2 场地、地基与基础《建筑抗震知识》

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,建筑抗震知识,2,场地、地基,与基础,刘为民：,13551013657,本章的重要概念：,有利地段、不利地段、危险地段、发震断裂带的影响、地形的影响、场地固有周期计算方法、场地滤波效应、场地类别判定方法、地基抗震承载力验算方法、场地土液化产生的震害、影响液化的主要因素、场地土液化的判别方法、液化指数、抗液化措施。,鞍山烈士山小学 向上小学 同一套图纸,烈士山 解放路,类,、,类,破坏严重 基本完好,说明问题：,场地条件不同，震害不同,坚硬场地，不一定对所有的建筑物都有利。,第二章 场地、地基和基础,2.1.1,场地地段划分,发震断裂带的影响,浅源地震，地表裂开，地面建筑物多遭破坏。,活动断层附近是地裂缝的密集区。是危险地段，设计时应避开。只有,9,度及,9,度以上高烈度区，设计时才考虑。,8,度及,8,度以下不考虑。,4.1.8,当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于,1.6,。,2.1,场地,2.1.1,场地地段划分,3.3.1,选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料、对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；,不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。,3.3.2,建筑场地为,I,类时，甲、乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为,6,度,时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取,抗震构造措施,。,2.1,场地,2.1.1,场地地段划分,3.3.3 建筑场地为,、类,时，对设计基本地震加速度为,0.15g和0.30g,的地区，除本规范另有规定外，宜分别按抗震设防烈度,8度,(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取,抗震构造措施,。,2.1,场地,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,2.1.1,场地地段划分,3.3.4,地基和基础设计应符合下列要求,：,同一结构单元的基础不宜设置在,性质截然不同,的地基上,；,同一结构单元不宜,部分采用天然地基,部分采用桩基,；,地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应的措施。,2.1,场地,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,2.1.1,场地地段划分,2.1,场地,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、状态明显不同的土层等（如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的浜塘沟谷和半填半挖的地基）,危险地段,地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石泥等及发震断裂带上可能发生的地表位错的部位。,表,4.1.1,有利、不利、和危险地段的划分,局部地形的影响,王前信著,工程抗震三字经,，地震出版社，,1997,。,孤突地 灾趋重 凹陷处 待研中,一、建筑物场地的地震影响,软弱地基。,柔性结构易破坏，刚性较大的结构破坏较轻。,坚硬地基。,刚性结构易破坏，而柔性结构破坏较轻。,软弱夹层地基。,唐山地震时，几栋砖房没倒，只开裂，钻孔发现地基有一软弱夹层，起到隔震作用。但还不能得出结论，有待于进一步研究。,a,max,比平地大,放大或缩小尚不清楚,二、场地土层的固有周期与场地的地震效应,1,、场地土层的固有周期,场地土的固有周期是场地的最重要的特性，如何求场地的自振周期，用剪切质点系模型,土柱,Mi,Ki,i,h,i,1,m,a(t),基岩,其中,层土的密度,层土的厚度,层土的剪切模量,其中的第一周期（,T,1,）,叫,场地的基本周期,。,实际计算时用实用方法，如,雅克比法、迭代法,等。,土层具有非线性特性，计算时土层的刚度应做适当调整。对于单一的均匀土层，自振周期,对于多层土，基本周期的近似算法,土层,v,s,H,基岩,v,si,h,i,基岩,土层,越软,，自振周期,越长,。,土层,越硬,，自振周期,越短,。,计算结果表明：,如果土层中含有硬夹层，基本周期减小，且越靠近底层，减少越明显。,如果土层中含有软夹层，基本周期增大，且越靠近底层，增大越明显。,2,。场地的地震效应,场地自振周期,T,a(t,),由许多频率成分组成,有些成分与,T,接近被放大了，与,T,相,差较大的成分，被削弱。