建筑结构场地、地基和基础.ppt

建筑结构抗震设计 1 .场地、地基和基础 本章要点 掌握：建筑地段选择的原则；场地类别的划分； 天然地基及基础抗震验算的一般原则；液 化的含义；抗液化的措施 理解 ：场地的基本概念；液化的判别；可液化地基 和软土地基的抗震措施 了解：建筑地段的划分；场地引起的震害；液化 的危害 建筑结构抗震设计 2 .场地 .建筑地段的选择 （）建筑地段的划分 工程地质条件对地震破坏的影响很大。 常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾” 产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。 建筑地段的划分： 地段类别 地质、地形、地貌 有利地段 稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 不利地段 软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的 陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不 均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半 填半挖地基）等 危险地段 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂 带上可能发生地表错位的部位 建筑结构抗震设计 3 .场地 （）地段的选择 选择有利地段； 避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施； 不在危险地段建设。 .场地土及场地覆盖层厚度 （）场地土：场地范围内的地基土。 在同一地震和同一震中距离时，软弱地基与坚硬地基相比， 软弱地基地面的自振周期长，振幅大，振动持续时间长，震害也 重。 一般地，软弱地基对建筑物有增长周期、改变振型和增大阻 尼的作用。 场地的地震效应： 场地土对于从基岩传来的地震波具有防大作用。 坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。 场地土的类型： 建筑结构抗震设计 4 .场地 200akf 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土 和粉土， 的填土，流塑黄土 软弱土 稍密的的砾、粗、中砂 ,除松散外的细、粉砂 ,可塑 黄土 , 的粘性土和粉土 , 的填 土 中软土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中 砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土 中硬土 稳定岩石，密实的碎石土 坚硬土 或岩石 土层剪切波 速范围 (m/s) 岩土名称和性状 土的 类型 500sv 2 5 05 0 0 sv 1 4 02 5 0 sv sv140 -地基土静承载力标准值 200akf 200akf 130akf 130akf （）场地覆盖层厚度 一般来讲，震害随覆盖层厚度的增加而加重。 建筑结构抗震设计 5 .场地 场地覆盖层厚度的确定： ： 一般情况下，应按地面至剪切波速大于 500m/s的土层顶面； 当地面 5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速 2.5倍 的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于 400m/s时， 可按地面至该下卧土层顶面的距离确定； 剪切波速大于 500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层； 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖 土层中扣除。 .场地类别 场地类别根据 土层等效剪切波速 和场地覆盖层厚度 划分为类。 1580 315 3050 0 500sev 2 5 05 0 0 sev 1 4 02 5 0 sev sev140 m5 m5 m3 50 8015 80m3 等效剪切波速 （ m/s） 场 地 类 型 建筑结构抗震设计 6 .天然地基与基础的抗震验算 地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比 较敏感的，因此确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖 向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是 地基基础抗震设计的基本要求。 .天然地基的震害特点 （） 高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震 中产生不同程度的震陷，造成上部结构的倾斜或破坏； （） 杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，土质松软 且承载力较低，易产生沉陷，使结构开裂； （） 沟、坑、古河道、坡地办挖半填等非匀质地基在地震 中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。 .天然地基的抗震措施 （）软弱粘性土地基：采用桩基，地基加固 建筑结构抗震设计 7 .天然地基与基础的抗震验算 （） 杂填土地基： 换土夯实；地基加固； （）不均匀地基： 综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、 地基抗震措施。 地基加固处理方法： 换土垫层法；重锤夯实法；挤密桩法；沉井预压法 .地基基础抗震设计 地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保 证其抗震能力的。 （） 地基基础抗震设计的一般要求 同一结构单元不宜设臵在性质截然不同的地基土层； 同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基； 建筑结构抗震设计 8 .天然地基与基础的抗震验算 地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加 强基础的整体性和刚性； 根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽 量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在 不同阶段上的工作状态。 （） 可不进行地基基础抗震验算的范围 由震害调查得到下面结论： 只有少数房屋是由地基的原因而导致上部结构的破坏 导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生震陷的软土地 基和严重不均匀地基。 大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力 不够而产生震害。 