抗震结构第二章.ppt

2 1场地划分与场地区划2 2地基抗震验算2 3地基土液化及其防治 主要内容 第二章场地与地基 2 1场地划分与场地区划 场地 建筑物所在地 其范围大体相当于厂区 居民点和自然村的范围 地震类型 结构类型 下卧层的构成 覆盖层厚度 2 1 1场地及其地震效应 房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大 比较而言 软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地 定义 影响建筑物震害的因素 1967年委内瑞拉加拉加斯地震 定义 地震波通过覆盖土层传向地表 与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大 多层土的地震效应主要取决于三个基本因素 地震动的卓越周期 在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期 另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉 因此 地表地震动的卓越周期与场地的固有周期接近时 建筑物的振动会加大 相应地 震害也会加重 覆盖土层厚度土层剪切波速岩土阻抗比 影响地震动的频谱特性 影响共振放大效应 2 1 2覆盖层厚度 原意 从地表面至地下基岩面的距离 定义 工程上的判定 当下部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的2 5倍 且下部土层中没有剪切波速小于400m s的岩土层时 该下部土层就可以近似看作基岩 我国建筑抗震设计规范 地下基岩或剪切波速大于500m s的坚硬土层至地表面的距离 称为 覆盖层厚度 2 1 3场地的类别 各类场地土的覆盖层厚度表 土层等效剪切波速场地覆盖层厚度 场地类别确定根据 土层等效剪切波速 式中 计算深度 取覆盖层厚度和20m两者的较小值 计算深度范围内土层的分层数 第i层土的剪切波速 第i层土的厚度 剪切波速随深度递增的一般情况 适用于 当计算深度以下有明显的软弱土夹层时应适当提高场地类别 计算 2 1 3场地的类别 土的类型划分和剪切波速范围 10层和高度30m以下的丙类建筑及丁类建筑 适用于 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 由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值 2 1 3场地的类别 例题 2 1 已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2 3所示 试确定该场地的类别 因为地表下7 5m以下土层的 520m s 500m s 故 7 5m 1 确定覆盖层厚度 解 2 计算等效剪切波速 按式 2 1 有 查表得 位于250 500m s之间 且 故属于 类场地 5m 2 1 4场地区划 城区范围内的场地类别区域划分 又称场地小区划 设防地震动参数区划场地地面破坏潜势区划等 场地设计地震动的区域划分给出的结果 场地区划的基本方法与过程 收集城区范围内的工程地质 水文地质 地震地质资料 作出所考虑区域的控制剖面图适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作 按照钻孔地质资料统计 给出不同类别土的剪切波速随深度变化的经验关系 计算控制点的浅层岩土 地表下20m 等效剪切波速 并决定各控制点覆盖层厚度 根据等效剪切波速和覆盖层厚度对城区范围内的场地作出小区划分 场地固有周期T的计算 剪切波重复反射理论 式中 计算深度范围内土层的分层数 第i层土的剪切波速 第i层土的厚度 场地等效剪切波速等值线场地固有周期等值线 场地区划 返回目录 工作深入的场地区划还可以做出场地等效剪切波速等值线和场地固有周期等值线 2 2地基抗震验算 地基 建筑物基础下面受力层范围内的土层 松软土地基和不均匀地基 2 2 1地基抗震设计原则 处理方法 定义 饱和的淤泥和淤泥质土冲填土和杂填土不均匀地基土 不能不加处理地直接用作建筑物的天然地基 在地震区 地基处理措施 置换 加密 强夯等 消除土的动力不稳定性 桩基等深基础 避开可能失效的地基对上部建筑的不利影响 上部结构的处理措施 一般土地基 建造于一般土质天然地基上的房屋遭遇地震时极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏 可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基 1 砌体房屋 2 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑 1 一般的单层厂房和单层空旷房屋 2 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋 3 基础荷载与2 项相当的多层框架厂房 3 规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑 地裂危害的防治 软弱场地土上的建筑物 当基本烈度为7度以上时中软场地土上的建筑物 当基本烈度为9度时 砖结构房屋 在承重砖墙的基础内设置现浇钢筋混凝土圈梁 防地裂措施 单层钢筋混凝土柱厂房 沿外墙一圈设置现浇整体基础墙梁或有现浇接头的装配整体式基础墙梁 应采取防地裂措施的情况 2 2 2地基土抗震承载力 天然地基抗震验算时 地基土的抗震承载力按下式计算 调整后的地基土抗震承载力 地基土抗震调整系数 按下表采用 深宽修正后的地基土静承载力特征值 按现行 建筑地基基础设计规范 采用 2 2 3地基抗震验算 步骤 1 根据静力设计的要求确定基础尺寸对地基进行强度和沉降量的核算 2 地基抗震强度验算 荷载组合 基础底面的压力取为直线分布 基础底面地震作用效应标准组合的平均压力值 基础边缘地震作用效应标准组合的最大压力值 返回目录 2 3地基土液化及其防治 饱和松散的砂土或粉土 不含黄土 地震时易发生液化现象 地基承载力丧失或减弱 甚至喷水冒砂 这种现象一般称为砂土液化或地基土液化 