即,“,滤波效应,”,。,基岩,a(t),地表,a,(t),t,2.1.2,场地土类型的划分,4.1.2,建筑场地的类别划分，应以土层,等效剪切波速和场地覆盖层厚度,为准。,建筑抗震设计规范,（,GB50011-2001,）规定，先确定场地土层的,等效剪切波速,，再根据场地覆盖层厚度，将场地划分为, ,类。,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,2.1.2,场地土类型的划分,土层的等效剪切波速,V,se,土层等效剪切波速,d,0,计算深度,(m),，取覆盖层厚度和,20 m,二者的较小值,t,剪切波在地表至计算深度之间的传播时间,d,i,计算深度范围内第,i,层土的厚度,(m),V,si,计算深度范围内第,i,层土的剪切波速,n,计算深度范围内土层的分层数,2.1.3.1,等效剪切波速,根据等效剪切波速场地土类型分,4,类,坚硬场地土,中硬场地土,中软场地土,软弱场地土,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,2.1.,3,场地类,别划分,2.1.3.2,场地覆盖层厚度,震害调查表明，场地覆盖层厚度不同，地表上的建筑物破坏程度不同。,我国的抗震规范对场地覆盖层的定义如下：,一般情况下，应按地面至剪切波速大于,500m/s,的土层顶面距离确定。,当地面,5m,以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的,2.5,倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于,400m/s,时，可按地面至该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，应视为刚性，其厚度应从覆盖土层中扣除。,场地类别：,抗震规范规定，根据场地土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为, ,类，见下表,4.1.6,：,等效剪切波速,（,m/s,）,场地类别,V,se,500,0,500,V,se,250,140,50,V,se,140,15,80,80,4.1.6,各类建筑场地的覆盖层厚度（,m,）,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,4.1.7,场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：,对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：,抗震设防烈度小于,8,度,；,非,全新世活动断裂。,抗震设防烈度为,8,度或,9,度,时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于,60m,和,90m,。,对不符合本条,1,款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表,4.1.7,对发震断裂,最小避让距离的规定,。,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,表,4.1.7,发震断裂的最小避让距离,(m),烈,度,建筑物设防类别,甲,乙,丙,丁,8,专门研究,300m,200m,9,专门研究,500m,300m,2.1.4,主断裂带避让距离,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,4.1.8,当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以,增大系数,。其值可根据不利地段的具体情况确定，但,不宜大于,1.6,。,2.1.4,主断裂带避让距离,2-3,天然地基的震害特点及其抗震措施,天然地基：,不需要处理而直接利用的地基。,震害调查表明，天然地基的震害较轻，说明天然地基有较大的安全储备。,尽管震害较轻，但一旦发生破坏，难以修复，所以还是不能忽视。,一、天然地基的震害,饱和软粘土、淤泥质土，强度低，高压缩性，地震时易导致建筑物倾斜、沉陷，造成房屋不能使用。,松软填土地基 土质较松、强度低，地震时导致结构开裂。海城地震时，就有这方面的震害现象。,不均匀地基 引起不均匀沉降，导致结构破坏。,二、天然地基的抗震措施,软弱粘性土地基,压缩性大、抗震强度小、承载力低，易发生剪切破坏。,设计时合理选择地基容许承载力，保证有足够的安全储备。,如果觉得危险，可采用桩基。,杂填土地基,土质结构松散，均匀性很差，强度低，压缩性高，浸水湿陷性。,最好全部挖除，再用好土分层碾压。,二、天然地基的抗震措施,不均匀地基,尽量避开，无法避开，结构布局应合理。,地基加固处理方法,对于各种软弱地基，常用的方法是,换土垫层法,。它造价低，施工方便。