場地、地基與基礎

場地、地基與基礎建筑抗震設計董立軍土木0932009011352講評：建筑抗震設計主要內容地基、場地與基礎場地——是指工程群體所在地，具有相似的反應譜特征，相似與居民區(qū)、廠區(qū)和自然村或不小于1.0km2的平面面積場地土——指場地范圍內的地基土。地基——建筑基礎下受力范圍內的土層。一、場地與地震危害1、場地2、地震危害從破壞性質和工程對策角度，地震對結構的破壞作用可分為兩種類型：

場地、地基的破壞作用和場地的震動作用。★場地和地基的破壞作用一般是指造成建筑破壞的直接原因是由于場地和地基穩(wěn)定性引起的。★場地的地震動作用是指由于強烈地面運動引起地面設施振動而產生的破壞作用。地基震害的主要形式地裂縫。分為構造地裂縫和重力地裂縫沉降，隆起在動靜剪應力下塑性流動，導致建筑物沉陷過大或不均勻砂沸，噴砂冒水。超凈空隙壓力尋找出路造成山體沿軟弱夾層滑動影響建筑震害和地震動參數的場地因素很多，其中包括有局部地形、地質構造、地基土質、建筑物自身等，其中主要因素：

1、場地土的剛性（及土的堅硬程度及密實程度）

2、場地覆蓋層厚度3、場地與地震危害多次震害調查發(fā)現(xiàn)，同一烈度區(qū)，不同場地上的建筑的震害不同，工程地質條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異?，F(xiàn)象，即“重災區(qū)里有輕災，輕災區(qū)里有重災”。為了合理地選擇建筑場地和合理估計場地的動力放大效應以達到經濟和安全的目的，必須對場地所在地段的抗震危險性及場地類別進行劃分。地段類別地質、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等一般地段不屬于有利、不利和危險的地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，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（含故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結構性裂縫等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地箔、地裂、混石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位

1、建筑場地的選擇選擇建筑場地時，應按表4.1.1劃分對建筑抗震有利、一般、不利和危險的地段。表4.1.1有利、一般、不利和危險地段的劃分《中華人民共和國國家標準GB50011-2010:建筑抗震設計規(guī)范》2、建筑場地的類別4.1.2建筑場地的類別劃分，應以土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度為準。土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍(m/s)巖石堅硬、較硬且完整的巖石υS＞800堅硬土或軟質巖石破碎和較破碎的巖石或軟和較軟的巖石，密實的碎石土800≥υS＞500中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak>150的黏性土和粉土，堅硬黃土500≥υS＞250中軟土稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細、粉砂，fak≤150的黏性土和粉土，fak＞130的填土，可塑新黃土250≥υS＞150軟弱土淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的黏性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黃土υS≤150表4.1.3土的類型劃分和剪切波速范圍注：fak為由載荷試驗等方法得到的地基承載力特征值(kPa)；υS為巖土剪切波速。土層的等效剪切波速----土層的等效剪切波速----計算深度（m)，取覆蓋層厚度和20m二者的較小值----剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間----計算深度范圍內第i土層的厚度(m)----計算深度范圍內第i土層的剪切波速(m/s)----計算深度范圍內土層的分層數巖石的剪切波速或土的等效剪切波速(m/s)場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣυS＞8000800≥υS＞5000500≥υS＞250＜5≥5250≥υS＞150＜33～50＞50υS≤150＜33～1515～50＞804.1.6建筑的場地類別，應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度按表4.1.6劃分為四類，其中I類分為I0、I1兩個亞類。當有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于表4.1.6所列場地類別的分界線附近時，應允許按插值方法確定地震作用計算所用的特征周期。（注：表中υS系巖石的剪切波速。）

表4.1.6各類建筑場地的覆蓋層厚度(m)二

地震時地面運動特性

地震地面運動的一般特征概括為：1.地面運動最大加速度：決定強震時作用于結構的地震力2.地面運動的周期：對結構地震反應起重要作用3.強震的持續(xù)時間：對建筑物的破壞程度有較大的影響地面運動的一般特征可用地面運動加速度記錄曲線來說明，它是由一系列非周期性的加速度脈沖所組成。二

地震時地面運動特性場地條件對地震地面運動的影響土層放大作用

透射系數反射系數

波動阻抗比共振作用場地土層的固有周期與場地的地震效應土層的固有周期場地土層的固有周期的簡化計算公式為單一土層時多層土時---覆蓋層厚度---土的剪切波速---土層總數----i層厚度----i層剪切波速基礎的設計的基本原則地基承載力變形地基基礎的抗震設計●同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；●同一結構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、新近填土或嚴重不均勻土層時，宜加強基礎的整體性和剛性；●根據具體情況，選擇對抗震有利的基礎類型，在抗震驗算時應盡量考慮結構、基礎和地基的相互作用影響，使之能反映地基基礎在不同階段上的工作狀態(tài)。

