建筑抗震與多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)翟長(zhǎng)海第2章

1、第二章場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)從破壞性質(zhì)和工程對(duì)策角度，分為兩種類型：地基失效和場(chǎng)地的對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用可作用。地基失效一般是指造成建筑破壞的直接原因是由于場(chǎng)地和地基穩(wěn)定性引起的。場(chǎng)地和地基的破壞作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。這種破壞作用一般是通過(guò)場(chǎng)地選擇和地基處理來(lái)減輕地震的。場(chǎng)地的動(dòng)作用是指由于強(qiáng)烈地面運(yùn)動(dòng)引起地面設(shè)施振動(dòng)而產(chǎn)生的破壞作用。減輕它所產(chǎn)生的減震設(shè)計(jì)和采取減震措施。的主要途徑是合理的進(jìn)行抗震和為此要確定工程場(chǎng)地的設(shè)計(jì)動(dòng)參數(shù)。22.1破壞作用工程地質(zhì)條件對(duì)破壞的影響很大。常有烈度異?，F(xiàn)象，即“重災(zāi)區(qū)里有輕災(zāi)，輕災(zāi)區(qū)里由重災(zāi)”產(chǎn)生的原因是局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件不同。地段劃分地段類別地質(zhì)、

2、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土，開(kāi)闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等地段時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的部位2.2 建筑地段的選擇山坡地在時(shí)會(huì)產(chǎn)生土壤滑動(dòng)沖積地的土質(zhì)水邊地的水位較高，土質(zhì)也較松軟，容易在地震時(shí)產(chǎn)生土壤滑動(dòng)或地層液化。用另外的土石來(lái)填補(bǔ)地基，常有土壤密實(shí)度不足情形，導(dǎo)致建筑物在時(shí)產(chǎn)生傾斜、沉陷。松軟，時(shí)容易塌陷，如果此處有水層，還容易發(fā)生液化。4懸崖

3、，容易滑落谷地或低地，這里的建筑物容易在發(fā)生時(shí)，受土石崩塌破壞。了一巨大的泥石流，數(shù)百戶人家被埋在泥石里，估計(jì)有1200多人遇難5地裂地段選擇1.選擇有利地段；2.避開(kāi)不利地段，當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?.不在地段建設(shè)。6局部突出地形的影響1.地形距離基準(zhǔn)面的高度愈大，高處的反應(yīng)愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應(yīng)相對(duì)減小；3.在同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大；4.邊坡愈陡，其頂部的放大效應(yīng)相應(yīng)加大。7發(fā)震斷裂的影響8斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)震斷裂帶附近地表，在時(shí)可能產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)，使建筑物較大的破壞，屬于地段。建設(shè)時(shí)應(yīng)避開(kāi)。發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的地段

4、主要在度區(qū)，全新世以來(lái)經(jīng)?；顒?dòng)的斷裂上面。9場(chǎng)地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時(shí)，應(yīng)對(duì)斷裂的工程影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并應(yīng)符合下列要求：對(duì)符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地面建筑的影響：1）抗震設(shè)防烈度小于8度；2）非全新世活動(dòng)斷裂；3）抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)，前第四紀(jì)基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。對(duì)不符合本條1款規(guī)定的情況，應(yīng)避開(kāi)主斷裂帶。其避讓距離不宜小于下表對(duì)發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。發(fā)震斷裂的最小避讓距離(m)一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)0題烈度建筑抗震設(shè)防類別甲乙丙丁8專門300m200m9專門500m300m建筑場(chǎng)地指建筑所在地，大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民點(diǎn)和自然村的區(qū)域范圍。為什么進(jìn)行

