第2章场地、地基和基础抗震

1、高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计第第2章章 场地、地基和基础抗震场地、地基和基础抗震2.1 概述概述2.2 工程地质条件对震害的影响工程地质条件对震害的影响2.3 场地场地2.4 地基基础抗震验算地基基础抗震验算2.5 地基液化地基液化高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计2.1 概述概述v场地的特点场地的特点 地震波传播介质 结构物地基 作为地震波传播介质，地震波通过场地地基迫使结构发生强迫震动而破坏。 作为结构地基，地面震动可使地基丧失稳定性，砂土液化，软土震陷等，地基失效发生结构倾斜倒塌。v建筑物震害分类建筑物震害分类 结构震动破坏 地基失效引起破坏高层建筑结构及抗震设

2、计高层建筑结构及抗震设计2.2 工程地质条件对震害的影响工程地质条件对震害的影响一、局部地形的影响一、局部地形的影响高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计二、局部地质构造的影响二、局部地质构造的影响v局部地质构造的定义局部地质构造的定义v断裂的分类断裂的分类具有潜在地震活动的断裂具有潜在地震活动的断裂不具有潜在地震活动的断裂不具有潜在地震活动的断裂v与发震断裂活动性有关的因素与发震断裂活动性有关的因素 地震震级大小 覆盖层厚度 地质年代v抗规抗规有关规定有关规定 符合相关规定下可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响。 不符合上述规定情况下，应避开主断裂带，避让距离不宜小于规范表4.1.7 的

3、规定。高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计2.3 场地场地场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的范围的范围地震类型、结构类型、地震类型、结构类型、 场地特性场地特性房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大 ；比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地3 5层14层10 14层5 9层maxmax零 应 力 区土 层 厚 度 (m)结构破坏百分率(%)影响建筑物震害的因素影响建筑物震害的因素:19671967年委内瑞拉加拉加斯地震年委内

4、瑞拉加拉加斯地震下卧层的构成、覆盖层厚度下卧层的构成、覆盖层厚度高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 场地土层对地震波的过滤及放大作用场地土层对地震波的过滤及放大作用：地震波由许：地震波由许多频率不同的成分组成，在地震波通过覆盖土层传向地多频率不同的成分组成，在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有频率相接近的频率波群将被表的过程中，与土层固有频率相接近的频率波群将被放放大大，而另一些频率波群被，而另一些频率波群被衰减衰减甚至被甚至被完全过滤掉完全过滤掉。 地震动卓越周期地震动卓越周期：地震波振幅谱中幅值最大的频率：地震波振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期。分量所对应的周期

5、。 场地条件两大因素场地条件两大因素：场地土刚度、覆盖层厚度。两：场地土刚度、覆盖层厚度。两个因素共同决定了场地土层对地震波的作用。个因素共同决定了场地土层对地震波的作用。2.3 场地场地高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 不同场地的振动特征不同场地的振动特征： 不同周期的建筑物在不同场地上的表现不同周期的建筑物在不同场地上的表现：软弱地基：固有周期长，振幅大，振动持续时间长软弱地基：固有周期长，振幅大，振动持续时间长坚硬地基：固有周期短，振幅小，振动持续时间短坚硬地基：固有周期短，振幅小，振动持续时间短软弱地基上，柔性结构（长周期结构）震害严重，刚软弱地基上，柔性结构（长周期结构）

6、震害严重，刚性结构（短周期结构）震害较弱性结构（短周期结构）震害较弱坚硬地基上，刚性结构（短周期结构）震害严重，柔坚硬地基上，刚性结构（短周期结构）震害严重，柔性结构（长周期结构）震害较弱性结构（长周期结构）震害较弱 地震动卓越周期的决定因素地震动卓越周期的决定因素：由于场地土层的过滤：由于场地土层的过滤和放大作用，当地震波中某些频率成分与场地土固有周和放大作用，当地震波中某些频率成分与场地土固有周期相近时，由于共振，该成分的幅值将被放大最大，故期相近时，由于共振，该成分的幅值将被放大最大，故地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。

