工程结构抗震设计第二章

1、工程结构抗震设计工程结构抗震设计第二章第二章 场地、地基与基础场地、地基与基础第一节第一节 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1局部地形高差大于局部地形高差大于3050m，高处震害重。，高处震害重。2局部孤突基岩地形震害重。局部孤突基岩地形震害重。二、局部地质构造的影响二、局部地质构造的影响局部地质构造主要指断层。局部地质构造主要指断层。断层可分发震断层与非发震断层。断层可分发震断层与非发震断层。发震断层为具有潜在地震活动的断层。发震断层为具有潜在地震活动的断层。场地选择：应尽量使建筑远离断层及其破碎带。场地选择：应尽量使建筑远离断层及其破碎带

2、。三、地下水位的影响三、地下水位的影响 水位越浅震害越重。水位越浅震害越重。四、地段类别的划分四、地段类别的划分1. . 建筑场地划分为三种地段：建筑场地划分为三种地段： 有利地段、不利地段、有利地段、不利地段、 危险地段危险地段2建筑物选址时建筑物选址时（1）应选择对抗震有利的地段；应选择对抗震有利的地段；（2）避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；抗震措施；（3）不应在危险地段建造建筑物。不应在危险地段建造建筑物。水边地的地下水位水边地的地下水位较高，土质也较松较高，土质也较松软，容易在地震时软，容易在地震时产生土壤滑动或地产生土壤滑动或

3、地层液化。层液化。 用另外的土石來填用另外的土石來填补地基，常有土壤补地基，常有土壤密实度不足情形，密实度不足情形，导致建筑物在地震导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。时产生倾斜、沉陷。 山坡地在地震时会山坡地在地震时会产生土壤滑动。产生土壤滑动。冲冲积地的土质松软，积地的土质松软，地震时容易塌陷，地震时容易塌陷，如果此处有地下水如果此处有地下水层，还容易发生液层，还容易发生液化。化。 n 不利的场地条件不利的场地条件 谷地或低地，这里的建筑物容易谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。在地震发生时，受土石崩塌破坏。 n 不利的场地条件不利的场地条件 临近悬崖临近悬崖, ,容易

4、滑落。容易滑落。n 不利的场地条件不利的场地条件 断裂带是地质上的薄弱环节，浅断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。源地震多与断裂活动有关。第二节第二节 场场 地地一、场地概念一、场地概念 场地：工程群体所在地，在平面上大体相当厂区、场地：工程群体所在地，在平面上大体相当厂区、居民点或自然村的区域范围。居民点或自然村的区域范围。场地土：场地范围内的地基土。场地土：场地范围内的地基土。场地条件对震害的影响因素：场地条件对震害的影响因素：（1）场地土的刚度（坚硬程度）场地土的刚度（坚硬程度）（2）场地覆盖层厚度）场地覆盖层厚度 泊松比泊松比对剪切波速度影响不太大，相对稳定，而对压缩对

5、剪切波速度影响不太大，相对稳定，而对压缩波影响很大（例如波影响很大（例如=0.20.48时）。这种变化特征对于现场测时）。这种变化特征对于现场测试试VP时的要求很高，而实际上很难做到。时的要求很高，而实际上很难做到。 土可以认为是由骨架（矿物、砂粒等）与填充物（气体、土可以认为是由骨架（矿物、砂粒等）与填充物（气体、液体等）组成。剪切波不能在气体或液体中传播，即液体等）组成。剪切波不能在气体或液体中传播，即VS只与土只与土的骨架性质有关，而与填充特性无关。岩土的骨架和颗粒之间的骨架性质有关，而与填充特性无关。岩土的骨架和颗粒之间的连接形式，是在一定的历史时期形成的，它相对稳定。的连接形式，是在

6、一定的历史时期形成的，它相对稳定。压缩波可以在任何介质中传播，压缩波可以在任何介质中传播，VP除了与土的压实程度除了与土的压实程度和弹性常数有关外，还和岩土的含水量和人类活动等因素有关，和弹性常数有关外，还和岩土的含水量和人类活动等因素有关，因此，用因此，用VS则更能客观地反映土的性质。则更能客观地反映土的性质。二、场地土的类型二、场地土的类型1对单一性质土对单一性质土由场地土的剪切波速确定由场地土的剪切波速确定式中，式中，G为土的剪切模量，为土的剪切模量， 为土的密度。为土的密度。2多层土多层土由多层土等效剪切波速确定由多层土等效剪切波速确定 GVs vs1vs2vsivsnd1d2didn

