《工程结构抗震与防灾》2.ppt

第二章工程结构抗震与防灾第 二 章场地，地基和基础第二章第二章 场地，地基和基础场地，地基和基础2-1 建筑场地选择建筑场地选择二、对建筑抗震有利的地段二、对建筑抗震有利的地段 开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。三、避开不利地形三、避开不利地形 尖状突出山嘴，孤立山包，台地边缘，陡坡，河岸边缘。尖状突出山嘴，孤立山包，台地边缘，陡坡，河岸边缘。四、避开不利场地土质四、避开不利场地土质 软弱土，易液化土，故河道、断层、暗塘或半回填地基。软弱土，易液化土，故河道、断层、暗塘或半回填地基。一、对建筑抗震具有危险的地段一、对建筑抗震具有危险的地段 易崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流地段。易崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流地段。五、不跨在两类土壤五、不跨在两类土壤 即成即成因、岩性、状态明显不均匀因、岩性、状态明显不均匀的两类地质上。的两类地质上。2-22-2 建筑场地类别的划分建筑场地类别的划分建筑场地类别的划分建筑场地类别的划分一.场地土与场地覆盖层（一）薄的场地覆盖层（一）薄的场地覆盖层 场地覆盖层厚度是指地面至基岩面或剪切波速场地覆盖层厚度是指地面至基岩面或剪切波速500m/s的的坚硬土坚硬土(等效基岩等效基岩)顶面的距离。顶面的距离。（二）场地土（二）场地土 场地土是指场地范围内的地基土，平面面积相当于一个场地土是指场地范围内的地基土，平面面积相当于一个标准足球场大小，深度一般取地面下标准足球场大小，深度一般取地面下15米。米。（三）场地地震动特征周期（三）场地地震动特征周期T Tg g 一个场地的地面运动，一般均存在一个破坏最强的主振一个场地的地面运动，一般均存在一个破坏最强的主振 二二.建筑场地类型建筑场地类型（一）场地土类型宜按土层剪切波速（一）场地土类型宜按土层剪切波速VS划分划分 多层土多层土VS根据各土层厚度用加权平均法根据各土层厚度用加权平均法（二）丙、丁类建筑无剪切波速资料时，地基土类型按表（二）丙、丁类建筑无剪切波速资料时，地基土类型按表2-2评评定定。（三）场地类别的确定方法及其对抗震设计的影响（三）场地类别的确定方法及其对抗震设计的影响 根据场地土类别和场地覆盖层厚度划分，共分四类，表示根据场地土类别和场地覆盖层厚度划分，共分四类，表示为为、。（四）场地特征周期（四）场地特征周期(卓越周期卓越周期)Tg根据场地类别和震源影响根据场地类别和震源影响(近近震或远震震或远震)按按抗震规范抗震规范查表。查表。周期周期Tg。如果建筑物的自振周期。如果建筑物的自振周期与与Tg很接近，其的破坏程度就会很接近，其的破坏程度就会因共振而加重。因共振而加重。场场 地地 特特 征征 周周 期期 Tg（S）（老规范（老规范GB11-89）场地类别场地类别 近近、远震、远震 IIIIIIIV近震近震0.200.300.400.65远震远震0.250.400.550.85场场 地地 特特 征征 周周 期期 Tg（S）（新规范）（新规范GB50011-2001）场地类别场地类别 设计地震分组设计地震分组 IIIIIIIV一（近震）一（近震）0.250.350.450.65二（远震）二（远震）0.300.400.550.75三（超远震）三（超远震）0.350.450.650.90三、场地土层的固有周期与三、场地土层的固有周期与 场地的地震效应场地的地震效应（一）场地土层的固有周期（一）场地土层的固有周期 