建筑抗震设计-第2章-场地、地基与基础

1、天津城建大学天津城建大学TIANJIN CHENGJIAN UNIVERSITY建筑抗震设计主讲人：王庆鹏主讲人：王庆鹏目录多层砌体房屋多层砌体房屋5场地、地基与基础场地、地基与基础2地震作用与结构抗震验算地震作用与结构抗震验算3框架、抗震墙与框架框架、抗震墙与框架-抗震墙抗震墙4底部框架底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋抗震墙、多层内框架砖砌房屋6抗震设计原则抗震设计原则17单层钢筋混凝土柱厂房单层钢筋混凝土柱厂房场地、地基与基础场地、地基与基础21.1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相

2、对减小；离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.4.高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明 显减小显减小; ;5.5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。场地、地基与基础场地、地基与基础2 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。动有关。 发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较

3、大的破坏，属于地震危险地段。使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。场地、地基与基础场地、地基与基础2 场地场地即指建筑物所在地，即指建筑物所在地，场地土场地土则是指场地范围内的则是指场地范围内的地基土，即场地表层土的简称。地基土，即场地表层土的简称。 地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传递给上部结构的；同时，场地与地基在地震时又支承递给上部结构的；同时，场地与地基在地震时又支承着上部结构，因此具有双重作用。着上部结构，因此具有双重作用。 场地条件对建筑震害的影响主要因素是：场地土的刚场地条件对建筑震害的影响主要因素是：场地土的刚性（即

4、坚硬或密实程度）大小和场地覆盖层厚度。性（即坚硬或密实程度）大小和场地覆盖层厚度。 土质越软，覆盖层越厚，建筑物震害越严重。土质越软，覆盖层越厚，建筑物震害越严重。场地、地基与基础场地、地基与基础2场地抗震评价场地抗震评价 抗震设计规范中场地抗震评价，就是通过对工程地质抗震设计规范中场地抗震评价，就是通过对工程地质、地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析，研、地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析，研究场地条件对基础和上部结构震害的影响，从而合理究场地条件对基础和上部结构震害的影响，从而合理地选择有利建筑场地以及地基或结构抗震措施，避免地选择有利建筑场地以及地基或结构抗震措施，避免和减轻地

5、震对建筑物或工程设施的破坏。和减轻地震对建筑物或工程设施的破坏。当选择建筑场地时，应避开对建筑抗震不利地段。当选择建筑场地时，应避开对建筑抗震不利地段。场地、地基与基础场地、地基与基础2场地土的刚性大小（坚硬程度）影响场地土的刚性大小（坚硬程度）影响 一般说来，在软弱地基上，柔性结构物较容易遭受破一般说来，在软弱地基上，柔性结构物较容易遭受破坏，而刚性结构物表现较好；在坚硬地基上，柔性结坏，而刚性结构物表现较好；在坚硬地基上，柔性结构物震害较轻，而刚性结构物有时构物震害较轻，而刚性结构物有时(如土层浅薄如土层浅薄)破坏会破坏会加重。加重。 在软弱地基上，建筑物的破坏有时是结构破坏所造成在软弱地

6、基上，建筑物的破坏有时是结构破坏所造成，有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降，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。等造成的地基失效所致。 就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的比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要严重。坚硬地基上的要严重。 场地土的刚性一般用土的剪切波速表示。场地土的刚性一般用土的剪切波速表示。场地、地基与基础场地、地基与基础2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，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500ms的的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。坚硬土层或岩层顶面的距离确

7、定。 2)当地面当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速速25倍的土层，且其下卧土层的剪切波速均不小于倍的土层，且其下卧土层的剪切波速均不小于400ms时，可按地面至该土层顶面的距离确定。时，可按地面至该土层顶面的距离确定。 3)场地土剪切波速大于场地土剪切波速大于500ms的孤石和硬土透镜体的孤石和硬土透镜体应视同周围土层一样。应视同周围土层一样。 4)剪切波速大于剪切波速大于500ms 的硬夹层的硬夹层(火山岩夹层火山岩夹层)当做当做绝对刚体看待，其厚度应从覆盖土层中扣除。绝对刚体看待，其厚度应从覆盖土层中扣除。场地、地基与基础场地、地基与基础2