7、1d0自然地面自然地面vsed0自然地面自然地面 等效剪切波速等效剪切波速Vse的确定方法的确定方法niidd10nisiivdt1nisiiniisevddtdv110等效原则：地震波通过多层土的时间与通过折算土等效原则：地震波通过多层土的时间与通过折算土层时间相等。层时间相等。式中式中 Vsi第第i层土的剪切波速，层土的剪切波速，m/s di 第第i层土的厚度，层土的厚度，m d0 场地土计算厚度，取地面下场地土计算厚度，取地面下20m，但不，但不 深于场地覆盖层厚度，深于场地覆盖层厚度，m n 土层数目土层数目tdVse0 nisiiVdt1Vs2VsnVs1d1d2didndVsed0

8、自然地面自然地面自然地面自然地面(a) 原来土层原来土层(b) 折算土层折算土层Vsi3对丁类建筑及不超过对丁类建筑及不超过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建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，先估计各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。状，先估计各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。三、场地覆盖层厚度三、场地覆盖层厚度 定义：从地面至坚硬场地土顶面的距离。定义：从地面至坚硬场地土顶面的距离。四、场地类别四、场地类别 场地类别场地类别划分为四类，划分依据：划分为四类，划分依据： （1 1）场地土等效剪切波速（或场地土类型）场地

9、土等效剪切波速（或场地土类型） （2 2）场地覆盖层厚度）场地覆盖层厚度例题例题 ：已知某建筑场地的钻孔资料如下表：已知某建筑场地的钻孔资料如下表1所示，所示，试确定该场地的类别。试确定该场地的类别。土层底部深度土层底部深度（m）土层厚度土层厚度（m）土的名称土的名称土层剪切波速土层剪切波速（m/s）1.51.5杂填土杂填土1803.52.0粉土粉土2407.54.0细砂细砂31015.58.0砾砂砾砂520表表1 钻孔资料钻孔资料解：解：（1）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度因为地表以下因为地表以下7.5m土层的剪切波速土层的剪切波速Vs=520m/s500m/s，故覆盖层厚度故覆盖层厚度do

10、v=7.5m。（2）计算剪切波速）计算剪切波速覆盖层厚度覆盖层厚度dov5m，故属于，故属于II类类场地。场地。m/s例题：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建例题：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。筑场地的类别。(2)地面下地面下20m以上场地土等效剪以上场地土等效剪切波速切波速tdvse/0m/s9 .152130/5 .10190/5 . 92010nisiivdd解：解：(1)确定覆盖层厚度确定覆盖层厚度(3)确定建筑场地类别确定建筑场地类别属于属于类场地类场地层底深度层底深度(m)土层厚度土层厚度(m)土的名称土的名称剪切波速剪切波速m/s9.

11、59.5砂砂19037.828.3淤泥质粘土淤泥质粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥质粘土淤泥质粘土200632.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520dov=63m【例题】【例题】 已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻孔地质资料如表孔地质资料如表1所示，试确定该场地的类别。所示，试确定该场地的类别。土层底部深度（土层底部深度（m）土层厚度（土层厚度（m）岩土名称岩土名称土层剪切波速土层剪切波速vsi(m/s)2.002.00杂填土杂填土2004.502.50粉土粉土2808.403.90中砂中砂38016.708.20碎石

12、土碎石土540表表1 某建筑场地钻孔地质资料某建筑场地钻孔地质资料五、场地土的固有周期五、场地土的固有周期 0 xKxM sovvdT4nisiivhT14基本方程基本方程2. 简化公式简化公式式中：式中：dov覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。式中：式中：vsi、hi覆盖层中第覆盖层中第i层土的剪切波速和土层厚度；层土的剪切波速和土层厚度；n场地覆盖层中的土层总数。场地覆盖层中的土层总数。（2） 多层土多层土（1）单一土层）单一土层第三节第三节 地基基础的抗震验算地基基础的抗震验算一、验算原则一、验算原则仅验算地基承载力，不验算地基变形。仅验算地

13、基承载力，不验算地基变形。二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑 1砌体房屋；砌体房屋； 2地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：列建筑： （1）一般单层厂房、单层空旷房屋；）一般单层厂房、单层空旷房屋； （2）不超过）不超过8层且高度层且高度25m以下的一般民用框架房屋；以下的一般民用框架房屋； （3）基础荷载与）基础荷载与（2）相当的多层框架厂房；相当的多层框架厂房；3可不进行上部结构抗震验算的建筑。可不进行上部结构抗震验算的建筑。三、天然地基在地震作用下的抗震验算三、天然地基在地震作用下的抗震验算

