2场地、地基与基础《建筑抗震知识》省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

《建筑抗震知识》2

场地、地基与基础刘为民：135510136571/55本章主要概念：

有利地段、不利地段、危险地段、发震断裂带影响、地形影响、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、场地土液化产生震害、影响液化主要原因、场地土液化判别方法、液化指数、抗液化办法。鞍山烈士山小学向上小学同一套图纸烈士山解放路

Ⅰ类Ⅱ、Ⅲ类破坏严重基本完好说明问题：

①场地条件不一样，震害不一样

②坚硬场地，不一定对全部建筑物都有利。第二章场地、地基和基础2/552.1.1场地地段划分发震断裂带影响浅源地震，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当需要在条状突出山嘴、高耸孤立山丘、非岩石陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除确保其在地震作用下稳定性外，尚应预计不利地段对设计地震动参数可能产生放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可依据不利地段详细情况确定，但不宜大于1.6。2.1场地3/552.1.1场地地段划分

3.3.1选择建筑场地时，应依据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质相关资料、反抗震有利、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办法；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当地域抗震设防烈度要求采取抗震结构办法；丙类建筑应允许按当地域抗震设防烈度降低一度要求采取抗震结构办法，但抗震设防烈度为6度时仍应按当地域抗震设防烈度要求采取抗震结构办法。2.1场地4/552.1.1场地地段划分

3.3.3建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基当地震加速度为0.15g和0.30g地域，除本规范另有要求外，宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑要求采取抗震结构办法。2.1场地《建筑抗震设计规范》GB50011-

5/552.1.1场地地段划分

3.3.4地基和基础设计应符合以下要求：

①同一结构单元基础不宜设置在性质截然不一样地基上；

②同一结构单元不宜部分采取天然地基部分采取桩基；

③地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时，应预计地震时地基不均匀沉降或其它不利影响，并采取对应办法。2.1场地《建筑抗震设计规范》GB50011-

6/552.1.1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、均匀中硬土等。不利地段软弱土，液化土，条状突出山嘴，高耸孤立山丘，非岩质陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态显著不一样土层等（如故河道、疏松断层破碎带、暗埋浜塘沟谷和半填半挖地基）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地表位错部位。表4.1.1有利、不利、和危险地段划分7/55局部地形影响王前信著«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、建筑物场地地震影响①软弱地基。柔性结构易破坏，刚性较大结构破坏较轻。②坚硬地基。刚性结构易破坏，而柔性结构破坏较轻。③软弱夹层地基。唐山地震时，几栋砖房没倒，只开裂，钻孔发觉地基有一软弱夹层，起到隔震作用。但还不能得出结论，有待于深入研究。amax比平地大放大或缩小尚不清楚8/55二、场地土层固有周期与场地地震效应1、场地土层固有周期场地土固有周期是场地最主要特征，怎样求场地自振周期，用剪切质点系模型

土柱Mi

Ki

ihi

1ma(t)基岩其中层土密度层土厚度层土剪切模量9/55其中第一周期（T1）叫场地基本周期。实际计算时用实用方法，如雅克比法、迭代法等。土层含有非线性特征，计算时土层刚度应做适当调整。对于单一均匀土层，自振周期对于多层土，基本周期近似算法

土层

vsH基岩vsihi基岩10/55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：假如土层中含有硬夹层，基本周期减小，且越靠近底层，降低越显著。假如土层中含有软夹层，基本周期增大，且越靠近底层，增大越显著。2。场地地震效应场地自振周期Ta(t)由许多频率成份组成

有些成份与T靠近被放大了，与T相差较大成份，被减弱。即“滤波效应”。

基岩a(t)地表a’(t)t11/552.1.2场地土类型划分

4.1.2

建筑场地类别划分，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-）要求，先确定场地土层等效剪切波速，再依据场地覆盖层厚度，将场地划分为ⅠⅡⅢⅣ类。《建筑抗震设计规范》GB50011-

12/552.1.2场地土类型划分土层等效剪切波速Vse—土层等效剪切波速d0—计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m二者较小值t

—剪切波在地表至计算深度之间传输时间di—计算深度范围内第i层土厚度(m)Vsi—计算深度范围内第i层土剪切波速n—计算深度范围内土层分层数13/552.1.3.1等效剪切波速依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》GB50011-