5、場(chǎng)地類別劃分？建筑場(chǎng)地按對(duì)建筑的影響劃分為4類，建筑場(chǎng)地分類指標(biāo)是以場(chǎng)地剪切波速（或場(chǎng)地土類型）和覆蓋層厚度。一、場(chǎng)地土層的卓越周期與場(chǎng)地的1. 場(chǎng)地土層的卓越周期(什么概念？)場(chǎng)地土層的卓越周期的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為效應(yīng)4 H vsnT 4hi多層土?xí)r單一土層時(shí)T vsii1vs-土的剪切波速-覆蓋層厚度H-i層厚度vsii層剪切波速n-土層總數(shù)hi112.3 建筑場(chǎng)地的類別劃分2.場(chǎng)地的效應(yīng)場(chǎng)地土對(duì)于從基巖傳來(lái)的波具有防大和濾波作用。堅(jiān)硬土層上的剛性建筑、軟弱土上的柔性建筑破壞嚴(yán)重。建筑場(chǎng)地的類別場(chǎng)地土的類型二.fak-地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值12土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍(m/s)堅(jiān)硬土或

6、巖石穩(wěn)定巖石，密實(shí)的碎石土vs 500中硬土中密、稍密的碎石土，密實(shí)、中密的礫、粗、中砂，fak 200 的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土500vs250中軟土稍密的的礫、粗、中砂,除松散外的細(xì)、粉砂,可塑黃土,fak 20的0 粘性土和粉土,fak 13的0 填土250vs140軟弱土淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土， fak 130的填土，流塑黃土140 vs場(chǎng)地類別場(chǎng)地覆蓋層厚度的確定：1.2.一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面；當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的下臥土層，且下臥土層的剪切波速不小于400m/s時(shí)，可按地面至該下臥土層

7、頂面的距離確定；剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體，其厚度應(yīng)從覆蓋3.4.土層中扣除。13等效剪切波速（m/s）場(chǎng) 地 類 型vse 5000500 vse 250 5m 5m250 vse 140 3m305050140 vse 3m31515 8080場(chǎng)地類別土層的等效剪切波速n di d /tt/svivse0i1-土層的等效剪切波速-計(jì)算深度（m)，取覆蓋層厚度和20m二者的較小值vse d0 t divsin-剪切波在地面至計(jì)算深度之間的-計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度(m)時(shí)間-計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速(m/s)-計(jì)算深度

8、范圍內(nèi)土層的分層數(shù)14等效剪切波速（m/s）場(chǎng) 地 類 型vse 5000500vse250 5m 5m250vse140 3m305050140 vse 3m31515 8080地基在作用下的穩(wěn)定性對(duì)基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是比較敏感的，因此確保時(shí)地礎(chǔ)能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳下來(lái)的豎向和水平變形和不均勻沉降是地作用以及傾覆力矩而不發(fā)生過(guò)大礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的基本要求。一、天然地基的震害特點(diǎn)1.高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質(zhì)土在中產(chǎn)生不同程度的震陷，造成上部結(jié)構(gòu)的傾斜或破壞；2.雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，土質(zhì)松軟且承載力較低，易產(chǎn)生沉陷，使結(jié)構(gòu)開(kāi)裂；3.溝、坑、古河道、坡地辦挖半填等非勻

9、質(zhì)地基在中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結(jié)構(gòu)破壞。152.4 天然地基和基礎(chǔ)二.天然地基的抗震措施1.軟弱粘性土地基采用樁2.雜填土地基基加固；換土夯實(shí)；地基加固；3.不均勻地基綜合建筑體型、荷載、烈度、結(jié)構(gòu)類型等采取合理的結(jié)構(gòu)布局、地基抗震措施。16地基加固處理方法換土墊層法重錘夯實(shí)法擠密樁法 沉井預(yù)壓法三、地礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)地礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)是通過(guò)選擇合理的基礎(chǔ)體系和抗震驗(yàn)算來(lái)保證其抗震能力的。1. 地礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的一般要求1）同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土層上；同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基而另外部分采用樁基；地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土層時(shí)，宜加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛性；根

10、據(jù)具體情況，選擇對(duì)抗震有利的基礎(chǔ)類型，在抗震驗(yàn)算時(shí)應(yīng)盡量考慮結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的相互作用影響，使之能反映地礎(chǔ)在不同階段上的工作狀態(tài)。172. 可不進(jìn)行地礎(chǔ)抗震驗(yàn)算的范圍由震害得到下面結(jié)論：數(shù)房屋是由地基的原因而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞。大量的一般性地基具有良好的抗震性能，極少發(fā)現(xiàn)因地基承載力不夠而產(chǎn)生震害。導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞的地基大多是液化地基、易產(chǎn)生震陷的軟土地基和嚴(yán)重不均勻地基。我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)量大面廣的一般地基和基礎(chǔ)不作抗震驗(yàn)算，對(duì)容易產(chǎn)生地礎(chǔ)震害的液化地基，軟土地基和嚴(yán)重不均勻地基規(guī)定了相應(yīng)的抗震措施，以避免或減輕震害。182.可不進(jìn)行地礎(chǔ)抗震驗(yàn)算的范圍1)2)砌體房屋；地基主要受力層范圍內(nèi)不