14、式中式中faE调整后的地基土抗震承载力特征值调整后的地基土抗震承载力特征值 s地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数fa修正后的地基土静承载力特征值，按修正后的地基土静承载力特征值，按建建筑地基基础设计规范筑地基基础设计规范采用。采用。1地基土抗震承载力地基土抗震承载力asaEff)5 . 0()3(dbffmdbaka 2地震作用下天然地基的抗震验算地震作用下天然地基的抗震验算a Em a xa E1 .2pfpf验算天然地基地震作验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，可用下的竖向承载力时，可认为其在基础底面所产生认为其在基础底面所产生的压力是直线分布的。按的压力是直线分布的。按地

15、震作用效应地震作用效应标准组合标准组合的的基础底面平均压力和边缘基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式最大压力应符合下列各式要求：要求：pmaxp地基反力示意图地基反力示意图 第四节第四节 地基土的液化地基土的液化一、地基土液化的原因及其危害一、地基土液化的原因及其危害1原因原因地震时，饱和砂土或粉土颗粒在强烈振动下发生相地震时，饱和砂土或粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移，颗粒结构有压密趋势，如其本身渗透系对位移，颗粒结构有压密趋势，如其本身渗透系数较小，短时间内空隙水排泄不走而受到挤压，数较小，短时间内空隙水排泄不走而受到挤压，空隙水压力急剧增加，当空隙水压力增加到与剪空隙水压力急剧增

16、加，当空隙水压力增加到与剪切面上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土切面上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至丧失，砂土颗粒局部受到的有效压应力下降乃至丧失，砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于或全部处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于零，形成有如零，形成有如“液体液体”的现象，即称为的现象，即称为“液化液化”。2危害危害地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑坡，从而造成建筑物的破坏。坡，从而造成建筑物的破坏。二、影响地基土液化的因素二、影响地基土液化的因素砂土、粉土、饱和度、振动是产生液化的必要条件。砂土、粉土、饱和

17、度、振动是产生液化的必要条件。影响地基土液化的主要因素：影响地基土液化的主要因素：1地质年代。年代愈久抗液化能力愈强。地质年代。年代愈久抗液化能力愈强。2土的组成。土的组成。（1）细砂较粗砂易液化，颗粒均匀的较颗粒级配良）细砂较粗砂易液化，颗粒均匀的较颗粒级配良好的易液化。好的易液化。（2）粘性颗粒含量多不易液化，含量越少越易液化。）粘性颗粒含量多不易液化，含量越少越易液化。不液化粉土粘粒含量界限值：不液化粉土粘粒含量界限值： 烈度烈度 粘粒含量粘粒含量 c（%） 7 10 8 13 9 163土的相对密度。相对密度越小越易液化。土的相对密度。相对密度越小越易液化。4上覆土层的厚度。厚度越大越

18、不易液化。上覆土层的厚度。厚度越大越不易液化。5地下水位。地下水位浅时较深时易液化。地下水位。地下水位浅时较深时易液化。6地震烈度和地震持续时间。地震烈度和地震持续时间。 烈度越高越易液化；地震持时长易液化。烈度越高越易液化；地震持时长易液化。三、液化的判断三、液化的判断6度时，一般不考虑液化影响。度时，一般不考虑液化影响。液化判别可分二步进行：液化判别可分二步进行：第一步：初步判断。第一步：初步判断。饱和的砂土或粉土当符合下列条件之一时，可初步饱和的砂土或粉土当符合下列条件之一时，可初步判断为不液化或不考虑液化的影响判断为不液化或不考虑液化的影响1地质年代为第四纪晚更新世地质年代为第四纪晚更

19、新世（Q3）及其以前时，及其以前时，可判为不液化土。可判为不液化土。2粉土的粘粒（粒径小于粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百的颗粒）含量百分率分率 c（%）在在7度、度、8度、度、9度分别不小于度分别不小于10、13、16时，应判为不液化土。时，应判为不液化土。3采用天然地基的建筑，当其上覆非液化土层厚度采用天然地基的建筑，当其上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响化影响 du d0 +db 2 dw d0 +db 3 du +dw 1.5d0 +2db 4.5式中式中dw地下水位深度地下水位深度（m）du上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度（m）db基础埋置深度基础埋置深度（m），不超过，不超过2m时应采用时应采用2md0液化土特征深度液化土特征深度（m），查表采用，查表采用第二步：标准贯入试验判别。第二步：标准贯入试验判别。标准贯入试验设备：标准贯入器、触探杆、重标准贯