水位至地表小于0.8米或夯实深度内有饱和软土层时不宜采用此法。对于松散土、杂填土、可液化土（后面要讲），荷载影响较深时，可采用挤密桩法。,do+db-3du+dw1.5do+2db-4.5du-上覆非液化土层深度（m），计算时淤泥和淤泥质土层扣除。do-液化土特征深度(m)见表2-6，有具体规定(土的类别、烈度有关)db-基础埋置深度（m）小于2m时取2dw-地下水位深度（m）表2-6液化土特征深度（m）如果以上条件(1)(2)(3)均不满足，则进一步判别,36,2、标准贯入实验判别现场实验，标准贯入设备。先讲一下判别公式液化土：N63.5-标准贯入实验锤击数实测值Ncr-标准贯入实验锤击数临界值ds-饱和砂土或粉土标准贯入点深度（m）c-粘粒含量百分比，小于3或砂土，取3NO-标准贯入实验锤击数基准值表27标准贯入锤击数基准值,37,液化土,标准贯入实验,76cm,15cm,ds,触探杆,锤垫,穿心锤,A,38,N63.5穿心锤重63.5kg贯入深度为30cm时，相应的锤击数N63.5NO-标准贯入实验锤击数基准值特定条件下（ds=3m，dw=2m，c=3)实测的锤击数，括号中是修正系数（液化层深度、地下水位深度、粘粒含量）。三、液化场地的危害性分析与抗液化措施液化地基的主要危害是使建筑物产生不均匀沉降、喷砂。N63.5比Ncr小得越多，则液化越严重，对建筑物的危害越大。定义一个比值同一标高的液化土F值越大，土层液化越严重。这个公式只能判别一个土层的液化程度。对于一个场地，如何评价它的液化程度？用液化指数来评价。,39,n判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数，Ni，Ncri-分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时，取Ni=Ncri,点所代表的土层厚度（m),上界不能小于地下水位深度下界不大于非液化深度,Wi权函数，层位影响,40,i,di,15m（20m）以内,wi,10,5,15m(20m),求得液化指数后，可以判断场地土的液化程度抗震规范将场地土的液化程度划分为三个等级轻微液化喷砂可能性小震害很轻中等液化喷砂可能性大建筑物开裂严重液化喷砂严重建筑物倾斜、倾倒例题2280钻孔资料见表29，确定场地的液化等级,41,解：（1）计算Ncri,两层液化土层,（2）计算Fi,（3）计算di（4）计算权函数wi（5）计算液化指数,结论：严重液化,抗液化措施：根据建筑物的重要性、地基的液化程度（等级），可按表29中的规定采取措施,42,表2-9抗液化措施,43,表29根据建筑物的重要性、液化等级规定了相应的处理措施全部消除液化沉陷：,计算确定,深基础,非液化土层50cm,加密法,非液化土全部挖除,要求：桩尖应深入液化层下的稳定土层，深入长度由计算确定，还有具体规定。采用其它深基础时，基底埋入液化层以下稳定土层深度不小于50cm，处理深度应在液化土层以下，处理后,将液化土层全部挖除,44,部分消除地基液化沉陷要求处理后场地液化指数小于4（判别深度15m）或5（判别深度20m）独立基础、条形基础，处理深度：液化土特征深度和基础宽度的较大值处理深度范围内，挖除液化土层或挤密，处理后,45,基础选择合理的埋深，减少基础偏心，加强基础的整体性（箱基、筏基、加圈梁），增大上部结构的整体刚度，合理设置沉陷缝。采取抗液化措施应注意的几个问题:前面讲的各种措施不适用于倾斜场地。轻微液化，一般不做特殊处理(甲、乙类建筑物除外)。中等液化，尽量采用构造措施，不做土层处理（经济、易实施）。液化层很深的场地，要求部分消除液化沉陷的措施时，处理深度不一定要达到液化下界，一般处理范围610米深（从经济上考虑）。未经处理的液化层不能作为天然地基的持力层。,基础和上部结构处理,46,2-6桩基抗震验算震害调查表明，桩基楚的抗震性能比天然地基好。抗震规范规定某些建筑物的桩基抗震承载力可不验算，并规定了低承台桩在非液化土及液化土层中的抗震验算原则。一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑低承台桩基、以竖向荷载为主、地下无液化土层、桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力不大于100Kpa填土。下列建筑:(1)砌体结构和可不进行上部结构抗震验算的建筑(2)7度和8度的下列建筑:一般的单层厂房和单层空旷房屋;不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋;基础荷载与项相当的多层框架厂房。,47,二、桩基的抗震验算原则1、非液化土中低承台桩基的抗震验算验算桩基时，单桩的竖向和水平向的抗震承载力特征值，可比非抗震设计提高25%。当承台周围的回填土夯实后，其干密度不小于建筑地基基础设计规范对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用，但不计入承台底面与地基土间的摩擦力。,48,2、存在液化土层的低承台桩基抗震验算对一般的浅基础，不宜计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震的分担作用。当桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时，可按以下两种情况进行桩的抗震验算，并取不利情况进行设计:第一种情况：桩承受全部地震作用，桩承载力仍按上述非液化土中低承台桩基抗震验算规定取用。另外，液化土的桩周摩擦力及水平抗力均乘以折减系数，见表2-10,49,表2-10土层液化影响折减系数,50,第二种情况：地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用，桩承载力仍按上述非液化土中低承台桩基抗震验算规定取用。但扣除液化土层的全部摩擦阻力及桩承台下2m深度范围内非液化土的桩周摩擦阻力。打入式预制桩及其他挤土桩，当平均桩距为2.54倍的桩径且桩数不少于55时，可计入