工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第二章

1、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計第二章第二章 場地、地基與基礎(chǔ)場地、地基與基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 工程地質(zhì)條件對震害的影響工程地質(zhì)條件對震害的影響一、局部地形的影響一、局部地形的影響1局部地形高差大于局部地形高差大于3050m，高處震害重。，高處震害重。2局部孤突基巖地形震害重。局部孤突基巖地形震害重。二、局部地質(zhì)構(gòu)造的影響二、局部地質(zhì)構(gòu)造的影響局部地質(zhì)構(gòu)造主要指斷層。局部地質(zhì)構(gòu)造主要指斷層。斷層可分發(fā)震斷層與非發(fā)震斷層。斷層可分發(fā)震斷層與非發(fā)震斷層。發(fā)震斷層為具有潛在地震活動的斷層。發(fā)震斷層為具有潛在地震活動的斷層。場地選擇：應(yīng)盡量使建筑遠離斷層及其破碎帶。場地選擇：應(yīng)盡量使建筑遠離斷層及其破碎帶

2、。三、地下水位的影響三、地下水位的影響 水位越淺震害越重。水位越淺震害越重。四、地段類別的劃分四、地段類別的劃分1. . 建筑場地劃分為三種地段：建筑場地劃分為三種地段： 有利地段、不利地段、有利地段、不利地段、 危險地段危險地段2建筑物選址時建筑物選址時（1）應(yīng)選擇對抗震有利的地段；應(yīng)選擇對抗震有利的地段；（2）避開不利地段，當無法避開時，應(yīng)采取適當?shù)谋荛_不利地段，當無法避開時，應(yīng)采取適當?shù)目拐鸫胧?；抗震措施；?）不應(yīng)在危險地段建造建筑物。不應(yīng)在危險地段建造建筑物。水邊地的地下水位水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較松較高，土質(zhì)也較松軟，容易在地震時軟，容易在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地產(chǎn)生土壤滑動或

3、地層液化。層液化。 用另外的土石來填用另外的土石來填補地基，常有土壤補地基，常有土壤密實度不足情形，密實度不足情形，導(dǎo)致建筑物在地震導(dǎo)致建筑物在地震時產(chǎn)生傾斜、沉陷。時產(chǎn)生傾斜、沉陷。 山坡地在地震時會山坡地在地震時會產(chǎn)生土壤滑動。產(chǎn)生土壤滑動。沖沖積地的土質(zhì)松軟，積地的土質(zhì)松軟，地震時容易塌陷，地震時容易塌陷，如果此處有地下水如果此處有地下水層，還容易發(fā)生液層，還容易發(fā)生液化。化。 n 不利的場地條件不利的場地條件 谷地或低地，這里的建筑物容易谷地或低地，這里的建筑物容易在地震發(fā)生時，受土石崩塌破壞。在地震發(fā)生時，受土石崩塌破壞。 n 不利的場地條件不利的場地條件 臨近懸崖臨近懸崖, ,容易

4、滑落。容易滑落。n 不利的場地條件不利的場地條件 斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關(guān)。源地震多與斷裂活動有關(guān)。第二節(jié)第二節(jié) 場場 地地一、場地概念一、場地概念 場地：工程群體所在地，在平面上大體相當廠區(qū)、場地：工程群體所在地，在平面上大體相當廠區(qū)、居民點或自然村的區(qū)域范圍。居民點或自然村的區(qū)域范圍。場地土：場地范圍內(nèi)的地基土。場地土：場地范圍內(nèi)的地基土。場地條件對震害的影響因素：場地條件對震害的影響因素：（1）場地土的剛度（堅硬程度）場地土的剛度（堅硬程度）（2）場地覆蓋層厚度）場地覆蓋層厚度 泊松比泊松比對剪切波速度影響不太大，相對穩(wěn)定，而對壓縮對