8、 场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度是指地下基岩或剪切波速大于是指地下基岩或剪切波速大于500ms的坚硬的坚硬土层至地表面的距离。土层至地表面的距离。 场地土对建筑物震害的影响，主要取决于土的坚硬程场地土对建筑物震害的影响，主要取决于土的坚硬程度度(刚性刚性)，因为剪切波速是最能反映场地土动力性能的，因为剪切波速是最能反映场地土动力性能的重要动力参数，所以土的刚性一般用土的重要动力参数，所以土的刚性一般用土的剪切波速剪切波速vs来表示。来表示。 地表土层的组成通常较为复杂，只有单一性质场地土地表土层的组成通常较为复杂，只有单一性质场地土的情况是很少见的，所以一般分层场地土的剪切波速的情况是很少见的，

9、所以一般分层场地土的剪切波速按土层按土层等效剪切波速等效剪切波速vse来表示。来表示。 等效剪切波速是根据地震波通过计算深度范围内多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层的时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所土层的时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求得的。需时间的条件求得的。场地、地基与基础场地、地基与基础2场地类别划分场地类别划分场地类别场地类别根据根据土层等效剪切波速土层等效剪切波速和和场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度分为分为4类。类。场地类别划分的目的和作用场地类别划分的目的和作用 为了考虑场地条件对设计反应谱的影响，通常的做法为了考虑场地条件对设计反应谱

10、的影响，通常的做法是将场地按某些指标和描述划分为若干类，以便采取是将场地按某些指标和描述划分为若干类，以便采取合理的设计参数和有关的抗震构造措施。合理的设计参数和有关的抗震构造措施。 场地分类的目的场地分类的目的: 确定不同场地上设计反应谱确定不同场地上设计反应谱; 场地分类的作用场地分类的作用: 是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计参数的影响。参数的影响。场地、地基与基础场地、地基与基础2场地类别划分标准场地类别划分标准 根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类：等效剪切等效剪切波速（波速（m/s

11、）场地类别场地类别 类类类类类类类类vs5000m500 vs 2505m5m250 vs 1403m350m50mvs 1403m315m1580m80m场地、地基与基础场地、地基与基础2土层等效剪切波速的计算土层等效剪切波速的计算nisiisevddv10)/(/ Vse-土层等效剪切波速（m/s） d0-场地土计算深度，取地面下20m和场地覆盖层厚度两者的较小值； di-场地土计算深度范围内，第i层土的厚度(m)； n-计算深度范围内土层的分层数目； vsi-计算深度范围内，第i层土的剪切波速（m/s ）；场地、地基与基础场地、地基与基础2场地土的类型划分场地土的类型划分 注：注： fa

12、k 为地基土静承载力标准值为地基土静承载力标准值(kPa)土的土的类型类型 土层剪切土层剪切波速（波速（m/s） 岩土名称和性状岩土名称和性状 坚硬坚硬土土 vs500稳定岩石，密实的碎石土稳定岩石，密实的碎石土中硬中硬土土500 vs 250中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fak200的粘性土和粉土，的粘性土和粉土，坚硬黄土坚硬黄土 中软中软土土250 vs 140稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂， fak 200的粘性土和粉土，的粘性土和粉土， fak 130的填土的填土 ，可塑黄土可

13、塑黄土软弱软弱土土vs 140淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土， fak 22时，在时，在d du u 、d dw w中减去（中减去（d db b-2)-2)后再查图确定。后再查图确定。md80查液化土特征深度表查液化土特征深度表例例1 1 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度du=5.5mdu=5.5m 其下为砂土，地下水位深度其下为砂土，地下水位深度 为为dw=6m.dw=6m.基础埋深基础埋深db=2m,db=2m,该该 场地为场地为8 8度区。确定是否考度区。确定是否考 虑液