1964年美国Alaska和日本新澙地震中大量出现 2 3 1地基土液化及其危害 定义 砂土液化 地基土液化 液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水 唐山地震时 严重液化地区喷水高度可达8米 厂房沉降可达1米 天津地震时 海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现 一般冒砂量0 1 1立方米 最多可达5立方米 有时地面运动停止后 喷水现象可持续30分钟 砂土液化机理 地震 饱和砂土 粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移 颗粒结构趋于压密 颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压孔隙水压力急剧增加 孔隙水压力 土颗粒所受到的总的正压应力土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失 砂土液化的危害 使土体的抗震强度丧失 引起地基不均匀沉陷 引发建筑物的破坏甚至倒塌 土颗粒处于悬浮状态形成液化现象 彰化县社头乡三幢三层楼透天住宅 中间一幢有地下室 前后二幢皆无 液化使前后两幢相对下沉40 70cm 南投埔里镇民富一街路面因土壤液化而导致开裂及下陷 砂土液化的危害 图 图发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分 位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7 3级的大地震 南投市公所社会科办公大楼前之大草坪产生土壤液化情形 砂土液化的危害 图 液化喷沙现象 图发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分 位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7 3级的大地震 2 3 2液化的判别 两大步骤 1 初步判别 2 标准贯入试验判别 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 1 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 2 当粉土的粘粒 粒径小于0 005mm的颗粒 含量百分率在烈度为7 8和9度时分别大于10 13和16可判为不液化 3 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 地下水位深度 m 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 按右表采用 上覆非液化土层厚度 m 计算时应注意将淤泥和淤泥质土层扣除 基础埋置深度 m 小于2m时应采用2m 上面判别式 db 2 亦可用右图表示 db 2时 在du dw中减去 db 2 后再查图确定 标准贯入试验判别 初判条件均不能满足时 地基土存在液化可能 采用标准贯入试验进一步判别其是否液化 标准贯入试验设备 由穿心锤 触探杆 贯入器等组成 试验时 先钻至测试土层标高以上15cm 再将贯入器放至该土层处 在锤落距为76cm的条件下 连续打入土层30cm 所得锤击数为 适用于一般情况 适用于桩基或深基础 N63 5 Ncr时 应判为液化土 否则为不液化土 表2 6标准贯入锤击数基准值 式中 液化判别标准贯入锤击数下限值 液化判别标准锤击数基准值 按表2 6采用 饱和土标准贯入点深度 m 土体粘粒含量百分率 当 小于3或为砂土时 取 3 2 3 3液化地基的评价 地基液化指数 15m 20m 深度范围内标准贯入试验点的总数 为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值 当 时 应取 i点所代表的土层厚度 m 第i层土层单位土层厚度的层位影响权函数值 单位为m 1 若判别深度为15m 当该层中点深度不大于5m时应采用10 等于15m时应采用零值 5 15m时应按线性内插法取值 若判别深度为20m 当该层中点深度不大于5m时应采用10 等于20m时应采用零值 5 20m时应按线性内插法取值 液化等级与相应的震害 由液化指数 按下表确定液化等级 某工程按8度设防 其工程地质年代属Q4 钻孔资料自上向下为 砂土层至2 1m 砂砾层至4 4m 细砂至8 0m 粉质粘土层至15m 砂土层及细砂层粘粒含量均低于8 地下水位深度1 0m 基础埋深1 5m 设计地震场地分组属于第一组 试验结果如表2 9 试对该工程场地液化可能作出评价 例2 2 解 1 初判 Q4 du 0 故均不满足不液化条件 需进一步判别 2 标准贯入试验判别 式中N0 10 8度 第一组 dw 1 0 题中已给出各标准贯点所代表土层厚度 计算结果见表2 9 可见4点为不液化土层 1 按式 计算 2 计算层位影响函数 例如第一点 地下水位为1 0m 故上界为1 0m 土层厚1 1m 故 第二点 上界为砂砾层层底深4 4m 代表土层厚1 1m 故 余类推 3 按式 最终给出ILE 12 16 据下表2 7 液化等级为中等 计算各层液化指数 结果见下表 2 3 4液化地基的抗震措施 2 3 4液化地基的抗震措施 全部消除地基液化沉陷 1 桩基 伸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 对碎石土 砾 粗 中粗 坚硬粘性土不应小于0 5m 其他非岩石不宜小于1 5m 具体要求 抗液化措施是对液化地基的综合处理 总要求是 使处理后土层的标准贯人锤击数实测值大于相应的临界值 可采用桩基 深基础 土层加密法 挖除全部液化土层等措施 2 深基础 基础底面埋人液化深度以下稳定土层中的深度不应小于0 5m 3 加密方法 如振动加密 强夯等 应处理至液化深度下界 且处理后土层标准贯人锤击数实测值应大于相应下限值 4 全部挖除液化土层 5 在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 且不小于处理宽度的1 5 部分消除地基液化沉陷 具体