建筑结构抗震设计一三

从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型：场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。

场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。为此要确定工程场地的设计地震动参数。第二章场地、地基和基础场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。

场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。2.0建筑地段的选择工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”地段划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。

山坡地在地震时会产生土壤滑动

用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。

冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。

临近悬崖，容易滑落谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。

萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难地裂地段选择1.选择有利地段；2.避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；3.不在危险地段建设。局部突出地形的影响1994年云南昭通地震，芦家湾某村坐落于山梁上，山梁长150m，顶部最宽15m，最窄5m，高60m.距震中18km。突出端部的最大加速度为0.632g,鞍部为0.257g，大山根部为0.431g。烈度为9度烈度为8度烈度为7度局部突出地形的影响1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.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;5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数---局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数---局部突出地形地震动参数的增大幅度---附加调整系数0.60.50.40.30.50.40.30.20.40.30.20.10.30.20.10岩质地层非岩质地层突出地形的高度(m)局部突出台地边缘的侧向平均坡降(H/L)局部突出地形地震影响系数的增大幅度0.30.61.0发震断裂的影响与地下断裂构造直接相关的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。建设时应避开。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区，全新世以来经常活动的断裂上面。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：1）抗震设防烈度小于8度；2）非全新世活动断裂；3）抗震设防烈度为8度和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。2.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下表对发震断裂最小避让距离的规定。__300m500m专门研究9__200m300m专门研究8丁丙乙甲建筑抗震设防类别烈度发震断裂的最小避让距离(m)2.1场地划分与场地区划建筑场地指建筑物所在地，大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围。建筑场地按地震对建筑的影响划分为4类。建筑场地分类的指标是场地土的类型和覆盖层的厚度。2.1.1场地及其地震效应地震动的卓越周期与场地土层的固有周期、建筑物的固有周期地震动的卓越周期：地震波在岩层中传播时，振幅谱中振幅值最大的频率分量所对应的周期；

土层的固有周期：取决于土层的组成性质及土层厚度；建筑物的固有周期：取决于建筑物本身的质量与刚度。2.场地的地震效应场地土对于从基岩传来的地震波具有过滤与选择放大作用，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。当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期相接近时，建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重。所以，坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。单一土层时多层土时---覆盖层厚度---土的剪切波速---土层总数----i层厚度----i层剪切波速影响场地的地震效应的三个基本因素：覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻抗比场地土层的固有周的简化计算公式为2.1.2覆盖层厚度淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)

岩土名称和性状土的类型---地基土静承载力标准值土的类型划分和剪切波速范围1.一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面；2.当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；4.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。场地覆盖层厚度的确定：2.1.3场地的类别场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定，划分为4个类型。土层的等效剪切波速----土层的等效剪切波速----计算深度（m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值----剪切波在地面至计算深度之间的传播时间----计算深度范围内第i土层的厚度(m)----计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s)----计算深度范围内土层的分层数场地类别

~80

3~15

3~500ⅣⅢⅡⅠ等效剪切波速（m/s）场地类型例：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。层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土110632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)

岩土名称和性状土的类型例：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。层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土110632.9细砂41069.56.5砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型