14、化影响。虑液化影响。解：按判别式确定解：按判别式确定5 . 425 . 10bwudddd9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别mddb5 .115 . 425 . 10mddwu5 .11需要考虑液化影响。需要考虑液化影响。dw=6mdw=6mdu=5.5mdu=5.5mdb=2mdb=2m例例1 1 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度du=5.5mdu=5.5m 其下为砂土，地下水位深度其下为砂土，地下水位深度 为为dw=6m.dw=6m.基础埋深基础埋深db=2m,db=2m,该该 场地为场地为8 8度区

15、。确定是否考度区。确定是否考 虑液化影响。虑液化影响。解：按土层液化判别图确定解：按土层液化判别图确定需要考虑液化影响。需要考虑液化影响。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdud dw w(m)(m)不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区砂土砂土7 7度度8 8度度9 9度度du=5.5mdu=5.5mdw=6mdw=6mdw=6mdw=6mdu=5.5mdu=5.5mdb=2mdb=2mmd80查液化土特征深度表查液化土特征深度表解：按判别式确定解：按判别式确定5 . 425 . 10bwudddd9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土

16、粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别mddb5 .125 . 425 . 10mddwu5 .11不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。例例2 2 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度du=5.5mdu=5.5m 其下为沙土，地下水位深度其下为沙土，地下水位深度 为为dw=6m.dw=6m.基础埋深基础埋深db=2.5m,db=2.5m, 该场地为该场地为8 8度区。确定是否考度区。确定是否考 虑液化影响。虑液化影响。d dw w=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2.5

17、m=2.5m例例2 2 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度du=5.5mdu=5.5m 其下为沙土，地下水位深度其下为沙土，地下水位深度 为为dw=6m.dw=6m.基础埋深基础埋深db=2.5m,db=2.5m, 该场地为该场地为8 8度区。确定是否考度区。确定是否考 虑液化影响。虑液化影响。解：按土层液化判别图确定解：按土层液化判别图确定 需要进一步判别是否考虑液需要进一步判别是否考虑液化影响。化影响。mddbu5)2(mddbw5 . 5)2(1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdud dw w(m)(m)

18、不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区砂土砂土7 7度度8 8度度9 9度度d dw w=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2.5m=2.5m场地、地基与基础场地、地基与基础2采用标准贯入试验判别采用标准贯入试验判别 钻孔至试验土层上钻孔至试验土层上15cm15cm处处, ,用用63.563.5公斤穿心锤，落公斤穿心锤，落距为距为76cm76cm，打击土层，打入，打击土层，打入30cm30cm所用的锤击数记作所用的锤击数记作N N63.563.5，称为标贯击数。用，称为标贯击数。用N N63.563.5与规范规定的临界值与规范规定的临界值N Ncrc

19、r比较来确定是否会液化。比较来确定是否会液化。1-1-穿心锤穿心锤2-2-锤垫锤垫3-3-触探杆触探杆4-4-贯入器头贯入器头5-5-出水孔出水孔6-6-贯入器身贯入器身7-7-贯入器靴贯入器靴场地、地基与基础场地、地基与基础2为了鉴别场地土液化危害的严重程度，根据液化指数为了鉴别场地土液化危害的严重程度，根据液化指数确定液化等级确定液化等级液化等级与相应的震害液化等级与相应的震害液化等级液化等级 地面喷水冒砂情况地面喷水冒砂情况 对建筑物的危害情况对建筑物的危害情况轻微轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、地面无喷水冒砂，或仅在洼地、诃边有零星的喷水冒砂点诃边有零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引

20、起明显的震害危害性小，一般不致引起明显的震害中等中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达有时不均匀沉陷可达200mm严重严重一般喷水冒砂都很严重，地面变一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显形很明显危害性大，不均匀沉陷可能大于危害性大，不均匀沉陷可能大于200mm，高重心结构可能产生不允许的倾斜高重心结构可能产生不允许的倾斜液化等级液化等级轻微轻微中等中等严重严重液化指数液化指数IlE0IlE66IlE18IlE18场地、地基与基础场地、地基与基础2当