采用剪切多质点系模型：采用剪切多质点系模型：考虑地震剪切刚度考虑地震剪切刚度Ki时应满足土的剪切应力时应满足土的剪切应力应变关应变关系：系：=V/A Gi 式中式中 V-作用在厚度为作用在厚度为h的土层上的最大剪力；的土层上的最大剪力；A-土柱的截面积；土柱的截面积；把第把第i层质量层质量mi的一半加在一起，将质点的一半加在一起，将质点i的质量的质量Mi集中在集中在两土层的界面上，即两土层的界面上，即 Gi-第第i层土的剪切模量；层土的剪切模量；-土层的最大剪应力；土层的最大剪应力；-剪力剪力V作用下引起的位移。作用下引起的位移。即即i层土的剪切刚度为层土的剪切刚度为 （取（取 =1和和A=1时剪力）时剪力）场地土层的固有周期是通过场地土层的固有周期是通过对上述多层土剪切型质点系对上述多层土剪切型质点系的自由振动而求解的。的自由振动而求解的。对于单一土层：对于单一土层：对于多层土（对于多层土（n层）：层）：(H-覆盖层厚度覆盖层厚度)（、hi-i层土的剪切波速和土层厚度；层土的剪切波速和土层厚度；n-土层总数）土层总数）（二）场地的地震效应（二）场地的地震效应 因表面土的滤波作用，坚硬场地土地震动以短周期因表面土的滤波作用，坚硬场地土地震动以短周期运动为主，而软弱场地土则以长周期为主。运动为主，而软弱场地土则以长周期为主。坚硬场地土的加速度坚硬场地土的加速度A(g)反应谱反应谱曲线的特征是短周期范围呈锐峰曲线的特征是短周期范围呈锐峰型，软弱场地土地震动加速度反型，软弱场地土地震动加速度反应谱曲线特性是长周期范围内呈应谱曲线特性是长周期范围内呈为凸的缓丘型（图为凸的缓丘型（图2-3）2-3 天然地基的震害特天然地基的震害特 点及其抗震措施（自学）点及其抗震措施（自学）（一）高压缩性饱和软粘土和（一）高压缩性饱和软粘土和 强度较低的淤泥质土产生震陷；强度较低的淤泥质土产生震陷；（二）杂填土、回填土和冲填土等地基易产生沉陷（二）杂填土、回填土和冲填土等地基易产生沉陷（三）古河道、坡地等非匀质地基不均匀沉陷或地（三）古河道、坡地等非匀质地基不均匀沉陷或地二、天然地基的抗震措施二、天然地基的抗震措施（一）软弱粘性土地基合理地选择地基容许承载力（一）软弱粘性土地基合理地选择地基容许承载力 受力层范围内存在软弱粘性土，采用桩基、加固受力层范围内存在软弱粘性土，采用桩基、加固等方法处理。等方法处理。一、天然地基的震害特点一、天然地基的震害特点 1 杂填土的土层较薄时，杂填土的土层较薄时，可全部挖除再分层回填并压实可全部挖除再分层回填并压实 2 杂填土的土层较厚时，采用桩基、地基加固处理杂填土的土层较厚时，采用桩基、地基加固处理（三）不均匀地基（三）不均匀地基 详细的勘察，采取合理的结构布局和地基抗震措施详细的勘察，采取合理的结构布局和地基抗震措施（二）杂填土地基（二）杂填土地基（四）地基加固处理方法（四）地基加固处理方法 换土垫层法、重锤实压法、换土垫层法、重锤实压法、挤密桩法、强夯法等。挤密桩法、强夯法等。一、地基土抗震承载力调整系数一、地基土抗震承载力调整系数s及期用途及期用途 s为地基静承载力设计值为地基静承载力设计值fs的放大系数。的放大系数。地基土抗震承载力设计值地基土抗震承载力设计值fSE=sfs原因：（一）地震作用高应变速率；原因：（一）地震作用高应变速率；（二）短期效应。（二）短期效应。2-4地基基础抗震设计地基基础抗震设计二、地基与基础抗震设计二、地基与基础抗震设计(一一)合理的基础埋深合理的基础埋深(二二)减小基础偏心减小基础偏心(三三)加强基础整体性与刚性，如采用箱基或筏基等；加强基础整体性与刚性，如采用箱基或筏基等；三、高层建筑基础埋深的选择原则三、高层建筑基础埋深的选择原则(一一)满足地基强度要求下室，作为补偿性基础。