《建筑抗震設計》多媒體課件-第2章

《建筑抗震設計》多媒體課件_第2章第一頁，共48頁。結構抗震設計內容一、結構地震作用和效應計算（抗震驗算）

抗震承載力，地震作用二、抗震措施

1、抗震構造措施

2、其他措施抗震等級及相關的：軸壓比、最小配筋率、錨固長度、砼加密區(qū)、約束邊緣構件內力調整概念設計第二頁，共48頁。第2章

場地、地基和基礎第三頁，共48頁。

重點掌握

場地土與場地類別；砂土液化。

了解內容地基與基礎的抗震驗算；軟土地基與樁基的抗震設計。本章學習內容第四頁，共48頁。

場地(site)

即指工程群體所在地，具有相似的反應譜特征，其范圍相當于廠區(qū)、居民小和自然村或不小于1.0平方公里的平面面積。

2.1場地按建筑物震害程度有利場地不利場地危險場地堅硬土中硬土軟弱土山丘山嘴液化土滑坡泥石流地裂第五頁，共48頁。

水邊地的地下水位較高，土質也較松軟，容易在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地層液化。

山坡地在地震時會產(chǎn)生土壤滑動。

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導致建筑物在地震時產(chǎn)生傾斜、沉陷。

沖積地的土質松軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發(fā)生液化。

2.1場地

不利的場地條件

第六頁，共48頁。

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。

不利的場地條件

2.1場地臨近懸崖,容易滑落。第七頁，共48頁。薩爾瓦多地震引發(fā)了一巨大的泥石流，數(shù)百戶人家被埋在泥石里，估計有1200多人遇難。

不利的場地條件

2.1場地第八頁，共48頁。

不利的場地條件

2.1場地

斷裂帶是地質上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關。第九頁，共48頁。

不利的場地條件

2.1場地對符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響。：抗震設防烈度小于8度；非全新世活動斷裂；抗震設防烈度為8度和9度時，前第四紀基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。

對不符合上文第1款規(guī)定的情況，應避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于下表對發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。__300m500m

專門研究9__200m300m

專門研究8丁丙乙

甲建筑抗震設防類別烈度發(fā)震斷裂最小避讓距離第十頁，共48頁。1.場地土(SiteSoil)

指場地范圍內的地基土。

一般地，軟弱地基對建筑物有增長周期、改變振型和增大阻尼的作用。在軟弱地基上，柔性結構最容易破壞，剛性結構則較好；堅硬地基上，柔性結構表現(xiàn)較好，而則性結構有的表現(xiàn)較差?？偟膩碚f，軟弱地基更為不利。場地土對建筑物震害的影響，主要與場地土的堅硬程度和土層的組成有關。場地土類別的劃分可按土層的剪切波速Vs或等效剪切波速Vse來劃分。

等效剪切波速Ｖse是根據(jù)地震波通過計算深度范圍內多層土層的時間等于該波通過計算深度范圍內單一土層所需時間的條件求出的。2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度等效剪切波速Ｖse第十一頁，共48頁。為何用剪切波速而非壓縮波來判定土的類型？2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度先由波速公式說起：當泊松比變化時：第十二頁，共48頁。為何用剪切波速而非壓縮波來判定土的類型？由式可知：泊松比μ對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μ=0.2→0.48時）。這種變化特征對于現(xiàn)場測試VP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、液體等）組成。剪切波不能在氣體或液體中傳播，即VS只與土的骨架性質有關，而與填充特無關。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。而壓縮波則不同，它可以在任何介質中傳播，所以VP除了與土的壓實程度和彈性常數(shù)有關外，還和巖土的含水量和人類活動等因素有關，因此，用VS則更能客觀地反映土的性質。2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度第十三頁，共48頁。剪切波速的測試方法

震源設備：

主要有擊板法、彈簧激振法和定向爆破法三種。測試儀器：由孔內三分量檢波器與地震儀組成。

測試方法:

單孔法單孔法(單孔檢層法,也稱彈性波速度測井、跨孔法、折射波法等。2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度地震儀充氣裝置氣囊三分量檢波器

單孔法波速測試現(xiàn)場連接圖

第十四頁，共48頁。vs1vs2vsivsnd1d2didnd1d0自然地面vsed0自然地面■

等效剪切波速Vse的確定方法2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度第十五頁，共48頁。土的類型

巖土名稱和性狀

土層剪切波速范圍（m/s）堅硬土或巖石

穩(wěn)定巖石，密實的碎石土υs＞500中硬土

中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak＞200的粘性土和粉土，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≤200的粘性土和粉土，fak＞130的填土，可塑黃土

250≥υs＞140

軟弱土

淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黃土

υs≤1402.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度土的類型劃分和剪切波速范圍第十六頁，共48頁。2.場地覆蓋層厚度(Thicknessofsitesoillayer)在一般情況下，可取地面至剪切波速大于500m/s的堅硬土層或巖層頂面的距離；當?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層且其下臥巖土層的剪切波速均不小于400m/s時，亦可取地面至土層頂面的距離作為覆蓋層厚度；若土層中有剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍土層，土層中的火山巖硬夾層應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。一般來講，震害隨著覆蓋層厚度的增加而加重。2.1場地2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度第十七頁，共48頁。