我国抗震设计规范对量大面广的一般地基和基础不作抗震验算， 对容易产生地基基础震害的液化地基，软土地基和严重不均匀地基 规定了相应的抗震措施，以避免或减轻震害。 建筑结构抗震设计 9 .天然地基与基础的抗震验算 可不进行地基基础抗震验算的范围 砌体房屋； 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般的单层厂房、 单层空旷房屋和不超过 8层且高度在 25m以下的一般民用框架房屋及 与其基础荷载相当的多层框架厂房； 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 。 （）天然地基地震作用下的承载力验算 规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求： -基础底面平均压力（ kPa) -基 础底面边缘最大压力 (kPa) -地基土抗震允许承载力 aEfp aE fp 2.1m a x p maxp aEf 建筑结构抗震设计 10 .天然地基与基础的抗震验算 高宽比大于 4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应 力；其它建筑基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底 面面积的 15%。 （） 地基土抗震承载力确定 地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。 调整的出发点： 地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低； ； 多数土在有限次的动载下，强度较静载下有所提高。 地基土抗震承载力： -调整后的地基抗震承载力设计值 -地基抗震承载力调整系数 asaE ff aEf s 建筑结构抗震设计 11 .天然地基与基础的抗震验算 -深宽修正后的地基承载力特征值，按 建筑地基基础设计 规范 GB50007采用。 af 1.0 淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土 1.1 稍密的细、粉砂， 的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土 1.3 中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细粉砂 的粘性土和粉土 1.5 岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土 岩土名称和性状 k P a300kf k P a3 0 0k P a1 5 0 kf k P a1 5 0k P a1 0 0 kf a 地基土抗震承载力调整系数 建筑结构抗震设计 12 . 液化土与软土地基 .地基土的液化 （）定义： 处于地下水位以下的饱和砂土和 粉土的土颗粒结构受到地震作用时将 趋于密实，使空隙水压力急剧上升， 而在地震作用的短暂时间内，这种急 剧上升的空隙水压力来不及消散，使 原有土颗粒通过接触点传递的压力减 小，当有效压力完全消失时，土颗粒 处于悬浮状态之中。这时，土体完全 失去抗剪强度而显示出近于液体的特 性。这种现象称为 液化 。 液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水 。 建筑结构抗震设计 13 . 液化土与软土地基 （）液化的震害 地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节 点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂； 室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。 （） 影响场地土液化的主要因素： 土层的地质年代； 土层的土粒的组成和密实程度； 砂土层埋臵深度和地下水位深度； 地震烈度和地震持续时间。 .液化的判别 液化判别和处理的一般原则： 对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除 6度外，应进行 液化判别。对 6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏 感的乙类建筑可按 7度的要求进行判别和处理。 建筑结构抗震设计 14 . 液化土与软土地基 存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化 等级结合具体情况采取相应的措施。 为了减少判别场地土液化的勘察工作量，饱和砂土液化的判别 可 分两步进行 ，即初步判别和标准贯入试验判别。 凡经初步判别为不液化或不考虑液化影响的场地土，原则上可 不进行标准贯入判别试验的判别。 （）初步判别 以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作 为判断条件。 地质年代为第四纪晚更新世（ Q3）及以前时， 7、 8 度可判为不 液化； 当粉土的粘粒（粒径小于 0.005mm的颗粒 )含量百分率在 7、 8和 9 度时分别大于 10、 13和 16可判为不液化； 采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和 地下水位深度 符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。 建筑结构抗震设计 15 . 液化土与软土地基 液化土特征深度 （ m) 20 bu ddd 30 bw ddd 5.425.1 0 bwu dddd -上覆非液化土层厚度（ m)，计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除； -基础埋臵深度 (m),不超过 2m时采用 2m； -地下水位深度（ m)，宜按建筑使用期内年平均最 高水位采用，也可按近期内年最高水位采用； -液化土特征深度（ m)， 按右表采用。 9m 8m 7m 砂土 8m 7m 6m 粉土 9 8 7 烈度 饱和土 类别 0d 建筑结构抗震设计 16 . 液化土与软土地基 例 1 图示为某场地地基剖面图上 覆非液化土层厚度 du=5.5m其下为 砂土，地下水位深度为 dw=6m.基 础埋深 db=2m,该场地为 8度区。确 定是否考虑液化影响。 解：按判别式确定 5.425.1 0 bwu dddd dw=6m 查液化土特征深度表 需要考虑液化影响。 9m 8m 7m 砂土 8m 7m 6m 粉土 9 8 7 烈度 饱和土 类别 建筑结构抗震设计 17 . 液化土与软土地基 （）标准贯入试验判别 钻孔至试验土层上 15cm处 ,用 63.5公斤穿心锤， 落距为 76cm，打击土层，打入 30cm所用的锤击数记 作 N63.5，称为标贯击数。用 N63.5与规范规定的临 界值 Ncr比较来确定是否会液化。 1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴 建筑结构抗震设计 18 . 