5、剪切波速度影響不太大，相對穩(wěn)定，而對壓縮波影響很大（例如波影響很大（例如=0.20.48時）。這種變化特征對于現(xiàn)場測時）。這種變化特征對于現(xiàn)場測試試VP時的要求很高，而實際上很難做到。時的要求很高，而實際上很難做到。 土可以認為是由骨架（礦物、砂粒等）與填充物（氣體、土可以認為是由骨架（礦物、砂粒等）與填充物（氣體、液體等）組成。剪切波不能在氣體或液體中傳播，即液體等）組成。剪切波不能在氣體或液體中傳播，即VS只與土只與土的骨架性質(zhì)有關(guān)，而與填充特性無關(guān)。巖土的骨架和顆粒之間的骨架性質(zhì)有關(guān)，而與填充特性無關(guān)。巖土的骨架和顆粒之間的連接形式，是在一定的歷史時期形成的，它相對穩(wěn)定。的連接形式，是在

6、一定的歷史時期形成的，它相對穩(wěn)定。壓縮波可以在任何介質(zhì)中傳播，壓縮波可以在任何介質(zhì)中傳播，VP除了與土的壓實程度除了與土的壓實程度和彈性常數(shù)有關(guān)外，還和巖土的含水量和人類活動等因素有關(guān)，和彈性常數(shù)有關(guān)外，還和巖土的含水量和人類活動等因素有關(guān)，因此，用因此，用VS則更能客觀地反映土的性質(zhì)。則更能客觀地反映土的性質(zhì)。二、場地土的類型二、場地土的類型1對單一性質(zhì)土對單一性質(zhì)土由場地土的剪切波速確定由場地土的剪切波速確定式中，式中，G為土的剪切模量，為土的剪切模量， 為土的密度。為土的密度。2多層土多層土由多層土等效剪切波速確定由多層土等效剪切波速確定 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的確定方法的確定方法niidd10nisiivdt1nisiiniisevddtdv110等效原則：地震波通過多層土的時間與通過折算土等效原則：地震波通過多層土的時間與通過折算土層時間相等。層時間相等。式中式中 Vsi第第i層土的剪切波速，層土的剪切波速，m/s di 第第i層土的厚度，層土的厚度，m d0 場地土計算厚度，取地面下場地土計算厚度，取地面下20m，但不，但不 深于場地覆蓋層厚度，深于場地覆蓋層厚度，m n 土層數(shù)目土層數(shù)目tdVse0 nisiiVdt1Vs2VsnVs1d1d2didndVsed0

8、自然地面自然地面自然地面自然地面(a) 原來土層原來土層(b) 折算土層折算土層Vsi3對丁類建筑及不超過對丁類建筑及不超過10層且高度不超過層且高度不超過30m的丙類的丙類建筑，當無實測剪切波速時，可根據(jù)巖土名稱和性建筑，當無實測剪切波速時，可根據(jù)巖土名稱和性狀，先估計各土層剪切波速，再計算等效剪切波速。狀，先估計各土層剪切波速，再計算等效剪切波速。三、場地覆蓋層厚度三、場地覆蓋層厚度 定義：從地面至堅硬場地土頂面的距離。定義：從地面至堅硬場地土頂面的距離。四、場地類別四、場地類別 場地類別場地類別劃分為四類，劃分依據(jù)：劃分為四類，劃分依據(jù)： （1 1）場地土等效剪切波速（或場地土類型）場地

9、土等效剪切波速（或場地土類型） （2 2）場地覆蓋層厚度）場地覆蓋層厚度例題例題 ：已知某建筑場地的鉆孔資料如下表：已知某建筑場地的鉆孔資料如下表1所示，所示，試確定該場地的類別。試確定該場地的類別。土層底部深度土層底部深度（m）土層厚度土層厚度（m）土的名稱土的名稱土層剪切波速土層剪切波速（m/s）1.51.5雜填土雜填土1803.52.0粉土粉土2407.54.0細砂細砂31015.58.0礫砂礫砂520表表1 鉆孔資料鉆孔資料解：解：（1）確定覆蓋層厚度）確定覆蓋層厚度因為地表以下因為地表以下7.5m土層的剪切波速土層的剪切波速Vs=520m/s500m/s，故覆蓋層厚度故覆蓋層厚度do