2.1.3

场地类别划分14/552.1.3.2场地覆盖层厚度

震害调查表明，场地覆盖层厚度不一样，地表上建筑物破坏程度不一样。我国抗震规范对场地覆盖层定义以下：

①普通情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s土层顶面距离确定。

②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倍土层，且其下卧岩土剪切波速均大于400m/s时，可按地面至该土层顶面距离确定。

③剪切波速大于500m/s孤石、透镜体，应视同周围土层。

④土层中火山岩硬夹层，应视为刚性，其厚度应从覆盖土层中扣除。15/55场地类别：抗震规范要求，依据场地土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将建筑场地划分为ⅠⅡⅢⅣ类，见下表4.1.6：等效剪切波速（m/s）场地类别ⅠⅡⅢⅣVse≥5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>140<33～50>50Vse≤140<33～15>15～80>804.1.6各类建筑场地覆盖层厚度（m）《建筑抗震设计规范》GB50011-

16/554.1.7场地内存在发震断裂时，应对断裂工程影响进行评价，并应符合以下要求：

①对符合以下要求之一情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑影响：

⑴抗震设防烈度小于8度；

⑵非全新世活动断裂。

⑶抗震设防烈度为8度或9度时，前第四纪基岩隐伏断裂土层覆盖厚度分别大于60m和90m。

②对不符合本条1款要求情况，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要求。《建筑抗震设计规范》GB50011-

17/55表4.1.7发震断裂最小避让距离(m)

烈度建筑物设防类别甲乙丙丁8专门研究300m200m——9专门研究500m300m——2.1.4主断裂带避让距离《建筑抗震设计规范》GB50011-

18/554.1.8当需要在条状突出山嘴、高耸孤立山丘、非岩石陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除确保其在地震作用下稳定性外，尚应预计不利地段对设计地震动参数可能产生放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可依据不利地段详细情况确定，但不宜大于1.6。2.1.4主断裂带避让距离19/552-3天然地基震害特点及其抗震办法

天然地基：不需要处理而直接利用地基。震害调查表明，天然地基震害较轻，说明天然地基有较大安全贮备。尽管震害较轻，但一旦发生破坏，难以修复，所以还是不能忽略。一、天然地基震害

⑴饱和软粘土、淤泥质土，强度低，高压缩性，地震时易造成建筑物倾斜、沉陷，造成房屋不能使用。

⑵松软填土地基土质较松、强度低，地震时造成结构开裂。海城地震时，就有这方面震害现象。

⑶不均匀地基引发不均匀沉降，造成结构破坏。20/55二、天然地基抗震办法

⑴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允许承载力，确保有足够安全贮备。假如以为危险，可采取桩基。

⑵杂填土地基土质结构涣散，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。21/55二、天然地基抗震办法

⑶不均匀地基尽可能避开，无法避开，结构布局应合理。

⑷地基加固处理方法对于各种软弱地基，惯用方法是换土垫层法。它造价低，施工方便。建筑荷载不太大时，可采取将基底下软弱土挖除，回填强度高、压缩性低材料：中粗沙、碎石、卵石、石屑、矿渣。22/55

对于杂填土等松软地基，还可采取重锤扎实法。但当地下水位至地表小于0.8米或扎实深度内有饱和软土层时不宜采取此法。对于涣散土、杂填土、可液化土（后面要讲），荷载影响较深时，可采取挤密桩法。

‘<硬壳中粗砂桩管23/55

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。适合用于大型建筑物地基处理。粉土淤泥质粘土使土空隙体积减小，更密实。

‘<硬壳中粗砂桩管24/55使粘土地基孔隙水排出，强度更高。

（粉土、淤泥质土）

还有一些地基处理方法。

原排水现排水25/55

2.2地基基础抗震验算2.2.1可不进行天然地基及基础抗震承载力验算建筑（验算范围）5.1.1各类建筑结构地震作用，应符合以下要求：

①普通情况下，应允许在建筑结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向水平地震作用应由该方向抗侧力构件负担。

②有斜交抗侧力构件结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向水平地震作用。

③质量和刚度分布显著不对称结构，应计入双向水平地震作用下扭转影响；其它情况，应允许采取调整地震作用效应方法计入扭转影响。

④8、9度时大跨度和长悬臂结构及9度时高层建筑，应计算竖向地震作用。26/55①砌体房屋。②地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层以下建筑：

1）普通单层厂房、单层空阔房屋;2）不超出8层且高度在25m以下普通民用框架房屋；

3）基础荷载与2）相当多层框架厂房。③抗震规范要求能够不进行上部结构验算建筑。以上情况都能够不进行地基抗震验算。除此之外，要进行抗震验算。注：软弱粘性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa土层。在震害调查中发觉，只有少数结构物因地基破坏造成结构损坏，普通只限于液化地基，所以抗震规范提议：27/55

