建筑结构抗震设计课件第二章

建筑结构抗震设计课件第二章建筑结构抗震设计主讲教师：任文杰第2章场地、地基与基础场地：是指具有相似的反应谱特征的房屋群体所在地，其范围大体相对于厂区、居民点和自然村的范围，在平坦地区面积一般不小于1km×1km。场地是建造建筑物的地方（大）。地基：建筑物范围内（小）。场地、地基在地震中对上部结构的影响：*地基本身的强度和稳定遭受破坏→地基失效→上部结构破坏。*场地条件包括地质条件、水文地质条件、地形地貌。场地条件对地震灾害的影响：烈度异常。§2.1场地2.1.1建筑场地建筑场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度，把场地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，Ⅰ类分为Ⅰ0和Ⅰ1两个亚类建筑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500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m／s的土层顶面的距离确定。2当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层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。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。土层剪切波速的确定一般应根据现场实测波速确定。对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层、高度不超过24m的多层建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按下表划分土的类型，再利用当地经验在下表的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。土层的等效剪切波速：()se0s1niiivdttdv===∑d0——计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；n——计算深度范围内土层的分层数vsi——计算深度范围内第i层土的剪切波速(m/s)di——计算深度范围内第i层土的厚度(m)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。520砾混粗砂6.569.5310细砂2.963200淤泥质粘土16.560.1240砂5.843.6130淤泥质粘土28.337.8170砂9.59.5剪切波速m/s土的名称土层厚度(m)层底深度(m)（1）确定地面下20m表层土的场地土类型()se0s120146.3577ms9.517010.5130niiidvdtdv=====+∑属于中软土（2）确定覆盖层厚度d0=63m（3）确定建筑场地类别：属于Ⅲ类场地1．地段类别的划分建筑场地评价2.发震断裂带的震害和避让震害：断裂带是地质构造上的薄弱环节，在地震时可能产生新的错动，使地面建筑物遭受较大的破坏。应避开在这种危险地段作为建筑场地。影响断裂带错动的因素：地震烈度、覆盖土层厚度。发震断裂的工程影响评价1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，隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。2对不符合上述规定的情况，应避开主断裂带。其距离不宜小于下表。在避让距离的范围内确有需要建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时，应按提高一度采取抗震措施，并提高基础和上部结构的整体性，且不得跨越断层线。3.局部孤突地形的震害局部孤突地形是指条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡等地段。?孤突地形宏观震害比较严重：①高突地形高度愈大反应愈强烈；②离陡坎和顶边部愈远反应相对减小；③从土质构成看土质反应大于岩质反应；④高突顶面愈开阔反应愈小；⑤边坡愈陡顶部反应愈大。?局部孤突地形地震作用放大§2．2地震时地面运动特性一、场地土对地震波的作用1122sskρυρυ=β覆盖层振幅放大系数,等于地面振幅与基岩入射波振幅之比1ovsdωυk<1,基岩入射波的振幅均被放大；地震波某个谐波分量的周期为该波穿过表土层所需时间的4倍时，覆盖层地面振动最显著14ovsdTυ=时,β最大场地的卓越周期（自振周期）:单一土层：svHT4=多层土时:siinivhT41∑==二、建筑场地的地震影响*软弱地基上:柔性结构易遭到破坏，刚性结构表现较好；*坚硬地基上:柔性结构表现较好，刚性结构表现较差。*深厚覆盖土层上：建筑物的震害较重，而浅层土上建筑物的震害则相对要轻些；建筑物在软弱地基的破坏比坚硬地基上的破坏要严重。解释一：类共振现象*场地覆盖土层的自振周期（固有周期、卓越周期）。*覆盖土层将地震波中同周期的分量放大。*当建筑物的固有周期与卓越周期相近时，结构的地震反应将增大。解释二：地震波进入表土层可能被放大一般而言，深厚覆盖土层地基上建筑物的震害比较严重。*地震动被放大；*柔性结构与之发生类共振；*产生地基液化、软土震陷、地基不均匀沉降。§2.3地基的抗震验算一、可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的建筑1本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。