建筑的荷载不太大时，可采用将基底下的软弱土挖除，回填强度高、压缩性低材料：中粗沙、碎石、卵石、石屑、矿渣。,对于杂填土等松软地基，还可采用,重锤夯实法,。但当地下水位至地表小于,0.8,米或夯实深度内有饱和软土层时不宜采用此法。,对于松散土、杂填土、可液化土（后面要讲），荷载影响较深时，可采用,挤密桩,法。,硬壳,中粗砂,桩管,挤密作用 （,1,）桩管打入土层,振密作用 （,2,）振捣,置换作用 （,3,）灌砂、拔管,排水作用（加速软粘土固结）,深层加固方法,砂井预压法,。适用于大型建筑物的地基处理。,粉土淤泥质粘土使土的空隙体积减小，更密实。,d,o,+d,b,-2,d,w,d,o,+d,b,-3,d,u,+d,w,1.5d,o,+2d,b,-4.5,d,u,-,上覆非液化土层深度（,m,），计算时淤泥和淤泥质土层扣除。,d,o,-,液化土特征深度,(m),见表,2-6,，有具体规定,(,土的类别、烈度有关,),d,b,-,基础埋置深度（,m,）,小于,2m,时取,2,d,w,-,地下水位深度（,m,）,表,2-6,液化土特征深度（,m,）,如果以上条件,(1)(2)(3),均不满足，则进一步判别,饱和土类别,7,度,8,度,9,度,粉土,6,7,8,砂土,7,8,9,2,、标准贯入实验判别,现场实验，标准贯入设备。,先讲一下判别公式 液化土：,N,63.5,-,标准贯入实验锤击数实测值,N,cr,-,标准贯入实验锤击数临界值,d,s,-,饱和砂土或粉土,标准贯入点深度（,m,）,c,-,粘粒含量百分比，小于,3,或砂土，取,3,N,O,-,标准贯入实验锤击数基准值,表,2,7,标准贯入锤击数基准值,设计地震分组,7,度,8,度,9,度,第一组,6,（,8,）,10,（,13,）,16,第二、三组,8,（,10,）,12,（,15,）,18,液化土,标准贯入实验,76cm,15cm,d,s,触探杆,锤垫,穿心锤,A,N,63.5,穿心锤重,63.5kg,贯入深度为,30cm,时，相应的锤击数,N,63.5,N,O,-,标准贯入实验锤击数基准值,特定条件下 （,d,s,=3m,，,d,w,=2m,，,c,=3,),实测的锤击数，,括号中是修正系数（液化层深度、地下水位深度、粘粒含量,）。,三、液化场地的危害性分析与抗液化措施,液化地基的主要危害是使建筑物产生不均匀沉降、喷砂。,N,63.5,比,N,cr,小得越多，则液化越严重，对建筑物的危害越大。,定义一个比值,同一标高的液化土,F,值越大，土层液化越严重。,这个公式只能判别一个土层的液化程度。对于一个场地， 如何评价它的液化程度？用,液化指数,来评价。,n,判别,深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数，,N,i,，,N,cri,-,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,N,i,=,N,cri,点所代表的土层厚度（,m),上界不能小于地下水位深度,下界不大于非液化深度,W,i,权函数，层位影响,i,d,i,15m,（,20m,）,以内,w,i,10,5,15m(20m),求得液化指数后，可以判断场地土的液化程度,抗震规范将场地土的液化程度划分为三个等级,轻微液化 喷砂可能性小 震害很轻,中等液化 喷砂可能性大 建筑物开裂,严重液化 喷砂严重 建筑物倾斜、倾倒,例题,2,2 8,0,钻孔资料见表,2,9,，确定场地的液化等级,液化等级,轻微,中等,严重,判别深度为,15m,时的液化指数,0,I,LE,5,5,15,判别深度为,20m,时的液化指数,0,I,LE,6,6,18,解,：,（,1,）计算,N,cri,两层液化土层,（,2,）,计算,F,i,（,3,）计算,d,i,（,4,）计算权函数,w,i,（,5,）,计算液化指数,结论：严重液化,抗液化措施：,根据建筑物的重要性、地基的液化程度（等级），可按表,2,9,中的规定采取措施,表,2-9,抗液化措施,建筑类别,地基的液化等级,轻微,中等,严重,乙类,部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构处理,全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理,全部消除液化沉陷,丙类,基础和上部结构处理，亦可不采取措施,基础和上部结构处理，或更高要求的处理措施,全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理,丁类,可不采取措施,可不采取措施,基础和上部结构处理，或其他经济措施,表,29,根据建筑物的重要性、液化等级规定了相应的处理措施,全部消除液化沉陷：,计算确定,深基础,非液化土层,50cm,加密法,非液化土,全部挖除,要求：,桩尖应深入液化层下的稳定土层，深入长度由计算确定，还有具体规定。