2.2地基基础抗震验算2.2.1可不进行天然地基及基础抗震承载力验算建筑（验算范围）5.1.6结构抗震验算，应符合以下要求：

①6度时建筑(建造于IV类场地上较高高层建筑除外)，以及生土房屋和木结构房屋等，应允许不进行截面抗震验算，但应符合相关抗震办法要求。

②6度时建造于IV类场地上较高高层建筑，7度和7度以上建筑结构(生土房屋和木结构房屋等除外),应进行多遇地震作用下截面抗震验算。注：采取隔震设计建筑结构，其抗震验算应符合相关要求。28/552.2.2地基土抗震承载力调整

地震荷载特点：动荷载，不规则屡次脉冲荷载（几十次）。原有静荷载基础上，加上动荷载。注：8、9度时采取隔震设计建筑结构，应按相关要求计算竖向地震作用。29/55

普通情况下，土层动强度比静强度高。另外，因为地震偶然性和短暂性，从经济（工程造价）上考虑，地基可靠度能够降低一些。所以，在进行地基抗震验算时，地基承载力，在静力设计值基础上乘大于1调整系数，即：

faE=ζafa其中：fa—地基承载力特征值

faE—调整后地基抗震承载力

ζa—地基抗震承载力调整系数。见表2-4。（依据不一样土质，采取不一样值）FI

=1+230/55三、地基土抗震承载力验算P—基底地震组合平均压力设计值Pmax—基底边缘地震组合最大压力设计值。31/552.3液化土和软地地基

1964年日本新泻地震（7.4级），有大量房屋倾斜，破坏，人们开始研究砂土液化问题；

1964年美国阿拉斯加地震（7.9级），美国人也开始注意这个问题；1975年辽宁省海城地震，碰到了砂土液化震害。1976年河北省唐山地震，又碰到了砂土液化震害现象。一、场地土液化现象场地土液化：饱合砂土和粉尘。32/55地震前由土和孔隙水共同负担压力。饱合土地震时，土颗粒被压密，孔隙水压力急剧增加，土颗粒负担压力将降低，当法向压应力完全由孔隙水负担时，则土颗粒处于“悬浮”状态，场地土到达液化。此时地基处于液体状态，失去承载能力。增大减小土粒处于“悬浮”状态。用公式表示：共同承受场地土液化产生震害：（1）建筑物下沉或倾斜；（2）不均匀沉降造成上部结构破坏；（3）室内地坪隆起，开裂，设备基础上浮或下沉。33/55影响场地土液化原因：（1）土组成细砂轻易液化，粗砂不易液化。级配好砂土不轻易液化，级配不好易液化。粉土（介于砂土和粘土之间）中粘粒含量越多，越不易液化（2）相对密度相对密度大（密实）不易液化。相对密度小（涣散）易液化。（3）砂土层埋置深度和地下水位深度砂土层越深、地下水位越深，则越不易液化。（4）地震烈度和连续时间：高烈度、持时长越易液化。二、场地土液化判别方法抗震规范要求，对于6度区，普通可不考虑场地土液化问题，但对于乙类建筑物，按7度考虑，7度～9度区乙类建筑按原烈度考虑。34/55抗震规范要求，对于场地土液化判别分二步进行。

1、初步判别判别依据：①土层地质年代。

②粉土中粘粒含量。

③上覆非液化土层厚度。

④地下水位深度。首先判别是否需要考虑液化问题

符合以下条件之一者可不考虑液化问题（1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前，7度和8度时；（2）粉土中粘粒含量

7度

大于10%粉土中粘粒含量

8度

大于13%有专门测定方法

9度

大于16%

35/55（3）天然地基，上覆土层（非液化土）和地下水位深度符合以下条件之一者，可不考虑液化

du>do+db-2dw>do+db-3du+dw>1.5do+2db-4.5du-上覆非液化土层深度（m），计算时淤泥和淤泥质土层扣除。

do-液化土特征深度(m)见表2-6，有详细要求(土类别、烈度相关)db-基础埋置深度（m）小于2m时取2dw-地下水位深度（m）表2-6液化土特征深度（m）假如以上条件(1)(2)(3)均不满足，则深入判别饱和土类别7度8度9度粉土678砂土78936/552、标准贯入试验判别现场试验，标准贯入设备。先讲一下判别公式液化土：N63.5-标准贯入试验锤击数实测值

