建筑抗震設計-第2章-場地、地基與基礎

天津城建大學TIANJINCHENGJIANUNIVERSITY建筑抗震設計主講人：王慶鵬目錄多層砌體房屋5場地、地基與基礎2地震作用與結構抗震驗算3框架、抗震墻與框架-抗震墻4底部框架-抗震墻、多層內框架磚砌房屋6抗震設計原則17單層鋼筋混凝土柱廠房場地、地基與基礎2局部突出地形的影響1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應相對減小；3.在同樣地形條件下，土質結構的反應比巖質結構大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。

場地、地基與基礎2

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。

發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時可能產(chǎn)生新的錯動，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險地段。局部地質構造的影響地下水位的影響場地、地基與基礎2場地即指建筑物所在地，場地土則是指場地范圍內的地基土，即場地表層土的簡稱。地震對建筑物的破壞作用是通過場地、地基和基礎傳遞給上部結構的；同時，場地與地基在地震時又支承著上部結構，因此具有雙重作用。場地條件對建筑震害的影響主要因素是：場地土的剛性（即堅硬或密實程度）大小和場地覆蓋層厚度。土質越軟，覆蓋層越厚，建筑物震害越嚴重。2.1場地場地、地基與基礎2場地抗震評價抗震設計規(guī)范中場地抗震評價，就是通過對工程地質、地形地貌以及巖土工程環(huán)境等場地條件的分析，研究場地條件對基礎和上部結構震害的影響，從而合理地選擇有利建筑場地以及地基或結構抗震措施，避免和減輕地震對建筑物或工程設施的破壞。當選擇建筑場地時，應避開對建筑抗震不利地段。場地、地基與基礎2場地土的剛性大?。▓杂渤潭龋┯绊懸话阏f來，在軟弱地基上，柔性結構物較容易遭受破壞，而剛性結構物表現(xiàn)較好；在堅硬地基上，柔性結構物震害較輕，而剛性結構物有時(如土層淺薄)破壞會加重。在軟弱地基上，建筑物的破壞有時是結構破壞所造成，有時是由于沙土液化、軟土震陷和地基不均勻沉降等造成的地基失效所致。就地面建筑物總的破壞現(xiàn)象來說，在軟弱地基上的比堅硬地基上的要嚴重。場地土的剛性一般用土的剪切波速表示。場地、地基與基礎2場地覆蓋層厚度的確定

1)一般情況下，應按地面至剪切波速大于500m／s的堅硬土層或巖層頂面的距離確定。2)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，且其下臥土層的剪切波速均不小于400m／s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。3)場地土剪切波速大于500m／s的孤石和硬土透鏡體應視同周圍土層一樣。4)剪切波速大于500m／s的硬夾層(火山巖夾層)當做絕對剛體看待，其厚度應從覆蓋土層中扣除。場地、地基與基礎2場地覆蓋層厚度是指地下基巖或剪切波速大于500m／s的堅硬土層至地表面的距離。

場地土對建筑物震害的影響，主要取決于土的堅硬程度(剛性)，因為剪切波速是最能反映場地土動力性能的重要動力參數(shù)，所以土的剛性一般用土的剪切波速vs來表示。地表土層的組成通常較為復雜，只有單一性質場地土的情況是很少見的，所以一般分層場地土的剪切波速按土層等效剪切波速vse來表示。等效剪切波速是根據(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得的。場地、地基與基礎2場地類別劃分場地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度分為4類。場地類別劃分的目的和作用

為了考慮場地條件對設計反應譜的影響，通常的做法是將場地按某些指標和描述劃分為若干類，以便采取合理的設計參數(shù)和有關的抗震構造措施。場地分類的目的:確定不同場地上設計反應譜;場地分類的作用:是在地震作用計算中定量考慮場地條件對設計參數(shù)的影響。場地、地基與基礎2場地類別劃分標準根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類：等效剪切波速（m/s）場地類別Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類vs>5000m500≥vs

>2505m5m250≥vs>1403m3~50m50mvs≤1403m3~15m15~80m80m場地、地基與基礎2土層等效剪切波速的計算Vse----土層等效剪切波速（m/s）d0----場地土計算深度，取地面下20m和場地覆蓋層厚度兩者的較小值；di----場地土計算深度范圍內，第i層土的厚度(m)；n----計算深度范圍內土層的分層數(shù)目；vsi----計算深度范圍內，第i層土的剪切波速（m/s）；場地、地基與基礎2場地土的類型劃分注：fak為地基土靜承載力標準值(kPa)土的類型土層剪切波速（m/s）巖土名稱和性狀堅硬土vs>500穩(wěn)定巖石，密實的碎石土中硬土500≥vs

>250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

中軟土250≥vs>140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，可塑黃土軟弱土vs≤140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

場地、地基與基礎2場地的卓越周期：指地表振動的頻度—周期關系曲線上頻度最大值對應的周期?；鶐r上的覆蓋層越厚，場地的卓越周期越長。計算公式地震動的卓越周期與場地土的固有周期基本相同。凡建筑物的自振周期與場地的卓越周期相等或接近時，建筑物的震害都有加重的趨勢。在抗震設計中應使建筑物的自振周期避開場地的卓越周期以免發(fā)生共振。2.1地震時地面運動特性場地、地基與基礎2加速度時程曲線地震時地面運動加速度記錄是地震工程的基本數(shù)據(jù)。在繪制加速度反應譜曲線和進行結構地震反應直接動力計算時，都要用到加速度時程曲線。描述強震地面運動的物理量加速度峰值、持續(xù)時間、主要周期場地類別越大，震中距越遠，地震的特征周期越長。場地、地基與基礎2可不進行天然地基和基礎抗震驗算的范圍1)砌體房屋；2)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）一般的單層廠房和單層空曠房屋；