,采用其它深基础时，基底埋入液化层以下稳定土层深度不小于,50cm,，处理深度应在液化土层以下，处理后,将液化土层全部挖除,部分消除地基液化沉陷,要求,处理后场地液化指数小于,4,（判别深度,15m,）,或,5,（判别深度,20m,）,独立基础、条形基础，处理深度：液化土特征深度和基础宽度的较大值 处理深度范围内，挖除液化土层或挤密，处理后,基础选择合理的埋深，减少基础偏心，加强基础的,整体性,（箱基、筏基、加圈梁），增大上部结构的,整体刚度,，合理设置,沉陷缝,。,采取抗液化措施应注意的几个问题,:,前面讲的各种措施不适用于倾斜场地。,轻微液化，一般不做特殊处理,(,甲、乙类建筑物除外,),。,中等液化，尽量采用构造措施，不做土层处理（经济、易实施）。,液化层很深的场地，要求部分消除液化沉陷的措施时，处理深度不一定要达到液化下界，一般处理范围,6,10,米深（从经济上考虑）。,未经处理的液化层不能作为天然地基的持力层。,基础和上部结构处理,2-6,桩基抗震验算,震害调查表明，桩基楚的抗震性能比天然地基好。抗震规范规定某些建筑物的桩基抗震承载力可不验算，并规定了低承台桩在非液化土及液化土层中的抗震验算原则。,一、可不进行桩基抗震承载力验算的建筑,低承台桩基、以竖向荷载为主、地下无液化土层、桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力不大于,100,Kpa,填土。下列建筑,:,(1),砌体结构和可不进行上部结构抗震验算的建筑,(2)7,度和,8,度的下列建筑,: ,一般的单层厂房和单层空旷房屋,; ,不超过,8,层且高度在,25m,以下的一般民用框架房屋,;,基础荷载与,项相当的多层框架厂房。,二、桩基的抗震验算原则,1,、非液化土中低承台桩基的抗震验算,验算桩基时，单桩的竖向和水平向的抗震承载力特征值，可比非抗震设计提高,25%,。,当承台周围的回填土夯实后，其干密度不小于,建筑地基基础设计规范,对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用，但不计入承台底面与地基土间的摩擦力。,2,、存在液化土层的低,承台桩基抗震验算,对一般的浅基础，不宜计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震的分担作用。,当桩承台底面上、下分别有厚度不小于,1.5m,、,1.0m,的非液化土层或非软弱土层时，可按以下两种情况进行桩的抗震验算，并取不利情况进行设计,:,第一种情况：,桩承受全部地震作用，桩承载力仍按上述非液化土中低承台桩基抗震验算规定取用。另外，液化土的桩周摩擦力及水平抗力均乘以折减系数，见表,2-10,实际标贯锤击数,/,临界标贯锤击数,深度,d,s,(m,),折减系数,0.6,d,s,10,0,100.6,0.8,d,s,10,1/3,100.8,1.0,d,s,10,2/3,10,d,s,20,1,表,2-10,土层液化影响折减系数,第二种情况：,地震作用按水平地震影响系数最大值的,10%,采用，,桩承载力仍按上述非液化土中低承台桩基抗震验算规定取用。但扣除液化土层的全部摩擦阻力及桩承台下,2m,深度范围内非液化土的桩周摩擦阻力。,打入式预制桩及其他挤土桩，当平均桩距为,2.5,4,倍的桩径且桩数不少于,5,5,时，可计入打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。当打桩后桩间土的标准贯入锤击数达到不液化的要求时，单桩承载力可不折减，但对桩尖持力层作强度校核时，桩群外侧的应力扩散角取为零。,4,.0.6,为,消除液化沉降,进行地基处理时，可选用下列措施：,桩基托换：,将基础荷载通过桩传到非液化土上，桩端（不包括桩尖）伸入非液化土中的长度应按计算确定，且不宜小于,0,.5m,。,压重法：,对地面标高无严格要求的建筑，可在建筑周围堆土或重物，增加覆盖压力。,覆盖法：,将建筑的地坪和外侧排水坡改为配筋混凝土整体地坪。地坪应与基础或墙体锚固，地坪下应设厚度为,3,00mm,的砂砾或碎石排水层；室外地坪宽度宜为,45,m,。,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,4,.0.6,为,消除液化沉降,进行地基处理时，可选用下列措施：,排水桩法：,在基础外侧设碎石排水桩，在室内设整体地坪。排水桩不宜少于两排，桩距基础外缘的净距不应小于,1,.5m,。,旋喷法：,穿过基础或紧贴基础打孔，制作旋喷桩，桩长应穿过液化层并支承在非液化土层上。,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,.,0.7,对液化地基、软土地基或明显不均匀地基上的建筑，可采取下列提高上部结构,抵抗不均匀沉降能力的措施,：,提高建筑的,整体性,或合理调整荷载。,加强圈梁与墙体的,连接,。,当可能产生差异沉降或基础埋深不同且未按/的比例过渡时，应,局部加强圈梁,。,用钢筋网砂浆面层,加固墙体,。,建筑抗震设计规范,GB 50011-2001,第二章,结束,