7、周期。高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 由于场地土层往往具有非单一性，所以应按反应各由于场地土层往往具有非单一性，所以应按反应各土层综合刚度的等效剪切波速来确定场地土的类型。等土层综合刚度的等效剪切波速来确定场地土的类型。等效剪切波速即土层平均剪切波速，可按下式计算：效剪切波速即土层平均剪切波速，可按下式计算： 土的类型取决于土的刚度，土的刚度可按土的剪切土的类型取决于土的刚度，土的刚度可按土的剪切波速划分。波速划分。tdVse0nisiivdt1 式中：式中：seV 土层等效剪切波速（土层等效剪切波速（m/s)0d 计算深度（计算深度（m），取覆盖层厚度和），取覆盖层厚度和20m

8、两者的较小值两者的较小值 剪切波在地表与计算深度之间传播的时剪切波在地表与计算深度之间传播的时间（间（s）t1d2d4d3d0d2sv3 sv4 sv1 sv高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 抗规抗规规定：对丁类建筑及层数不超过规定：对丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过层且高度不超过30m的丙类的丙类建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表 划分土的类型，划分土的类型，再利用当地经验在该表所示的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速。再利用当地经验在该表所示的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速。id 土计算深度范围内第

9、土计算深度范围内第i层土的厚度（层土的厚度（m）n 计算深度范围内土层的分层数计算深度范围内土层的分层数 计算深度范围内第计算深度范围内第i层土的剪切波速（层土的剪切波速（m/s）sivakf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， 的填土，流塑黄土的填土，流塑黄土软弱软弱土土稍密的的砾、粗、中砂稍密的的砾、粗、中砂, ,除松散外的细、粉砂除松散外的细、粉砂, ,可塑黄土可塑黄土, , 的粘性土和粉土的粘性土和粉土, , 的填土的填土中软中软土土中密、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

10、， 的粘性土和粉土，坚硬黄土的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬中硬土土稳定岩石，密实的碎石土稳定岩石，密实的碎石土坚硬坚硬或岩石或岩石土层剪切土层剪切速范围速范围(m/s) 岩土名称和性状岩土名称和性状土的土的类型类型500sv250500sv140250svsv140200akf130akf200akf130akf-由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 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500m/s的土的土层顶面的距离确定。层顶面的距离确定。 指从地表到地下指从地表到地下基

11、岩面基岩面的距离。的距离。 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2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于倍的土层，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。时，可按地面至该土层顶面的距离确定。 剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围的孤石、透镜体，应视同周围土层。土层。 土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。盖土层中扣除。当下部土层的剪切波速达到上当下部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的部土层剪切波速的2.5

12、2.5倍，且倍，且下部土层没有剪切波速小于下部土层没有剪切波速小于400m/s400m/s的岩土层时，该下部土的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩层就可以近似看作基岩 高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计2022-5-2711剪切波速剪切波速：剪切波在土层中传播的速度。可根据土的剪切波速对土进：剪切波在土层中传播的速度。可根据土的剪切波速对土进行划分，参见教材，表行划分，参见教材，表等效剪切波速等效剪切波速：以剪切波在土层中传播时间不变的原则定义的土层平：以剪切波在土层中传播时间不变的原则定义的土层平均剪切波速，参见教材均剪切波速，参见教材场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度：指地表至，地

13、下基岩面的距离，参见教材相关规定。：指地表至，地下基岩面的距离，参见教材相关规定。注：注：等效剪切波等效剪切波速（速（m/s）场地类别场地类别0Vse 800500Vse 250250Vse 150Vse 150055333 503 155015 80801800Vse 5000高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计2022-5-2712高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计sV0d 因为地表下因为地表下7.5m7.5m以下土层的以下土层的 = 520m/s500m/s,= 520m/s500m/s,故故 = 7.5m= 7.5m(1)

14、(1) 确定覆盖层厚度确定覆盖层厚度 解解 (2)(2)计算等效剪切波速，按式（计算等效剪切波速，按式（2-22-2）有）有 6 .253)3100 . 42400 . 21805 . 1/(5 . 7seVseV0d查表得，查表得，位于250500m/s之间，且故属于故属于类场地类场地5m,5m,高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计2.4 地基基础抗震验算地基基础抗震验算地基：建筑物基础下面受力层范围内的土层。地基：建筑物基础下面受力层范围内的土层。 高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基：