液化土与软土地基 规范规定 当饱和可液化土的标贯击数 N63.5的值小于 Ncr值时，判为液化，否 则判为不液化。 )15(/3)(1.09.00 mdddNN scwscr )2015(/3)1.04.2(0 mddNN scwcr -地下水位深度（ m) -饱和土标准贯入试验点深度（ m) -粘粒含量百分率，当小于 3或是砂土时，均应取 3。 -液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。 12(15) - 8（ 10) 第二、三组 16 10(13) 6（ 8） 第一组 9 8 7 设计地震分组 烈度 括号内数值用于设计 基本地震加速度为 0.15和 0.3g的地区 建筑结构抗震设计 19 . 液化土与软土地基 （）液化指数与液化等级 液化指数 ii c r i i n i lE WdN NI )1( 1 -判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数； -分别为 i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当 实测值大于临界值时取临界值的取值； -第 i点所代表的土层厚度（ m)； -第 i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数（单位为 m-1)。 若判别深度为 15m，当该层中点深度不大于 5m时采用 10，等于 15m时应取零值 ,5 15m时应按线性内插值法取值 ;若判别深度 为 20m，当该层中点深度不大于 5m时采用 10，等于 20m时应取 零值， 5 20m时应按线性内插值法取值。 建筑结构抗震设计 20 . 液化土与软土地基 由液化指数，按下表确定液化等级 判别深度 20m时的液化指标 判别深度 15m时的液化指标 严重 中等 轻微 液化等级 50 lEI 60 lEI 155 lEI 186 lEI 15lEI 18lEI 液化等级与相应的震害 液化等级 地面喷水冒砂情况 对建筑物的危害情况 轻微 地面无喷水冒砂，或仅在洼地、 河边有零星的喷水冒砂点 危害性小，一般不致引起明显的震害 中等 喷水冒砂可能性大，从轻微 到严重均有，多数属中等 危害性较大，可造成不均匀沉陷和开 裂，有时不均匀沉陷可达 200mm 严重 一般喷水冒砂都很严重，地 面变形很明显 危害性大，不均匀沉陷可能大于 200mm， 高重心结构可能产生不允许的倾斜 建筑结构抗震设计 21 . 液化土与软土地基 .可液化地基的抗震措施 当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施 （）全部消除地基液化沉陷的措施应符合： 采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括 桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘 性土和密实粉土尚不应小于 0.5m，对其他非岩石尚不应小于 1.5m； 地基和上部结构处理，或 其它经济的措施 可不采取措施 可不采取措施 丁类 全部消除液化沉陷，或部分 消除液化沉陷且对地基和上 部结构处理 基础和上部结构处理，或更高要求的 措施 基础和上部结构处理， 亦可不采取措施 丙类 全部消除液化沉陷 全部消除液化沉陷，或部分消除液化 沉陷且对地基和上部结构处理 部分消除液化沉陷，或对 地基和上部结构处理 乙类 严重 中等 轻微 地基的液化等级 建筑 类别 建筑结构抗震设计 22 . 液化土与软土地基 采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应 小于 0.5m； 采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时， 应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值 不宜大于相应的临界值 m； 挖除全部液化土层； 采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超 过基础底面下处理深度的 1/2且不小于基础宽度的 1/5。 （）部分消除地基液化沉陷的措施应符合： 处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为 15m时， 其值不宜大于 4，当判别深度为 20m时，其值不宜大于 5；对独立基 础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的 较大值。 处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理 后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。 。 建筑结构抗震设计 23 . 液化土与软土地基 基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。 （）基础和上部结构处理 选择合适的基础埋臵深度，调整基础底面积，减少基础偏心 ； 加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字 形基础，加设基础圈梁、基础梁系等； 减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设臵沉 降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等 ； 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。 .软土地基的抗震措施 软土地基的抗震措施除了采用桩基、地基加固处理（加密法、 换土法、化学加固法等）或减轻液化对基础和上部结构影响的各种 方法外，也可根据对软土震陷量的估计而采用相应的抗震措施。 建筑结构抗震设计 24 .桩基的抗震设计 .可不进行桩基抗震验算的条件 规范规定，对于承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无 液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基土静承载力特征 值不大于 100kPa的填土时，下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算 （）砌体房屋和可不进行上部结构抗震验算的建筑物； （）度和度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和层、高度 25m以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房。 .桩基的抗震设计 对于不符合上述条件的桩基，除了应满足 建筑地基基础设计 规范 规定的设计要求外，还应进行桩基的抗震验算。 分为： （）非液化土中的低承台桩基抗震验算 （）存在液化土层的低承台桩基抗震验算