《抗震規(guī)范》指出：建筑場地類別應根據(jù)土層等效剪切速波和場地覆蓋層厚度劃分為4類。2.1場地2.1.2場地類別等效剪切波速(m/s)場地類別ⅠⅡⅢⅣυse>5000500≥υse>250<5≥5250≥υse>140<33～50>50υse≤140<33～15>15～80>80

各類建筑場地的覆蓋層厚度

第十八頁，共48頁。例：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。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質粘土200632.9細砂31069.56.5礫混粗砂520(2)地面下20m以上場地土類型解：(1)確定覆蓋層厚度(3)確定建筑場地類別屬于軟弱土屬于Ⅲ類場地2.1場地2.1.2場地類別第十九頁，共48頁。例：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。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s3.23.2可塑性黃土1804.61.4雜填土1905.81.2中砂3207.41.6礫砂500(2)地面下5.8m以上場地土類型解：(1)確定覆蓋層厚度(3)確定建筑場地類別屬于中軟土屬于II類場地2.1.2場地類別第二十頁，共48頁。第二節(jié)地基基礎的抗震驗算地基基礎抗震驗算原則：

1）驗算地基抗震承載力（地基承載力特征值需進行抗震調整）

2）變形條件：抗震措施彌補第二十一頁，共48頁。下列建筑可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算：

《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑:1.一般單層廠房、單層空曠房屋;

2.砌體房屋3.不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架房屋;4.基礎荷載與上一項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和砼抗震墻房屋。

注：軟弱粘性土層指7度、8度和9度時，地基土靜承載力特征值分別小于80kPa、100kPa和120kPa的土層。不進行天然地基及基礎抗震驗算的建筑第二十二頁，共48頁。

2.2天然地基與基礎的抗震驗算

由于作用時間短促，只能讓地基產(chǎn)生彈性變形，而永久變形卻來不及發(fā)生，所以地震作用產(chǎn)生的地基變形較同值的靜載產(chǎn)生的變形要小得多。因此，從容許變形的角度考慮，地基土的抗震承載力大于地基土的靜承載力。

另外，考慮到地震作用的偶然性和短暫性以及工程結構的經(jīng)濟性，地基在地震作用下的可靠性可以比靜力荷載下的適當降低，故在確定地基土的抗震承載力時，其取值應比地基土的靜承載力有所提高。

地震乃極短期動載，土體在此作用下，孔隙水壓力來不及消散，此時地基承載力實從抗剪總應力而來。靜載下，孔隙水壓力來的及消散，此時地基承載力實從抗剪有效應力而來，故地基的抗震承載力大于靜承載力.但有一個前提是土體不得液化，故此結論只適用于非液化地基。地基土的動承載力與靜承載力比較，哪個大？??2.2.2天然地基抗震承載力驗算1、地基土的抗震承載力第二十三頁，共48頁。

地基土的抗震承載力faE巖土名稱和性狀ζa巖土，密實的碎石土，密實的礫、粗、中砂，fak≥300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，密實和中密的細、粉砂，150≤fak＜300粘性土和粉土，堅硬的黃土1.3稍密的細、粉砂，100≤fak＜150粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土,可塑性黃土1.1

淤泥，淤泥質土，松散的砂，填土新近堆積的黃土及流塑的黃土1.02.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算地基土抗震承載力調整系數(shù)

地基抗震承載力調整系數(shù)第二十四頁，共48頁。2.2天然地基與基礎的抗震驗算

地基土的抗震承載力faE2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算地基抗震承載力調整系數(shù)深、寬修正后的地基承載力特征值（當b＞3m，

d＞0.5m

時修正）（未修正）地基承載力特征值寬、深承載力修正系數(shù)地基底面以下土重度地基底面以上土平均重度第二十五頁，共48頁。2.2天然地基與基礎的抗震驗算2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算第二十六頁，共48頁。2、地震作用下天然地基的抗震驗算2.2天然地基與基礎的抗震驗算2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算pmaxp地基反力示意圖

驗算天然地基地震作用下的豎向承載力時，可認為其在基礎底面所產(chǎn)生的壓力是直線分布的。按地震作用效應標準組合的基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下列各式要求：第二十七頁，共48頁。2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算----例題2-2F=1800KNM=720KN.MV=45KN粉質粘土γ=18.5KN/m3fak=210KPa1.6mγm=18.0KN/m3

驗算天然地基地震作用下的抗震承載力：？500mm1000mm第二十八頁，共48頁。2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算----例題2-2F=1800KNM=720KN.MV=45KN1.6mγm=18.0KN/m3基礎尺寸未知？先設計基礎尺寸解：1》確定基礎尺寸分析受力G=γG*d*AfakA第二十九頁，共48頁。2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算----例題2-22》地基承載力驗算修正地基承載力特征值1.6mF=1800KNM=720KN.MV=45KNγm=18.0KN/m3G=γG*d*AfakA基底平均應力滿足第三十頁，共48頁。2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算----例題2-22》地基承載力驗算1.6mF=1800KNM=720KN.MV=45KNγm=18.0KN/m3G=γG*d*AfakA滿足滿足第三十一頁，共48頁。