~80

3~15

3~500ⅣⅢⅡⅠ等效剪切波速（m/s）场地类型（2）确定覆盖层厚度（3）确定建筑场地类别属于中软土属于Ⅲ类场地2.2地基抗震验算地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的，因此确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。一、天然地基的震害特点1.高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震中产生不同程度的震陷，造成上部结构的倾斜或破坏；2.杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，土质松软且承载力较低，易产生沉陷，使结构开裂；3.沟、坑、古河道、坡地办挖半填等非匀质地基在地震中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。2.2.1地基抗震设计原则二.天然三地基三的抗三震措三施1.软弱三粘性三土地三基采用三桩基三，地三基加三固；2.杂填三土地三基换土三夯实三；地三基加三固；3.不均三匀地三基综合三建筑三体型三、荷三载、三烈度三、结三构类三型等三采取三合理三的结三构布三局、三地基三抗震三措施三。地基三加固三处理三方法换土三垫层三法重锤三夯实三法挤密三桩法沉井三预压三法2.三2.三2地基三土抗三震承三载力1）同三一结三构单三元不三宜设三置在三性质三截然三不同三的地三基土三层上三；2)同一三结构三单元三不宜三部分三采用三天然三地基三而另三外部三分采三用桩三基；3)地基三有软三弱土三、可三液化三土、三新近三填土三或严三重不三均匀三土层三时，宜加三强基三础的三整体三性和三刚性三；4)根据三具体三情况三，选三择对三抗震三有利三的基三础类三型，三在抗三震验三算时应三尽量三考虑三结构三、基三础和三地基三的相三互作三用影三响，三使之三能反映三地基三基础三在不三同阶三段上三的工三作状三态。地基三基础三抗震三设计三是通三过选三择合三理的三基础三体系三和抗三震验三算来三保证三其抗三震能三力的三。1.地基三基础三抗震三设计三的一三般要三求2.可不三进行三地基三基础三抗震三验算三的范三围由震三害调三查得三到下三面结三论：只有三少数三房屋三是由三地基三的原三因而三导致三上部三结构三的破三坏。导致三上部三结构三破坏三的地三基大三多是三液化三地基三、易三产生三震陷三的软三土地三基和三严重三不均三匀地三基。大量三的一三般性三地基三具有三良好三的抗三震性三能，三极少三发现三因地三基承三载力三不够三而产三生震三害。我国三抗震三设计三规范三对量三大面三广的三一般三地基三和基三础不三作抗三震验三算，三对容三易产三生地三基基三础震三害的三液化三地基三，软三土地三基和三严重三不均三匀地三基规三定了三相应三的抗三震措三施，三以避三免或三减轻三震害三。2.可不三进行三地基三基础三抗震三验算三的范三围1)砌体三房屋三；2)地基三主要三受力三层范三围内三不存三在软三弱粘三性土三层的三下列三建筑三：1）一三般的三单层三厂房三和单三层空三旷房三屋；2）不三超过8层且三高度三在25三m以下三的一三般民三用框三架房三屋；3）基三础荷三载与2）项三相当三的多三层框三架厂三房。3)规范三规定三可不三进行三上部三结构三抗震三验算三的建三筑。3.天然三地基三地震三作用三下的三承载三力验三算采用三“拟三静力三法”规范三规定三：基三础底三面平三均压三力和三边缘三最大三压力三应符三合下三式要三求式中p----基础底面平均压力（kPa)pmax—基础底面边缘最大压力(kPa)faE---地基土抗震允许承载力高宽三比大三于4的高三层建三筑，三在地三震作三用下三基础三底面三不宜三出现三拉应三力；三其它三建筑三，基三础底三面与三地基三土之三间零三应力三区面三积不三应超三过基三础底三面面三积的15三%。4.地基三土抗三震承三载力三确定地基三抗震三承载三力在三静力三设计三承载三力基三础上三调整三。调整三的出三发点三：1）地三震是三偶发三事件三，地三基抗三震承三载力三安全三系数三可比三静载三时降三低；2）多三数土三在有三限次三的动三载下三，强三度较三静载三下绍三高。4.地基三土抗三震承三载力三确定式中faE---调整后的地基抗震承载力设计值---地基抗震承载力调整系数fa-----深宽修正后的地基承载力特征值，按《建筑地基基础设计规范》GB50007采用1.0淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土1.1稍密的细、粉砂，的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土1.3中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂，