满足地基强度要求下室，作为补偿性基础。(三三)高层建筑物宜设置地下室。高层建筑物宜设置地下室。基础埋置深度，采用天然地基时，不宜小于楼房高度的基础埋置深度，采用天然地基时，不宜小于楼房高度的1/12；采用桩基时，不宜小于楼房高度的；采用桩基时，不宜小于楼房高度的1/15，桩的长度不，桩的长度不计入基础埋置深度内。计入基础埋置深度内。四、防震缝设置原则及尺寸四、防震缝设置原则及尺寸（一）防震缝设置原则（一）防震缝设置原则1、尽量不设防震缝及其他变形缝、尽量不设防震缝及其他变形缝(伸缩缝、沉降缝伸缩缝、沉降缝)。2、当需要设缝时，应将高层建筑划分为独立的结构单元。、当需要设缝时，应将高层建筑划分为独立的结构单元。3、需要抗震设防的建筑，其伸缩缝、沉降缝应符合防震缝、需要抗震设防的建筑，其伸缩缝、沉降缝应符合防震缝宽度要求。宽度要求。4、宜设置防震缝的情况：、宜设置防震缝的情况：（1）结构平面尺寸过长或突出部分过长；）结构平面尺寸过长或突出部分过长；（2）房屋有较大错层；）房屋有较大错层；(四四)当基础落在基岩上时，埋置深当基础落在基岩上时，埋置深度可根据工程具体情况确定，可不度可根据工程具体情况确定，可不设地下室，应采用地锚等措施设地下室，应采用地锚等措施。（3）各部分结构的刚度或荷载相差悬）各部分结构的刚度或荷载相差悬 殊而又未采取有效措施；殊而又未采取有效措施；（4）地基土质不均匀，房屋各部分的）地基土质不均匀，房屋各部分的 预计沉降量预计沉降量(包括地震时的沉陷包括地震时的沉陷)相相 差过大，必须设置沉降缝时，应设防震缝。差过大，必须设置沉降缝时，应设防震缝。1、防震缝的宽度，一般不宜小于缝两侧楼房在较低楼房、防震缝的宽度，一般不宜小于缝两侧楼房在较低楼房屋面高度上垂直于防震缝方向的两侧楼房侧移绝对值之和。屋面高度上垂直于防震缝方向的两侧楼房侧移绝对值之和。2、抗震规范抗震规范规定的抗震缝宽度：规定的抗震缝宽度：（1）框架体系和框剪体系高度）框架体系和框剪体系高度H15m时为时为70mm。H超过该高度时，超过该高度时，6、7、8、9度地震相应每增加度地震相应每增加5、4、3、2m宜加宽宜加宽20mm。（二）防震缝宽度度确定方法（二）防震缝宽度度确定方法（2）全剪力墙结构取）全剪力墙结构取款的款的70；也可参见也可参见高层规程高层规程表表2.2.7一、地基土液化一、地基土液化：土质粘结力小于水分产生震动颗粒悬土质粘结力小于水分产生震动颗粒悬浮即液化浮即液化。二、液化危害二、液化危害（一）整体下沉；（一）整体下沉；（二）局部下降产（二）局部下降产 生整体倾斜生整体倾斜2-5地基土液化和抗液化措施地基土液化和抗液化措施三、场地土液化的判断方法三、场地土液化的判断方法（一）初步判断：（一）初步判断：液化可能性液化可能性CPL（Liquefication possibility）(1)dw：地下水位深度：地下水位深度;(2)du：覆盖层厚度：覆盖层厚度;见图见图2-6(3)砂土比粉土砂土比粉土CPL大，粉土比粘土大，粉土比粘土CPL大大 dw=const,du 液化可能液化可能CPL du=const,dw (水位水位),液化可能液化可能CPL （二）标准贯入试验判别（二）标准贯入试验判别当当N63.5Ncr，液化液化 Ncr：临界值，式（：临界值，式（2-19）：）：Ncr=No0.9+0.1(ds-dw)(3/pc)1/2N0：标准贯入锤击数基准值（表：标准贯入锤击数基准值（表2-7）四、液化场地危害性分析：四、液化场地危害性分析：液化指标液化指标ILE：Ni：i层土的层土的N63.5，土层厚度及其权数（土层厚度及其权数（m-1）bi wi：0-10当当di=15-5mILE15：严重：严重