建筑结构抗震设计_第2章场地、地基与基础.ppt
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1、建筑结构抗震设计Seismic design of buildings,第2章 场地、地基与基础,2.1 场地 (重点掌握)2.2 天然地基与基础的抗震验算 (重点掌握)2.3 液化土与软土地基 (重点掌握)2.4 桩基的抗震设计(了解内容),2.1 场地,几个不能混淆的概念:场 地指工程群体所在地,具有相似的反应谱特征, 其范围大体相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2 的平面面积。场地土指场地范围内的地基土。 地 基建筑基础下受力范围内的土层。 多次震害调查发现,同一烈度区,不同场地上的建筑的震害不同,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
2、灾区里有重灾” 。 为了合理地选择建筑场地和合理估计场地的动力放大效应以达到经济和安全的目的,必须对场地所在地段的抗震危险性及场地类别进行划分。,2.1 场地续,地段划分 抗震规范按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震有利、不利和危险的地段。地段选择1.选择有利地段;2.宜尽量避开不利地段,当无法避开时,应采取适当的抗震措施;3.不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度,先讲剪切波速概念1、场地土的类型根据震害调查,即使在同一烈度区内,由于场地土质条件的不同,建筑物的震害也有很大差异。在软弱的地基上,柔性结构(长周期)破坏较重,刚性好的表现较好;
3、在坚硬的地基上,柔性结构表现较好,而刚性结构表现不一。在坚硬的地基上,一般是结构破坏,在软弱的地基上有结构破坏,也有地基破坏。多层土时,如夹有硬土层,使土层自振周期缩短,刚性建筑震害重;如夹有软土层,则相反。,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度续,场地土类型:为确定场地类别而对场地土刚度所作的类型划分。主要研究地面以下20m且不超过场地覆盖层厚度以内的各层土。场地土对建筑物震害的影响,主要与场地土的坚硬程度和土层的组成有关,而对于场地土类型的划分,则有两种划分方法:基本划分法定量指标,根据常规勘探资料按其等效剪切波速划分;综合划分法定性指标,参照一般岩土状态描述来分类。,2.1.1 场地土及场
4、地覆盖层厚度续,土层的等效剪切波速:,-土层的等效剪切波速;,-计算深度(m),取覆盖层厚度和20m二者的较小值;,-剪切波在地面至计算深度之间的传播时间;,-计算深度范围内第i土层的厚度(m);,-计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s);,-计算深度范围内土层的分层数。,基本划分法:,岩土名称和性状,土的类型,土层剪切波速范围(m/s),2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度续,综合划分法使用范围: 对丁类建筑及层数不超过10层和高度在30m以下的丙类建筑,当无实测剪切波速资料时,可根据岩土名称和性状按下表规定划分土的类别。,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
5、土,软弱土,稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,的粘性土和粉土, 的填土,可塑黄土,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,破碎或较破碎的岩石,密实的碎石土,坚硬土或软质岩石,坚硬、较硬且完整的岩石,岩石,土的类别划分和剪切波速范围,Vs800,800Vs500,250Vs150,500Vs250,150Vs,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度续,划分步骤:(1)由各层土的名称和性状,并根据经验,在表中的范围内估计各层土的剪切波速,如取中间值:中硬土:375 m/s中软土:200 m/s软弱土:100 m/s(2)计算等效剪切波速。(3)
6、按等效剪切波速再查表确定土类型。,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度续,、场地覆盖层厚度覆盖层厚度:是指从地表到地下基岩面的垂直距离,也就是基岩的埋深。覆盖层厚度的大小直接影响地面反应谱的周期及强度。当基岩埋深小时,对地面运动中的短周期分量有明显放大作用;相反,基岩埋深大时,能使地面运动中的长周期分量有所加强。震害随场地覆盖层厚度的增加而加重。,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度续,我国规范取值规定:一般情况下,地面到剪切波速大于500m/s的坚硬土层顶面的距离为场地覆盖层厚度。 当地面5m以下存在剪切波速大于上层土剪切波速2.5倍的土层且下卧岩土层的剪切波速不小于400m/s时,也可取地面至
7、该土层顶面的距离作为覆盖层厚度。土层中夹有剪切波速大于500m/s的孤石等,应视同周围土层。 土层中的火山岩硬夹层应视为刚体,其厚度应从覆盖层厚度中扣除。,2.1.2场地类别,建筑场地类别是场地条件的基本表征,地震效应与场地有关,为了进行抗震设计,有必要对场地进行分类,以便区别对待。抗震规范指出:建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为4类(见下表)。各类建筑场地的覆盖层厚度,15 80,315,3050,1,等效剪切波速m/s,场 地 类 型,2,Vs800,0,0,800Vs500,500Vs250,250Vs150,150Vs,例题,例:已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所
8、示,试确定该建筑场地的类别。,解:(1)确定地面下20m表层土的场地土类型:,查表:属于中软土,(2)确定覆盖层厚度,(3)查表确定建筑场地类别属于类场地,2.2 天然地基与基础的抗震验算,天然地基的震害特点:1)一般情况下,地基具有较好的抗震能力,震害较少。一般天然地基在静力作用下具有相当大的安全储备,地基承载能力在长期自重作用下有所提高;地震时,荷载增大,但短时效应使其承载能力也有提高。2)不同基础类型,震害差异明显。桩基比筏基好,深基比浅基好,条基比独基好3)但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土,在地震中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土,在地震中也会发生震陷。还有较严重的是地
9、基的液化。地基一旦发生破坏,震后的修复加固就相当困难,有时甚至是不可能的,所以也应对地基的震害现象进行深入分析,并在设计时采取相应的抗震措施。,2.2.1 不进行天然地基及基础抗震验算的建筑,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。可不进行地基基础抗震验算的范围(1)砌体房屋。 (2)地基主要受力范围内不存在软弱粘土层的一般单层厂房、单层空旷房屋和8度、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,其中软弱粘土层主要指7度、8度和9度时,地基土静承载力特征值分别
10、小于80 kPa、100 kPa和120 kPa的土层。 (3)可不进行上部结构抗震验算的建筑。,2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震承载力验算,1、地基土抗震承载力 地震作用是附加于原有静荷载上的一种动力作用,其性质属于不规则的低频(15Hz)有限次数(1040次)的脉冲作用,作用时间很短,所以只能使土层产生弹性变形而来不及发生永久变形,其结果是地震作用产生的地基变形要比相同条件静荷载产生的地基变形小得多。因此,从地基变形的角度来说,有地震作用时地基土的抗震承载力应比地基土的静承载力大,即一般土的动承载力都要比其静承载力高。另外,考虑到地震作用的偶然性和短暂性以及工程结构的经济性,地基在地
11、震作用下的可靠性可以比静力荷载下的适当降低,故在确定地基土的抗震承载力时,其取值应比地基土的静承载力有所提高。,2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震承载力验算,我国规范采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作为抗震承载力设计值:,faE-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,在1.01.5之间;fa -深宽修正后的地基静承载力特征值,按建筑地基基础设计规范GB50007采用。 除了十分软弱土层以外,国内外对地基土抗震承载力取值都比其静承载力有所提高。,2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震承载力验算续,2、地震作用下天然地基的抗震验算 天然地基抗震验算一般是采用拟静力法,即
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