地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。地基基礎抗震設計的一般要求1、天然地基和基礎

地基在地震作用下的穩(wěn)定性對基礎及上部結構的內力分布是比較敏感的，因此確保地震時地基基礎能夠承受上部結構傳下來的豎向和水平地震作用以及傾覆力矩而不發(fā)生過大變形和不均勻沉降是地基基礎抗震設計的基本要求。2天然地基的震害特點1.高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質土在地震中產生不同程度的震陷，造成上部結構的傾斜或破壞；2.雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，土質松軟且承載力較低，易產生沉陷，使結構開裂；3.溝、坑、古河道、坡地辦挖半填等非勻質地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結構破壞。三、天然地基3、天然地基的抗震措施1.軟弱粘性土地基：采用樁基，地基加固；2.雜填土地基：換土夯實；地基加固；3.不均勻地基：綜合建筑體型、荷載、烈度、結構類型等采取合理的結構布局、地基抗震措施。地基加固處理方法換土墊層法重錘夯實法擠密樁法沉井預壓法4、天然地基地震作用下的承載力驗算（看課本）采用“擬靜力法”

規(guī)范規(guī)定：基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下式要求式中p----基礎底面平均壓力（kPa)pmax—基礎底面邊緣最大壓力(kPa)faE---地基土抗震允許承載力

高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現(xiàn)拉應力；其它建筑，基礎底面與地基土之間零應力區(qū)面積不應超過基礎底面面積的15%。5.地基土抗震承載力確定地基抗震承載力在靜力設計承載力基礎上調整。

調整的出發(fā)點：1）地震是偶發(fā)事件，地基抗震承載力安全系數可比靜載時降低；2）多數土在有限次的動載下，強度較靜載下較高。5.地基土抗震承載力確定（看課本）式中faE---調整后的地基抗震承載力設計值

---地基抗震承載力調整系數fa-----深寬修正后的地基承載力特征值，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007采用1.0淤泥，淤泥質土，松散的砂，填土1.1稍密的細、粉砂，的粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土1.3中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，

的粘性土和粉土1.5巖石，稍密的碎石土，密實的礫、粗、中砂，的粘性土和粉土

巖土名稱和性狀地基土抗震承載力調整系數四、液化土地基1.地震液化：

對于飽和松砂、細砂，在振動荷載下(剪切力)土有由松變密的趨勢。這個過程中，由于水來不及排走，顆粒在一段時間內處于懸浮狀態(tài)。有效應力變?yōu)榱悖辜魪姸葐适А夯夯瘷C理：飽和土震動密實——孔隙水壓力驟然上升——土顆粒間有效應力減少（土抗剪強度降低）液化條件：飽和；松散；細砂或粉土多發(fā)土層：飽和粉、細砂及塑性指數小于7的粉土中，因此類土既缺乏粘聚力又排水不暢。

注意：

?粘土有粘聚力c,不易液化

?密砂,不液化

?埋深15m以下，一般不液化3、液化使建筑物產生下列震害：1.地面開裂下沉使建筑物產生過渡下沉或整體傾斜；2.不均勻沉降引起建筑物上部結構破壞，使梁板等水平構件及其節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂；3.室內地坪上鼓、開裂，設備基礎上浮或下沉。影響場地土液化的主要因素（參考課本）1.土層的地質年代；2.土層的土粒的組成和密實程度；3.砂土層埋置深度和地下水位深度；4.地震烈度和地震持續(xù)時間。2.飽和砂土和粉土的振動液化液化的宏觀標志地表裂縫中噴水冒砂地基失效與過大沉降液化側向擴展與流滑、液化引起的土體坍塌與永久變形地基液化可能性判斷方法2)抗液化剪應力法這一方法是由美國學者西特(H.B.Seed)等人提出的地基液化可能性評定方法。它的基本出發(fā)點是把地震作用看成是一種由基巖垂直向上傳播的水平剪切波，剪切波在土層內引起地震剪應力。另一方面，對地基土進行振動液化試驗，測出引起液化所需的震動剪應力，稱為抗液化剪應力。當作用于地基土上的地震剪應力大于土的抗液化剪應力時，土即發(fā)生液化;反之，則不液化。因此這一方法的關鍵在于計算地震剪應力和測定土的抗液化剪應力。等效地震剪應力——距離地表深為h等效地震應力