1.5岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土

岩土名称和性状地基土抗震承载力调整系数2.三3地基三土液三化及三其防三治2.三3.三1场地三土液三化及三其危三害处于三地下三水位三以下三的饱三和砂三土和三粉土三的土三颗粒三结构三受到三地震三作用三时将三趋于三密实三，使三空隙三水压三力急三剧上三升，三而在三地震三作用三的短三暂时三间内三，这三种急三剧上三升的三空隙三水压三力来三不及三消散三，使三原有三土颗三粒通三过接三触点三传递三的压三力减三小，三当有三效压三力完三全消三失时三，土三颗粒三处于三悬浮三状态三之中三。这三时，三土体三完全三失去三抗剪三强度三而显三示出三近于三液体三的特三性。三这种三现象三称为三液化三。液化三的宏三观标三志是三在地三表出三现喷三砂冒三水。唐山三地震三时，三严重液三化地三区喷三水高三度可达8米，三厂房三沉降可达1米。天津三地震三时，三海河故三道及三新近三沉积三土地区三有近30三00个喷三水冒砂三口成三群出三现，三一般冒三砂量0.三1-三1立方米，三最多三可达5立方米。三有时三地面三运动三停止后三，喷三水现三象可三持续30分钟三。液化三的危三害：三喷水三冒砂三淹没三农田三，淤三塞渠三道，三淘空三路基三；沿三河岸三出现三裂缝三、滑三移，三造成三桥梁三破坏三，等三等。液化三使建三筑物三产生三下列三震害三：1.地面三开裂三下沉三使建三筑物三产生三过渡三下沉三或整三体倾三斜；2.不均三匀沉三降引三起建三筑物三上部三结构三破坏三，使三梁板三等水平三构件三及其三节点三破坏三，使三墙体三开裂三和建三筑物三体形变三化处三开裂三；3.室内三地坪三上鼓三、开三裂，三设备三基础三上浮三或下三沉。影响三场地三土液三化的三主要三因素三：1.土层三的地三质年三代；2.土层三的土三粒的三组成三和密三实程三度；3.砂土三层埋三置深三度和三地下三水位三深度三；4.地震三烈度三和地三震持三续时三间。2.三3.三2液化三判别液化三判别三和处三理的三一般三原则三：1）对三存在三饱和三砂土三和粉三土（三不含三黄土三）的三地基三，除6度外三，应三进行三液化三判别三。对6度区三一般三情况下可三不进三行判三别和三处理三，但三对液三化敏三感的三乙类建筑三可按7度的三要求三进行三判别三和处三理。2）存三在液三化土三层的三地基三，应三根据三建筑三的抗三震设三防类别、三地基三的液三化等三级结三合具三体情三况采三取相三应的三措施。地基三土液三化判三别过三程可三以分三为初三步判三别和三标准三贯入三试验三判别三两大三步骤三：1、初三步判三别以地三质年三代、三粘粒三含量三、地三下水三位及三上覆三非液三化土三层厚三度等三作为三判断三条件三。饱和三的砂三土或三粉土三（不三含黄三土）三当符三合下三列条三件之三一时三，可三初步三判别三为不三液化三或可三以不三考虑三液化三影响三：（1）地三质年三代为三第四三纪晚三更新三世（Q3）及以三前且三设防三烈度三为7、8度时三；（2）粉三土的三粘粒三（粒三径小三于0.三00三5m三m的颗三粒)含量三百分率在7、8和9度时三分别三大于10、13和16时；（3）采三用天三然地三基的三建筑三，当三上覆三非液三化土三层厚三度和地下三水位三深度三符合三下列三条件三之一三时，三可不三考虑三液化影三响。---上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；---基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；---液化土特征深度（m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别---上覆非液化土层厚（m)；---基础埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).上面三判别三式（db=2三)亦可三用下三图表三示：1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区粉土7度9度8度7度8度9度db>2时，三在du、dw中减去三（db-2三)后再三查图三确定三。查液三化土三特征三深度三表例1图示三为某三场地三地基三剖面三图上覆三非液三化土三层厚三度du=5三.5三m其下三为砂三土，三地下三水位三深度为dw=6三m.基础三埋深db=2三m,该场地三为8度区三。确三定是三否考虑液三化影三响。解：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别可不三考虑三液化三影响三。dw=6.5mdu=5.5mdb=2m根据三判别三式：例1图示三为某三场地三地基三剖面三图上覆三非液三化土三层厚三度du=5三.5三m其下三为砂三土，三地下三水位三深度为dw=6三m.基础三埋深db=2三m,该场地三为8度区三。确三定是三否考虑液三化影三响。解：三按土三层液三化判三别图三确定可不三考虑三液化三影响三。dw=6.5mdu=5.5mdb=2m1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度du=5三.5三mdw=6三.5三m查液三化土三特征三深度三表解：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别不满三足判三别式三，需三要进三一步三判别三是否三考虑三液化三影响三。例2图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m其下为沙土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。dw=6.5mdu=5.5mdb=2.5m例2图示三为某三场地三地基三剖面三图上覆三非液三化土三层厚三度du=5三.5三m其下三为沙三土，三地下三水位三深度为dw=6三m.基础三埋深db=2三.5三m,该场三地为8度区三。确三定是三否考虑液三化影三响。解：三按土三层液三化判三别图三确定需要三进一三步判三别是三否考三虑液三化影三响。dw=6.5mdu=5.5mdb=2.5m1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度2、细三判采用三标准三贯入三试验三判别钻孔三至试三验土三层上15三cm处,用63三.5公斤三穿心三锤，三落距三为76三cm，打击三土层三，打三入30三cm所用三的锤三击数三记作N63三.5，称为三标贯三锤击三数。三用N63三.5与规三范规三定的三临界三值Ncr比较三来确三定是三否会三液化三。1-三--穿心三锤2-三--锤垫3-三--触探三杆4-三--贯入三器头5-三--出水三孔6-三--贯入三器身7-三--贯入三器靴《规范》规定三：当饱三和可三液化三土的三标贯三击数N63三.5的值三小于Ncr值时三，判三为液三化，三否则三判为三不液三化。---地下水位深度（m)---饱和土标准贯入试验点深度（m)---液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。---粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。括号三内数三值用三于设三计基三本地三震加三速度三为0.三15和0.三3g的地三区12(15)188（10)第二、三组1610(13)6（8）第一组987设计地震分组烈度桩基三或埋三深大三于5m的深三基础三：2.三3.三3液化三地基三的评三价采用三土层三柱状三液化三等级三判定三。---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；---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临界值的取值；---第i点所代表的土层厚度（m)；---第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,5—15m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，5—20m时应按线性内插值法取值。液化三指数由液三化指三数，三按下三表确三定液三化等三级判别深度20m时的液化指标判别深度15m时的液化指标

严重

中等

轻微

液化等级液化三等级三与相三应的三震害液化等级

地面喷水冒砂情况

对建筑物的危害情况轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、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中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达200mm严重一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显危害性大，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2.三3.三4液化三地基三的抗三震措三施当液三化土三层较三平坦三、均三匀时三，可三按下三表选三用抗三液化三措施地基和上部结构处理，或其它经济的措施可不采取措施可不采取措施丁类全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求的措施基础和上部结构处理，亦可不采取措施丙类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对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理乙类严重中等轻微地基的液化等级建筑类别1、全三部消三除地三基液三化沉三陷的三措施三应符三合：1）采三用桩三基时三，桩三端深三入液三化深三度以三下稳三定土三层中三的长三度（三不包三括桩三尖部三分）三，应三按计三算确三定，三