2）不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋；

3）基礎荷載與2）項相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房。3)規(guī)范規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。2.3天然地基與基礎場地、地基與基礎2天然地基地震作用下的承載力驗算采用“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%。場地、地基與基礎2場地土的液化現(xiàn)象與震害

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震作用下，土顆粒之間有變密的趨勢，這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當有效壓力完全消失時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。液化的震害：噴水冒砂淹沒農田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。2.4液化土地基場地、地基與基礎2液化使建筑物產(chǎn)生下列震害：1.地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)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。場地、地基與基礎2影響場地土液化的主要因素：1.土層的地質年代：地質年代越久的土層的固結度、密實度和結構性也越好，抵抗液化能力越強。2.土中黏粒含量：隨著土中黏粒含量的增加，使土中的粘聚力增大，從而抵抗液化的能力增加。3.上覆非液化土層厚度和地下水位深度：上覆非液化土層厚度指地震時能抑制可液化土層噴水冒砂的厚度。4.土的密實度5.土層埋深：側壓力越大，土層越不易液化。6.地震烈度和震級：烈度越高，地面運動強度越大，土層越易液化。

遠震比近震振動的持續(xù)時間越長，更易液化。場地、地基與基礎2液化判別與危害程度估計1、液化判別和處理的一般原則：1）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應進行液化判別。對6度區(qū)一般情況下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類建筑可按7度的要求進行判別和處理。2）存在液化土層的地基，應根據(jù)建筑的抗震設防類別、地基的液化等級結合具體情況采取相應的措施。場地、地基與基礎2液化判別和危害性估計方法

對一般工程項目砂土或粉土液化判別及危害程度估計可按以下步驟進行：1）初判

以地質年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件。（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可判為不液化；場地、地基與基礎2（3）采用天然地基的建筑，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。---上覆非液化土層厚度（m)，計算時宜將淤泥和淤泥質土層扣除；---基礎埋置深度(m),不超過2m時采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內年平均最高水位采用，也可按近期內年最高水位采用；---液化土特征深度（m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別場地、地基與基礎2---上覆非液化土層厚度（m)；---基礎埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土7度9度8度7度8度9度db>2時，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。查液化土特征深度表例1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：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別需要考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m例1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：按土層液化判別圖確定需要考慮液化影響。1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土7度8度9度du=5.5mdw=6mdw=6mdu=5.5mdb=2m查液化土特征深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。例2圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m例2圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定

需要進一步判別是否考慮液化影響。1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土7度8度9度dw=6mdu=5.5mdb=2.5m場地、地基與基礎22）細判采用標準貫入試驗判別

鉆孔至試驗土層上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，稱為標貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴場地、地基與基礎2為了鑒別場地土液化危害的嚴重程度，根據(jù)液化指數(shù)確定液化等級液化等級與相應的震害液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結構可能產(chǎn)生不允許的傾斜液化等級輕微中等嚴重液化指數(shù)IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞18場地、地基與基礎2三、抗液化措施及選擇當液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施地基和上部結構處理，或其它經(jīng)濟的措施可不采取措施可不采取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理基礎和上部結構處理，或更高要求的措施基礎和上部結構處理，亦可不采取措施丙類全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理部分消除液化沉陷，或對地基和上部結構處理乙類嚴重中等輕微地基的液化等級建筑類別甲類建筑的地基抗液化措施應進行專門研究，但不宜低于乙類的相應要求。不宜將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基持力層。場地、地基與基礎22）采用深基礎時，基礎底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應小于0.5m；3）采用加密法（如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等）加固時，應處理至液化深度下界，且處理后土層的標準貫入錘擊數(shù)的實測值不宜大于相應的臨界值m；4）挖除全部液化土層；5）采用加密法或換土法處理時，在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2且不小于基礎寬度的1/5。1）采用樁基時，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度（不包括樁尖部分），應按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應小于0.5m，對其他非巖石尚不應小于1.5m；1、全部消除地基液化沉陷的措施應符合：場地、地基與基礎22、部分消除地基液化沉陷的措施應符合：1）處理深度應使處理后的地基液化指數(shù)減少，當判別深度為15m時，其值不宜大于4，當判別深度為20m時，其值不宜大于5；對獨立基礎與條形基礎，尚不應小于基礎底面下液化特征深度和基礎寬度的較大值。2）處理深度范圍內，應挖除其液化土層或采用加密法加固，使處理后土層的標準貫入錘擊數(shù)實測值不小于相應的臨界值。3）基礎邊緣以外的處理寬度與全部清除地基液化沉陷時的要求相同。場地、地基與基礎21)選擇合適的基礎埋置深度；5)管道穿過建筑處應預留足夠尺寸或采用柔性接頭等。3.減輕液化影響的基礎和上部結構處理，可綜合考慮采用下列措施：2)調整基礎底面積，減少基礎偏心；3)加強基礎的整體性和剛性，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土十字形基礎，加設基礎圈梁、基礎梁系等；4)減輕荷載，增強上部結構的整體剛度和均勻對稱性，合理設置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結構形式等；場地、地基與基礎2采取抗液化措施應注意的幾個問題:

（1）前面講的各種措施不適用于傾斜場地（2）輕微液化,一般不做特殊處理(