15、可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基：4）砌体房屋）砌体房屋 （1） 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；）一般的单层厂房和单层空旷房屋； 2）不超过）不超过8层且高度在层且高度在24m以下的一般民用框架和框架抗震以下的一般民用框架和框架抗震墙房屋；墙房屋； 3）基础荷载与）基础荷载与2）项相当的多层框架厂房。）项相当的多层框架厂房。（2）规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。）规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计天然地基抗震验算时，

16、地基土的抗震承载力按下式计算天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力按下式计算 ： aEfsaf调整后的地基土抗震承载力；调整后的地基土抗震承载力；地基土抗震调整系数，按下表采用；地基土抗震调整系数，按下表采用；深宽修正后的地基土静承载力特征值，按现行深宽修正后的地基土静承载力特征值，按现行建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范采用采用岩土名称和性状岩土名称和性状 岩石，密实的碎石土，密实的砾，粗、中砂，岩石，密实的碎石土，密实的砾，粗、中砂， 300kpa300kpa的粘性的粘性土和粉土土和粉土 1.51.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密中密、稍密的碎石土，中密和稍

17、密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂，的细、粉砂，150kpa 300kpa150kpa 300kpa的粘性土和粉土，坚硬黄土的粘性土和粉土，坚硬黄土 1.31.3稍密的细、粉砂，稍密的细、粉砂，100kpa 150kpa 100kpa 2db2时，在时，在du du 、dwdw中减去（中减去（db-2)db-2)后再查图确定。后再查图确定。高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计初判条件均不能满足时，初判条件均不能满足时，地基土存在液化可能地基土存在液化可能采用标准贯入试验采用标准贯入试验进一步判别其是否进一步判别其是否液化液化5 .63N标准贯入试验设备：由标准贯入试验设备：由穿心锤

18、、触探杆、贯入器等穿心锤、触探杆、贯入器等组成组成2500303 55 1722332515465303031451试验时，先钻至测试土层标高以上试验时，先钻至测试土层标高以上15cm15cm，再将贯入，再将贯入器放至该土层处，在锤落距为器放至该土层处，在锤落距为76cm76cm的条件下，连续的条件下，连续打入土层打入土层30cm30cm，所得锤击数为，所得锤击数为cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 015sdcsocrdNN31 . 04 . 2）（2015sd 适用于一般情况适用于一般情况 适用于桩基或深基础适用于桩基或深基础 N63.5N63.5NcrNcr时，应判为液化土，否

19、则为不液化土时，应判为液化土，否则为不液化土高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计烈度烈度7度度8度度9度度基准值基准值7（0.1）12（0.2）19基准值基准值10（0.15）16（0.3）表表2-9 标准贯入锤击数基准值标准贯入锤击数基准值 cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 015sdcsocrdNN31 . 04 . 2）（2015sdcrN0Nsdccc式中 液化判别标准贯入锤击数下限值； 液化判别标准锤击数基准值，按教材表2-9采用； 饱和土标准贯入点深度（m）； 土体粘粒含量百分率，当 (%)小于3或为砂土时，取3。 高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计地

20、基液化指数地基液化指数iinicriiLEwdNNI1)1 ( 判别深度范围内标准贯入试验点的总数判别深度范围内标准贯入试验点的总数 、 为为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，点标准贯入锤击数的实测值和临界值， 当当 时，应取时，应取 i点所代表的土层厚度（点所代表的土层厚度（m） 第第i i层层土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为为m -1）。若判别深度为）。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于，当该层中点深度不大于5m时应采用时应采用10，等于，等于15m时应采用零值，时应采用零值，515m时应按线性内插法取值；若判别时应按线性内插法取值