21、液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施地基和上部结构处理，地基和上部结构处理，或其它经济的措施或其它经济的措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施丁类丁类全部消除液化沉陷，或全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理地基和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高基础和上部结构处理，或更高要求的措施要求的措施基础和上部结构处理，基础和上部结构处理，亦可不采取措施亦可不采取措施丙类丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结除液

22、化沉陷且对地基和上部结构处理构处理部分消除液化沉陷，部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构或对地基和上部结构处理处理乙类乙类严重严重中等中等轻微轻微地基的液化等级地基的液化等级建筑建筑类别类别甲类建筑的地基抗液化措施应进行专门研究，但不宜低于乙类的相应要求。甲类建筑的地基抗液化措施应进行专门研究，但不宜低于乙类的相应要求。 不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。 场地、地基与基础场地、地基与基础22 2）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于于0.5m0.5m；3

23、3）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值宜大于相应的临界值m m；4 4）挖除全部液化土层；）挖除全部液化土层；5 5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的过基础底面下处理深度的1/21/2且不小于基础宽度的且不小于基础宽度的1/51/5。1 1）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定

24、土层中的长度（不包括桩）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于和密实粉土尚不应小于0.5m0.5m，对其他非岩石尚不应小于，对其他非岩石尚不应小于1.5m1.5m；1 1、全部消除地基液化沉陷的措施应符合：、全部消除地基液化沉陷的措施应符合：场地、地基与基础场地、地基与基础22 2、部分消除地基液化沉陷的措施应符合：、部分消除地基液化沉陷的措施应符合：1 1）处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深）处理深度应使处理后的地基液化指

25、数减少，当判别深度为度为15m15m时，其值不宜大于时，其值不宜大于4 4，当判别深度为，当判别深度为20m20m时，其值时，其值不宜大于不宜大于5 5；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。面下液化特征深度和基础宽度的较大值。2 2）处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加）处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。的临界值。3 3）基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时）基础边缘以外的处理宽度

26、与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。的要求相同。场地、地基与基础场地、地基与基础21)1)选择合适的基础埋置深度；选择合适的基础埋置深度；5)5)管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。3.3.减轻液化影响的基础和上部结构处理，减轻液化影响的基础和上部结构处理， 可综合考虑采用下列措施：可综合考虑采用下列措施：2)2)调整基础底面积，减少基础偏心；调整基础底面积，减少基础偏心；3)3)加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；凝土十字形基础，加设基

27、础圈梁、基础梁系等；4)4)减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；场地、地基与基础场地、地基与基础2采取抗液化措施应注意的几个问题采取抗液化措施应注意的几个问题: : （1 1）前面讲的各种措施不适用于倾斜场地）前面讲的各种措施不适用于倾斜场地 （2 2）轻微液化）轻微液化, ,一般不做特殊处理一般不做特殊处理( (甲、乙类建筑物除外甲、乙类建筑物除外) )。 （3 3）中等液化，尽量采用构造措施，不做土层处理（经）中等液化，尽量采用

28、构造措施，不做土层处理（经济、易实施）。济、易实施）。 （4 4）液化层很深的场地，要求部分消除液化沉陷的措施）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，一般处理范围时，处理深度不一定要达到液化下界，一般处理范围6 61010米深（从经济上考虑）。米深（从经济上考虑）。 (5(5）未经处理的液化层不能作为天然地基的持力层。）未经处理的液化层不能作为天然地基的持力层。场地、地基与基础场地、地基与基础2 一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑 （1 1）砌体房屋。）砌体房屋。 （2 2）7 7度度、类场地，并采取相应抗震措施的柱高不超过类场地，并采取相应抗震措施的柱高不超过10m10m，且结构单两端均有山墙的单跨和等高多跨钢筋混凝土，且结构单两端均有山墙的单跨和等高多跨钢筋混凝土柱厂房。柱厂房。 （3 3） 7 7度度、类场地，并采取相应抗震措施的柱顶标高类场地，并采取相应抗震措施的柱顶标高不