11、存在軟弱粘性土層的下列建筑： 1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；2）不超過(guò)8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋；3）基礎(chǔ)荷載與2）項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。3)193. 天然地震作用下的承載力驗(yàn)算采用“擬靜力法”規(guī)范規(guī)定：基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣最大壓力應(yīng)符合下式要求p 1p.2afEafEmax式中 p基礎(chǔ)底面平均壓力（kPa)pmax基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力(kPa)faE地基土抗震允許承載力大于4的建筑，在作用下基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力；其它建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面面積的15%。204. 地基土抗震承載力確定地基抗震承載力在靜

12、力設(shè)計(jì)承載力基礎(chǔ)上調(diào)整。調(diào)整的出發(fā)點(diǎn)：1）是偶發(fā)事件，地基抗震承載力安全系數(shù)可比靜載時(shí)降低；2）多數(shù)土在有限次的動(dòng)載下，強(qiáng)度較靜載下稍高。214. 地基土抗震承載力確定 faEa fa式中faE-調(diào)整后的地基抗震承載力設(shè)計(jì)值a-地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)-深寬修正后的地基承載力特征值，按fa建筑地礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007采用地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)122巖土名稱和性狀 a巖石，稍密的碎石土，密實(shí)的礫、粗、中砂， f3k 00k的Pa粘性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實(shí)和中密的細(xì)、粉50砂kPaf3k 00kPa1.3稍密的細(xì)、粉1砂00，kPaf1k50粉k的P土粘

13、a 性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土1.1淤泥，淤泥質(zhì)土，松散的砂，填土1.0一.場(chǎng)地土的液化現(xiàn)象與震害處于水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到作用時(shí)將趨于密實(shí)，使空隙水壓力急劇上升，而在作用的短暫時(shí)間內(nèi)，這種急劇上升的空隙水壓力來(lái)不及消散，使有效壓力減小，當(dāng)有效壓力完全時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時(shí)，土體完全失去抗剪強(qiáng)度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。232.5 場(chǎng)地土的液化與抗液化措施唐山時(shí)，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達(dá)8米，廠房沉降可達(dá)1米。時(shí)，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個(gè)噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達(dá)

14、5立方米。有時(shí)地面運(yùn)動(dòng)停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒(méi)農(nóng)田，淤塞，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。24液化的震害：1.地面開(kāi)裂下沉使建筑物產(chǎn)生過(guò)渡下沉或整體傾斜；2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)破壞，使墻體開(kāi)裂和建筑物體形變化處開(kāi)裂；3.室內(nèi)地坪上鼓、開(kāi)裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。影響場(chǎng)地土液化的主要1.土層的地質(zhì)年代；：2.土層的土粒的組成和密實(shí)程度；3.砂土層埋置深度和水位深度；4.烈度和持續(xù)時(shí)間25二.液化判別與危害程度估計(jì)1、液化判別和處理的一般原則：1）對(duì)存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判

15、別。對(duì)6度區(qū)一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對(duì)液化敏感的乙類建筑可按7度的要求進(jìn)行判別和處理。79度時(shí)，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求進(jìn)行判別和處理！2）存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級(jí)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。262、液化判別和危害性估計(jì)方法對(duì)一般工程項(xiàng)目，砂土或粉土液化判別及危害程度估計(jì)可按以下步驟進(jìn)行：1）初判以地質(zhì)年代、粘粒含量、層厚度等作為判斷條件。水位及上覆非液化土地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及以前時(shí)，7、8度可判為不液化；當(dāng)粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在7、8和9度時(shí)分別大于10、13和16可判為不液化；27（3）采