21、；若判别深度为深度为20m，当该层中点深度不大于，当该层中点深度不大于5m时应采用时应采用10，等于，等于20m时应时应采用零值，采用零值，520m时应按线性内插法取值。时应按线性内插法取值。 niNcriNiNcriNcriNidiw高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计液化等级液化等级 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

22、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，有危害性较大，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判别液化指标判别液化指标 严重严重 中等中等 轻微轻微 液化等级液化等级60lEI186lEI18lEI高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 某工程按某工程按8度设防，其工程地质年代属度设防，其工程地质年代属Q4，钻孔资料自上

23、向下为：砂土，钻孔资料自上向下为：砂土层至层至2.1m，砂砾层至，砂砾层至4.4m，细砂至，细砂至8.0m，粉质粘土层至，粉质粘土层至15m；砂土层及细；砂土层及细砂层粘粒含量均低于砂层粘粒含量均低于8；地下水位深度；地下水位深度1.0m；基础埋深；基础埋深1.5m；设计地震场；设计地震场地分组属于第一组。试验结果如表地分组属于第一组。试验结果如表2-9，试对该工程场地液化可能作出评价，试对该工程场地液化可能作出评价。高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计解解(1) (1) 初判初判Q4 ; wboddd173du=0 ; u1.524.511.51obwdddd c13故均不满足不液化

24、条件，需进一步判别故均不满足不液化条件，需进一步判别;高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计(2) (2) 标准贯入试验判别标准贯入试验判别式中式中N0=10（8度、第一组），度、第一组），dw=1.0，题中已给出各标准贯点，题中已给出各标准贯点所代表土层厚度，计算结果见表所代表土层厚度，计算结果见表2-9，可见，可见4点为不液化土层；点为不液化土层；cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 01) 1) 按式按式计算计算高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 2）计算层位影响函数）计算层位影响函数55. 121 . 10 . 11Z101w，例如第一点，地下水位为例如第一点，

25、地下水位为1.0m，故上界为，故上界为1.0m，土层厚，土层厚1.1m，故，故第二点，上界为砂砾层层底深第二点，上界为砂砾层层底深4.4m，代表土层厚，代表土层厚1.1m，故，故95. 421 . 14 . 42Z，101w余类推。余类推。 高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计(3) 按式按式最终给出最终给出ILE=12.16，据下表，据下表2-7，液化等级为中等。，液化等级为中等。iinicriiLEwdNNI1)1 (计算各层液化指数，结果见下表计算各层液化指数，结果见下表判别深度判别深度20m时的液化指标时的液化指标判别深度判别深度15m时的液化指标时的液化指标 严重严重 中等中

26、等 轻微轻微 液化等级液化等级50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计建筑建筑 类类别别地基的液化等级地基的液化等级轻微轻微中等中等严重严重乙类乙类部分消除液化沉陷，部分消除液化沉陷，或对基础和上部或对基础和上部结构进行处理结构进行处理全部消除液化沉陷，或全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷部分消除液化沉陷且对基础和上部结且对基础和上部结构进行处理构进行处理全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷丙类丙类对基础和上部结构进对基础和上部结构进行处理，亦可不行处理，亦可不采取措施采取措施对基础和上部结构进行对基础和上部结构进行处理，或采用

27、更高处理，或采用更高要求的措施要求的措施全部消除液化沉陷，全部消除液化沉陷，或部分消除液化或部分消除液化沉陷且对基础和沉陷且对基础和上部结构进行处上部结构进行处理理丁类丁类可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施对基础和上部结构进对基础和上部结构进行处理，或采用行处理，或采用其他经济的措施其他经济的措施高层建筑结构及抗震设计高层建筑结构及抗震设计 （1 1）桩基）桩基伸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，伸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，对碎石土、砾，粗、中粗，坚硬粘性土不应小于对碎石土、砾，粗、中粗，坚硬粘性土不应小于0.5m0.5m，其他非岩石不宜小于，其他非岩石不宜小于1.5m1.5m；具体要求：具体要求： 抗液化措施是对液化地基的综合处理，总要求是：抗液化措施是对液化地基的综合处理，总要求是： 使处理后土层的标准贯人锤击数实测值大于相应的临界值。使处理后土