10、v=7.5m。（2）計算剪切波速）計算剪切波速覆蓋層厚度覆蓋層厚度dov5m，故屬于，故屬于II類類場地。場地。m/s例題：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建例題：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建筑場地的類別。筑場地的類別。(2)地面下地面下20m以上場地土等效剪以上場地土等效剪切波速切波速tdvse/0m/s9 .152130/5 .10190/5 . 92010nisiivdd解：解：(1)確定覆蓋層厚度確定覆蓋層厚度(3)確定建筑場地類別確定建筑場地類別屬于屬于類場地類場地層底深度層底深度(m)土層厚度土層厚度(m)土的名稱土的名稱剪切波速剪切波速m/s9.

11、59.5砂砂19037.828.3淤泥質(zhì)粘土淤泥質(zhì)粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥質(zhì)粘土淤泥質(zhì)粘土200632.9細砂細砂31069.56.5礫混粗砂礫混粗砂520dov=63m【例題】【例題】 已知某擬建辦公寫字樓的建筑場地，其鉆已知某擬建辦公寫字樓的建筑場地，其鉆孔地質(zhì)資料如表孔地質(zhì)資料如表1所示，試確定該場地的類別。所示，試確定該場地的類別。土層底部深度（土層底部深度（m）土層厚度（土層厚度（m）巖土名稱巖土名稱土層剪切波速土層剪切波速vsi(m/s)2.002.00雜填土雜填土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 某建筑場地鉆孔地質(zhì)資料某建筑場地鉆孔地質(zhì)資料五、場地土的固有周期五、場地土的固有周期 0 xKxM sovvdT4nisiivhT14基本方程基本方程2. 簡化公式簡化公式式中：式中：dov覆蓋層厚度，即從基巖算起至地面的的厚度。覆蓋層厚度，即從基巖算起至地面的的厚度。式中：式中：vsi、hi覆蓋層中第覆蓋層中第i層土的剪切波速和土層厚度；層土的剪切波速和土層厚度；n場地覆蓋層中的土層總數(shù)。場地覆蓋層中的土層總數(shù)。（2） 多層土多層土（1）單一土層）單一土層第三節(jié)第三節(jié) 地基基礎(chǔ)的抗震驗算地基基礎(chǔ)的抗震驗算一、驗算原則一、驗算原則僅驗算地基承載力，不驗算地基變形。僅驗算地

13、基承載力，不驗算地基變形。二、不進行天然地基抗震承載力驗算的建筑二、不進行天然地基抗震承載力驗算的建筑 1砌體房屋；砌體房屋； 2地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑：列建筑： （1）一般單層廠房、單層空曠房屋；）一般單層廠房、單層空曠房屋； （2）不超過）不超過8層且高度層且高度25m以下的一般民用框架房屋；以下的一般民用框架房屋； （3）基礎(chǔ)荷載與）基礎(chǔ)荷載與（2）相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房；相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房；3可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑?？刹贿M行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。三、天然地基在地震作用下的抗震驗算三、天然地基在地震作用下的抗震驗算

14、式中式中faE調(diào)整后的地基土抗震承載力特征值調(diào)整后的地基土抗震承載力特征值 s地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)fa修正后的地基土靜承載力特征值，按修正后的地基土靜承載力特征值，按建建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范采用。采用。1地基土抗震承載力地基土抗震承載力asaEff)5 . 0()3(dbffmdbaka 2地震作用下天然地基的抗震驗算地震作用下天然地基的抗震驗算a Em a xa E1 .2pfpf驗算天然地基地震作驗算天然地基地震作用下的豎向承載力時，可用下的豎向承載力時，可認為其在基礎(chǔ)底面所產(chǎn)生認為其在基礎(chǔ)底面所產(chǎn)生的壓力是直線分布的。按的壓力是直線分布的。按地