16、用天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和水位深度符合下列條件之一時(shí)，可不考慮液化影響。d0 bd3u1d .w50d2 b d 4d ud0 bd2d w.5du-上覆非液化土層厚度（m)，計(jì)算時(shí)宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；-基礎(chǔ)埋置深度(m),不超過(guò)2m時(shí)采用2m；dbdw -水位深度（m)，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用；d0-液化土特征深度（m)，按右表采用。不考慮液化時(shí)的覆蓋層的界限厚度飽和土類別烈度789粉土6m7m8m砂土7m8m9md0 bd3u1d .w50d2b d 4d udud0 bd2d w.5db -基-上覆非液化土層厚度（mdw -d水

17、位深度（m)；-液0上面判別式（db=2)亦可用圖形表示：dd4u(5m)6u(5m)6123789101234789101234567891012345678910須進(jìn)一步判別區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)7度7度8度8度9度9度不考慮液化影響區(qū)不考慮液化影響區(qū)29粉土砂土dw(m)dw(m)礎(chǔ)db2時(shí)，在du 、 dw中減去（db-2)化后再查圖確定。2） 細(xì)判采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別鉆孔至試驗(yàn)土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標(biāo)貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來(lái)確定是否會(huì)液化。1-穿心錘2-錘墊3-觸探桿4-貫入器

18、頭5-出水孔6-貫入器身7-貫入器靴標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備30規(guī)范規(guī)定當(dāng)飽和可液化土的標(biāo)貫擊數(shù)N63.5的值小于Ncr值時(shí)，判為液化，否則判為不液化。c30 N. c9r2 N.c4r. 1.1dw(N00N00(d sd)w)/ dd(mm1520)s3 /cs 15-水位深度（m)dwdscN0-飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度（m)-粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或是砂土?xí)r，均應(yīng)取3-液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按下表采用括號(hào)內(nèi)數(shù)值用于設(shè)計(jì)基本度為0.15和0.3g的地區(qū)31設(shè)計(jì)分組烈度789第一組6（8）10(13)16第二、三組8（10)12(15)-3. 液化場(chǎng)地危害程度的確定同一烈度下，液化層的厚

19、度愈厚愈淺，水位愈高，實(shí)嚴(yán)化愈，液愈大相差擊數(shù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)與臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘重，帶來(lái)的危害也愈大液化指數(shù)n1NidI () W液化指數(shù)lEiiNi1crin-判別深度內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)；Ncri-分別為i點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實(shí)測(cè)值和臨界值，當(dāng)實(shí)測(cè)值大于臨界值時(shí)取臨界值的取值；-第i點(diǎn)所代表的土層厚度（m)；Ni,di-第i層考慮土層厚度的層位影響權(quán)系Wi數(shù)(m。)若判別深度為15m，當(dāng)該層中點(diǎn)深度不1大于5m時(shí)采用10，等于15m時(shí)應(yīng)取零值,515m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值;若判別深度為20m，當(dāng)該層中點(diǎn)深度不大于5m時(shí)采用10，等于20m時(shí)應(yīng)取零值，520m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值。

20、32由液化指數(shù)，按下表確定液化等級(jí)液化等級(jí)與相應(yīng)的震害33液化等級(jí)地面噴水冒砂情況對(duì)建筑物的危害情況輕微地面無(wú)噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點(diǎn)危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴(yán)有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開(kāi)裂，有時(shí)不均勻沉陷可達(dá)200mm嚴(yán)重一般噴水冒砂都很嚴(yán)重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)重判別深度15m時(shí)的液化指標(biāo)0 IlE 55 IlE 15IlE 15判別深度20m時(shí)的液化指標(biāo)0 IlE 66 IlE 18 IlE 18三、抗液化措施及選擇當(dāng)液化土層較平坦、均勻時(shí)，可按下表選用抗液化措施1、全部消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：1）采用樁基時(shí)，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁尖部分），應(yīng)按計(jì)算確定，且對(duì)碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土尚不應(yīng)小于0.5m，對(duì)其他非巖石尚不應(yīng)小于1.5m；34建筑類別地基的液化等級(jí)輕微中等嚴(yán)重乙類部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y(jié)構(gòu)處理全部消除液化沉陷，或部分消