2地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑：1)一般的单层厂房和单层空旷房屋；2)砌体房屋3)不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋；4)基础荷载与3)项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。注：软弱黏性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层。二、天然地基抗震承载力验算1）基于地震的偶然性和短时性，地基承载力的可靠度要求可较静力承载力有所降低。2）动荷载作用下的土动力强度比静力强度有所提高。地基抗震承载力采用地基承载力设特征值乘以调整系数：aEaaffζ=?调整后的地基土抗震承载力地基抗震承载力调整系数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》采用验算天然地基地震作用下的竖向承载力aEaEfpfp2.1max≤≤p：地震作用效应标准组合的基础底面的平均压力pmax：地震作用效应标准组合的基础边缘的最大压力。高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现脱离区(零应力区)；其他建筑，基础底面与地基土之间脱离区(零应力区)面积不应超过基础底面面积的15％。§2.4地基土液化及其防治一、地基土液化现象地基土液化：饱和的砂土和粉土在地震作用下产生振动压密。由于地震时的振动导致砂粒之间的孔隙水压的急剧上升，当孔隙水压上升到与地基自重的垂直压应力接近时，砂土颗粒处于悬浮状态、土体的剪切强度等于零，变成类似于液体的现象，故取名为“液化”。液化危害地面：喷水冒砂、地陷等。建筑物：下沉、倾斜。地质：土体侧向移动。二、影响地基土液化的因素1）土的类型、密度土类：新近沉积的非粘性土容易发生液化（地质年代越古老，越不易液化；土的粘粒含量高，不易液化）。密度：土体的抗液化能力与其相对密度成正比。2）土的埋深埋深越大、不容易液化。埋深大于15（20）米的土层液化可能性不大。3）地下水位土层的饱和是发生液化的必要条件。地下水位低于10米时不液化。4）历史地震一旦发生过液化的场地在今后的地震中会重复出现液化。5）地震动强度和持续时间震级、烈度越大（7度、0.1g以上）、地震持续时间越长?（15秒，5—30周次）越容易液化。三、地基土液化判别整个判别过程的框图如图所示第一步：初步判别（符合以下任一条件者为不液化或可不考虑液化影响）1地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时可判为不液化。2粉土的黏粒(粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，可判为不液化土。3浅埋天然地基的建筑，当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，可不考虑液化影响：3+>bowddd2?+>bouddd5.425.1?+>+bowudddddu——上覆盖非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除db——基础埋置深度（m），小于2m时应采用2m；dw——地下水位深度（m），宜按建筑设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；d0——液化土特征深度（m)，按下表采用。标准贯入试验设备的构成:（穿心锤63.5kg、触探杆、标准贯入器）。试验方法：试验时，先用钻具钻至试验土层标高以上15cm，再将标准贯入器打至试验土层标高位置，然后，在锤的落距为76cm的条件下，连续打入土层30cm，记录所得锤击数为N63.5。N63.5越大土质越好41①穿心锤；②锤垫；③触探杆；④贯入器头；⑤出水孔；⑥贯入器身；⑦贯入器靴第二步：再判（标准贯入试验判别）（1）地面下20m范围内:()[ln0.61.50.1]3croswcNNddβρ=+?63.5crNN<液化判别公式：液化:crN液化判别标准贯入锤击数临界值对本规范定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m范围内土的液化。四、液化地基的评价1(1)nilEiiicriNIdWN==?∑?液化指数的意义：从定量上反映了土层液化的可能性大小和液化危害的轻重程度。根据液化指数可划分地基的液化等级。例：某浅埋基础。该场地为8度区，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组。（严重液化）[例]某工程按7.5度设防，其工程地质年代属Q4，钻孔资料自上向下为：砂土层至2.1m，砂砾层至4.4m，细砂至8.0m，粉质粘土层至15m；砂土层及细砂层粘粒含量均低于8％；地下水位深度1.0m；基础埋深1.5m；设计地震场地分组属于第一组。试验结果如表2-9，试对该工程场地液化可能作出评价。[解]（1）初判Q4;wboddd=>=?+173du=0;uwbodddd+=>=?+15.115.425.113<="">五、地基的抗液化措施规范：当液化砂土层、粉土层较平坦且均匀时，宜按下表选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。不宜将未经处理的的液化土层作为天然地基持力层。（1）全部消除地基液化沉降的措施，一般包括采用桩基，深基础或深层加固，挖除全部液化土层或增加上覆非液化土层的厚度等。（2）部分消除地基液化沉降的措施，一般包括加固或挖除部分液化土层