15、震作用效應(yīng)地震作用效應(yīng)標準組合標準組合的的基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣最大壓力應(yīng)符合下列各式最大壓力應(yīng)符合下列各式要求：要求：pmaxp地基反力示意圖地基反力示意圖 第四節(jié)第四節(jié) 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原因原因地震時，飽和砂土或粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相地震時，飽和砂土或粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移，顆粒結(jié)構(gòu)有壓密趨勢，如其本身滲透系對位移，顆粒結(jié)構(gòu)有壓密趨勢，如其本身滲透系數(shù)較小，短時間內(nèi)空隙水排泄不走而受到擠壓，數(shù)較小，短時間內(nèi)空隙水排泄不走而受到擠壓，空隙水壓力急劇增加，當空隙水壓力增加到與剪空隙水壓力急劇增

16、加，當空隙水壓力增加到與剪切面上的法向壓應(yīng)力接近或相等時，砂土或粉土切面上的法向壓應(yīng)力接近或相等時，砂土或粉土受到的有效壓應(yīng)力下降乃至喪失，砂土顆粒局部受到的有效壓應(yīng)力下降乃至喪失，砂土顆粒局部或全部處于懸浮狀態(tài)。此時，土體抗剪強度等于或全部處于懸浮狀態(tài)。此時，土體抗剪強度等于零，形成有如零，形成有如“液體液體”的現(xiàn)象，即稱為的現(xiàn)象，即稱為“液化液化”。2危害危害地面噴水冒砂，地基不均勻沉陷，地裂滑地面噴水冒砂，地基不均勻沉陷，地裂滑坡，從而造成建筑物的破壞。坡，從而造成建筑物的破壞。二、影響地基土液化的因素二、影響地基土液化的因素砂土、粉土、飽和度、振動是產(chǎn)生液化的必要條件。砂土、粉土、飽和

17、度、振動是產(chǎn)生液化的必要條件。影響地基土液化的主要因素：影響地基土液化的主要因素：1地質(zhì)年代。年代愈久抗液化能力愈強。地質(zhì)年代。年代愈久抗液化能力愈強。2土的組成。土的組成。（1）細砂較粗砂易液化，顆粒均勻的較顆粒級配良）細砂較粗砂易液化，顆粒均勻的較顆粒級配良好的易液化。好的易液化。（2）粘性顆粒含量多不易液化，含量越少越易液化。）粘性顆粒含量多不易液化，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土的相對密度。相對密度越小越易液化。土的相對密度。相對密度越小越易液化。4上覆土層的厚度。厚度越大越

18、不易液化。上覆土層的厚度。厚度越大越不易液化。5地下水位。地下水位淺時較深時易液化。地下水位。地下水位淺時較深時易液化。6地震烈度和地震持續(xù)時間。地震烈度和地震持續(xù)時間。 烈度越高越易液化；地震持時長易液化。烈度越高越易液化；地震持時長易液化。三、液化的判斷三、液化的判斷6度時，一般不考慮液化影響。度時，一般不考慮液化影響。液化判別可分二步進行：液化判別可分二步進行：第一步：初步判斷。第一步：初步判斷。飽和的砂土或粉土當符合下列條件之一時，可初步飽和的砂土或粉土當符合下列條件之一時，可初步判斷為不液化或不考慮液化的影響判斷為不液化或不考慮液化的影響1地質(zhì)年代為第四紀晚更新世地質(zhì)年代為第四紀晚更

19、新世（Q3）及其以前時，及其以前時，可判為不液化土?？膳袨椴灰夯?。2粉土的粘粒（粒徑小于粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒）含量百的顆粒）含量百分率分率 c（%）在在7度、度、8度、度、9度分別不小于度分別不小于10、13、16時，應(yīng)判為不液化土。時，應(yīng)判為不液化土。3采用天然地基的建筑，當其上覆非液化土層厚度采用天然地基的建筑，當其上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響化影響 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上覆非液化土層厚度上覆非液化土層厚度（m）db基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)埋置深度（m），不超過，不超過2m時應(yīng)采用時應(yīng)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：標準貫入試驗判別。第二步：標準貫入試驗判別。標準貫入試驗設(shè)備：標準貫入器、觸探桿、重標準貫