Ncr-标准贯入试验锤击数临界值

ds-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

NO-标准贯入试验锤击数基准值表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）1837/55

液化土

标准贯入试验76cm15cmds触探杆锤垫穿心锤A38/55N63.5—穿心锤重63.5kg贯入深度为30cm时，对应锤击数N63.5NO-标准贯入试验锤击数基准值特定条件下（ds=3m，dw=2m，

c=3)实测锤击数，括号中是修正系数（液化层深度、地下水位深度、粘粒含量）。三、液化场地危害性分析与抗液化办法

液化地基主要危害是使建筑物产生不均匀沉降、喷砂。N63.5比Ncr小得越多，则液化越严重，对建筑物危害越大。定义一个比值

同一标高液化土F值越大，土层液化越严重。这个公式只能判别一个土层液化程度。对于一个场地，怎样评价它液化程度？用液化指数来评价。39/55n—判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点总数，Ni，Ncri--分别为i点标准贯入锤击数实测值和临界值，

当实测值大于临界值时，取Ni=Ncri点所代表土层厚度（m)上界不能小于地下水位深度下界小于非液化深度Wi—权函数，层位影响40/55idi15m（20m）以内

wi10515m(20m)

求得液化指数后，能够判断场地土液化程度抗震规范将场地土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—280钻孔资料见表2—9，确定场地液化等级液化等级轻微中等严重判别深度为15m时液化指数0<ILE≤55<ILE≤15ILE>15判别深度为20m时液化指数0<ILE≤66<ILE≤18ILE>1841/55解：（1）计算

Ncri

两层液化土层（2）计算Fi

（3）计算di（4）计算权函数wi（5）计算液化指数结论：严重液化抗液化办法：依据建筑物主要性、地基液化程度（等级），可按表2—9中要求采取办法42/55表2-9抗液化办法建筑类别地基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，亦可不采取方法基础和上部结构处理，或更高要求处理方法全部消除液化沉陷，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方法可不采取方法基础和上部结构处理，或其它经济方法43/55

表2—9依据建筑物主要性、液化等级要求了对应处理办法

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：①桩尖应深入液化层下稳定土层，深入长度由计算确定，还有详细要求。②采取其它深基础时，基底埋入液化层以下稳定土层深度大于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44/55部分消除地基液化沉陷

要求

①处理后场地液化指数小于4（判别深度15m）或5（判别深度20m）

②独立基础、条形基础，处理深度：液化土特征深度和基础宽度较大值处理深度范围内，挖除液化土层或挤密，处理后45/55基础选择合理埋深，降低基础偏心，加强基础整体性（箱基、筏基、加圈梁），增大上部结构整体刚度，合理设置沉陷缝。采取抗液化办法应注意几个问题:前面讲各种办法不适合用于倾斜场地。轻微液化，普通不做特殊处理(甲、乙类建筑物除外)。中等液化，尽可能采取结构办法，不做土层处理（经济、易实施）。液化层很深场地，要求部分消除液化沉陷办法时，处理深度不一定要到达液化下界，普通处理范围6～10米深（从经济上考虑）。未经处理液化层不能作为天然地基持力层。基础和上部结构处理46/552-6桩基抗震验算震害调查表明，桩基楚抗震性能比天然地基好。抗震规范要求一些建筑物桩基抗震承载力可不验算，并要求了低承台桩在非液化土及液化土层中抗震验算标准。一、可不进行桩基抗震承载力验算建筑低承台桩基、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小于100Kpa填土。以下建筑:(1)砌体结构和可不进行上部结构抗震验算建筑(2)7度和8度以下建筑:①普通单层厂房和单层空阔房屋;②不超出8层且高度在25m以下普通民用框架房屋;③基础荷载与②项相当多层框架厂房。47/55二、桩基抗震验算标准1、非液化土中低承台桩基抗震验算验算桩基时，单桩竖向和水平向抗震承载力特征值，可比非抗震设计提升25%。当承台周围回填土扎实后，其干密度大于《建筑地基基础设计规范》对填土要求时，可由承台正面填土与桩共同负担水平地震作用，但不计入承台底面与地基土间摩擦力。48/552、存在液化土层低承台桩基抗震验算⑴对普通浅基础，不宜计入承台周围土抗力或刚性地坪对水平地震分担作用。⑵当桩承台底面上、下分别有厚度大于1.5m、1.0