——土的容重水下取飽和重度h——距地表的深度g——重力加速度——地震是地面的最大加速度——校正系數等效地震剪應力校正系數抗液化剪應力理論上講，>地基土液化。反之不液化。但由于飽和松散砂土和粉土的原狀土難以取得或模擬，故由概念明確，卻難以操作?！恋囊夯魬Α≈囟取Ｕ禂怠獎蛹魬Α車鷳?/p>

——動剪應力比——深度——相對密度％抗液化剪應力不同震級的純砂抗液化剪應力曲線7.5震級的粉砂抗液化剪應力曲線抗液化剪應力3)動力反應分析法原理：將土看作是粘彈性體，通過振動疊加法，求得動剪應力的時程曲線，并與實驗室中的等幅值周期動力試驗結果對比，將不規(guī)則的動應力時程曲線等價為均勻周期應力和振次。假定某種材料在某一應力循環(huán)下發(fā)生破壞，循環(huán)次數與施加的能量大小有關。4)概率統(tǒng)計法

日本谷本喜一基于35個地震事例提出。該法具有地區(qū)性，在臨界液化靈敏性指標的確定上需修正。判據

場地液化判別結論的可信性：判別成功率78.5%，誤判率21.5%

四、樁基的抗震驗算樁基的抗震特點比天然地基有更好的抗震性能

水平受力樁震害大于豎向受力樁有液化側向擴展的震害嚴重樁身震害的類型：樁頭破壞：非液化的樁周土中，樁頭部位因剪、壓、拉、彎的作用而損壞樁周土為飽和軟黏土或液化土時，動荷載下土的承載力減低或液化，樁過度沉降或傾斜液化土的側向擴展使樁受過大的水平推力和位移，樁身彎曲破壞土坡的滑移使樁身的側向力增大，樁身受彎和水平位移而破壞樁長不足，未能穿透液化土層而使樁基失效（課本內容）2、樁基不需要進行驗算3、底承臺樁的抗震驗算（1）非液化土中的樁基（2）液化土中的樁基4、其他規(guī)定四、樁基的抗震驗算五、軟弱粘性土地基軟土地基的震陷定義：地震時地面的巨大沉陷稱為震陷或震沉。

產生原因松砂經震動后趨于密實而沉縮；飽和砂土經振動液化后，涌向四周洞穴或從地表縫中逸出而引起地面變形；淤泥質粘土經震動后，結構受擾動而強度顯著降低，產生附加沉降。軟弱黏土抗震措施采用樁基地基加固處理改進基礎和上部結構設計五、軟弱粘性土地基

l.結構隔震的概念與原理（１）結構隔震的概念房屋基礎隔震：在建筑物基礎與上部結構之間設置隔震裝置（或系統(tǒng)）形成隔震層，把房屋結構與基礎隔離開來，利用隔震裝置來隔離或耗散地震能量以避免或減少地震能量向上部結構傳輸，以減少建筑物的地震反應，實現(xiàn)地震時建筑物只發(fā)生輕微運動和變形，從而使建筑物在地震作用下不損壞或倒塌?；A抗震新技術隔震系統(tǒng)一般由隔震器、阻尼器等所構成，它具有豎向剛度大、水平剛度小，能提供較大阻尼的特點。（２）結構隔震的原理基礎隔震的原理就是通過設置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層，延長結構的周期，適當增加結構的阻尼，使結構的加速度反應大大減少，同時使結構的位移集中于隔震層，上部結構像剛體一樣，自身相對位移很小，結構基本上處于彈性工作狀態(tài)，從而建筑物不產生破壞或倒塌。

2.隔震結構的特點①提高了地震時結構的安全性；②上部結構設計更加靈活，抗震措施簡單明了；③防止內部物品的振動、移動、翻倒，減少了次生災害；④防止非結構構件的損壞；⑤抑制了振動時的不舒適感，提高了安全感和居住性；⑥可以保持機械、儀表、器具的功能；⑦震后無需修復，具有明顯的社會和經濟效益；⑧經合理設計，可以降低工程造價。1結構耗能減震原理與耗能減震結構特點結構耗能減震：在結構物某些部位（如支撐、剪力墻、節(jié)點、連接縫或連接件、樓層空間、相鄰建筑間、主附結構間等）設置耗能（阻尼）裝置（或元件），通過耗能（阻尼）裝置產生摩擦，彎曲（或剪切、扭轉）彈塑（或粘彈）性滯回變形耗能來耗散或吸收地震輸人結構中的能量，以減小主體結構地震反應，從而避免結構產生破壞或倒塌，達到減震控震的目的。