液化（Liquefaction）的定義

大家都有這樣的經(jīng)驗：敲擊盛滿干砂的容器，砂子就會塞滿而表面下沉，可是對于飽和的砂子（指砂粒間充滿水的砂子，即通常在水面以下的砂子）給予振動，其壓縮性能就低。——地下水位以下的飽和松砂、粉土在地震作用下形成如液體一樣的狀態(tài)

2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化砂粒的振動砂土液化試驗第三十二頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化

日本新瀉大地震(1964,M7.3)

日本新瀉大地震(1964,M7.3)Kawagishi-cho的公寓住宅下沉和傾斜液化的表現(xiàn)與震害第三十三頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化

唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個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5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。第三十四頁，共48頁。

2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化為什么只提飽和的砂土或粉土，而不提其他的土？按土的粒徑大小可以把地基分類為：礫石、砂、粉土、粘土地基。砂土地基的強度是由砂粒之間相互作用的摩擦力形成的，摩擦力∝垂直壓應力（地基自重/覆蓋層厚度），砂土振動時，地基的有效垂直壓應力減少，砂粒之間的摩擦力減少，形成液化。粘土顆粒小，其強度是由粘土顆粒之間的凝聚力形成的，靜力強度與動力強度相同，所以，不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。第三十五頁，共48頁。年代名稱年代符號距今年數(shù)主要現(xiàn)象新生代第四紀全新世Q41萬年

更新世Q3200萬年冰川廣布，黃土生成晚第三紀上新世N2600萬年西部造山運動，東部低平，湖泊廣布中新世N12200萬年早第三紀漸新世E33800萬年哺乳類分化始新世E25500萬年蔬果繁盛，哺乳類急速發(fā)展古新世E16500萬年（我國無古新世地層發(fā)現(xiàn)）2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化

地質年代表(新生代)

第三十六頁，共48頁。影響場地土液化的主要因素：土層的地質年代和組成日本新瀉市的地質年代為全新世（距今約1萬年），地質年代比較新，故容易出現(xiàn)液化問題。土層的相對密度（黏粒含量）1964年，日本新瀉市地震中，相對密度為50%的地區(qū)液化現(xiàn)象明顯，而相對密度70%以上的地區(qū)就未發(fā)現(xiàn)液化現(xiàn)象。地震烈度與地震持續(xù)時間（地震特點）烈度越高，地震持續(xù)時間越長，越容易發(fā)生液化。土層的埋深和地下水位的深度砂土層的埋深越大，地下水位越深，其飽和砂土層上的有效覆蓋壓力也越大，越不容易發(fā)生液化。2.3液化土與軟土地基2.3.1地基土的液化第三十七頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別初步判別標準貫入試驗判別（StandardPenetrationTest,SPT）

可初步判別為不液化或不考慮液化影響的場地土:

地質年代為Q3及其以前時;

粉土的粘粒含量百分率不小于某值時;

上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合某些條件時;標準貫入試驗的基本過程：

先用鉆具鉆至試驗土層標高以上15cm處，然后將貫入器打至標高位置，最后在錘的落距為76cm的條件下，打入土層30cm，記錄錘擊數(shù)為N63.5,N63.5

<Ncr時為可液化土。1、初步判別 2、標準貫入試驗判別第三十八頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別

飽和的砂土或粉土(不含黃土),當符合下列條件之一時,可初步判別為不液化或可不考慮液化影響。1.地質年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8度可判為不液化；2.當粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在7、8和9度時分別大于10、13和16時,可判為不液化；3.天然地基的建筑，當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，可不考慮液化影響。1.初步判別

第三十九頁，共48頁。查液化土特征深度表例圖示為某場地地基剖面圖,上覆非液化土層厚度du=5.5m,其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：需要考慮液化影響。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別dw=6mdb=2mdu=5.5m第四十頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別香港新機場的標貫試驗第四十一頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別標貫試驗設備示意圖實物照片試驗裝置圖零件圖第四十二頁，共48頁。3、液化指數(shù)與液化等級為了衡量液化場地的危害程度，《抗震規(guī)范》提出用液化指數(shù)IlE來劃分場地的液化等級。一般地，液化指數(shù)越大，液化震害就越嚴重。液化等級分為：輕微、中等、嚴重3級。2.3液化土與軟土地基2.3.2液化的判別液化等級輕微中等嚴重判別深度為20m時的液化指數(shù)0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞18液化指數(shù)與液化等級第四十三頁，共48頁。2.3液化土與軟土地基2.3.3可液化地基的抗震措施抗液化措施建筑抗震

設防類別地基的液化等級輕微中等嚴重乙類部分消除液化沉陷，或對基礎和上部結構處理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結構處理全部消除液化沉陷丙類基礎和上部結構處理，亦可不采取措施基礎和上部結構