工程结构抗震说课材料

(4) 减轻荷载，增强上部结构的铭体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用
对不均匀沉降敏感的结构形式等。
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(5) 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。
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根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。 饱和砂土的抗剪强度可写成：
f=tg=(u)tg
其中： u
—剪切面上有效法向应力（颗粒压应力）； —剪切面上总的法向压应力； —剪切面上孔隙水压力； —土的内摩擦角。
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2.4 液化土地基
工程结构抗震
影响土的液化的因素 场地土液化需要根据多项指标综合分析，当某一指标达到一定数值时，不
土层编号 1 2 3 4 5
土层底部深度(m) 3.00 5.50 8.00 10.40 13.70
土层厚度(m) 3.00 2.50 2.50 2.40 3.30
岩土名称 杂填土
粉质黏土 细砂 中砂 砺砂
剪切波速(m/s) 120 140 145 420 430
解：因为第4层土顶面的埋深为8m，大于5m，且其剪切波速均大于该层以上各土 层的2.5倍，而第4层和第5层土的剪切波速均大于400m/s。根据覆盖层厚度确定 的要求，本场地可按地面至第4层土顶面的距离确定覆盖层厚度，即dov=8m。
工程结构抗震
《抗震规范》规定，只要求对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条 件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来保证。
天然地基上的以下建筑，可不进行天然地基和基础抗震承载力验算： 1、地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑： （1）一般单层厂房和单层空旷房屋； （2）砌体房屋； （3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋； （4）基础荷载与（3）项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。 2、6度时的建筑（不规则建筑及建造于IV类场地上较高的高层建筑除外）。 3、7度I、II类场地，柱高不超过10m且结构单元两端均有山墙的单跨和等高多跨 厂房（锯齿形除外）。 4、7度时和8度（0.2g）I、II类场地的露天吊车栈桥。
解：（1）查得液化土特征深度d0=8m，因为 1 . 5 d 0 2 d b 4 . 5 1 . 5 8 2 2 4 . 5 1 1 . 5 m d u d w 5 .5 6 .5 1 2 .0 m
满足判别公式要求，可不考虑液化影响。 （2）
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
其他建筑，基础底面与地基土之间零应力区域面积不应超过基底面积的15%。
b' 0.85b
其中： b’ —矩形基础底面受压宽度； b —矩形基础底面宽度。
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工程结构抗震
2.3 天然地基与基础
地基土抗震承载力
确定地基土抗震承载力，就要研究动力荷载作用下土的强度，即土的动力强度。大 多数土的动力强度都比静强度高。
地基抗液化措施
地基抗液化措施应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况综合 确定。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。当液化土层较平坦且均匀时， 可按下表选用抗液化措施。
抗液化措施
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2.4 液化土地基
工程结构抗震
全部消除地基液化沉陷措施
(1) 采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土中的长度(不包括桩尖部分)，应按 计算确定，且对碎石土、砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.8m，对其 他非岩石土尚不宜小于1.5m。
faE sa fa
其中： faE —调整后的地基土抗震承载力； ζsa —地基土抗震承载力调整系数； fa —经深度宽度修正后地基土承载力特征值。
地基土抗震承载力调整系数
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
液化的概念
在地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势，但 因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，形成如液体一样，这种现象就称为土的 液化。
v s i —计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s) ；
n—计算深度范围内土层的分层数。
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工程结构抗震
2.1 场地
例2-1 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地类别。
解：因为地面下4.90m以下土层剪切波速vs =500m/s，所以场地计算深度dov =4.9m。
vsendod vi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.90
工程结构抗震
2.1 场地
工程结构抗震
土的类型划分和剪切波速范围
土的类型
岩石名称和性状
土层剪切波速范围 （m/s）
岩石
坚硬、较硬且完整的岩石
较坚硬或软质岩石
破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石 土
中硬土 中软土 软弱土
中密、稍密的碎石土，密实、中密的砺、粗、中砂， fak>150的粘性土和粉土，坚硬黄土
236m/s
2.501.500.90
v i1 si 200 280 310
查表得，当2 5 0 m / s v s e 2 3 6 m / s 1 5 0 m / s 且 3 m d o v 4 . 9 0 m 5 m 时 ，该场地属
于II类场地。
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2.1 场地
工程结构抗震
例2-2 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地的覆盖层厚度。
土层等效剪切波速
工程结构抗震
v se
d0 t
t n d i v i 1 s i
n
d 0 d i i1
多层土等效剪切波速的计算
其中：v s e —土层等效剪切波速(m/s)； d 0 —计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；
t —剪切波在地面至计算深度之间的传播时间(s)；
d i —计算深度范围内第i土层的厚度(m) ；
来描述。一般来说，震级大，峰值加速度就高，持续时间就长；场地类别越大， 震中距越远，地震的主要周期就越长。
强震地面运动可用强震仪测得，强震仪可以测到所在点加速度时程曲线。
地面加速度三个分量的记录曲线图
地面运动两个水平分量的平均强度大体相同，地面竖向分量相当于水平分
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量的1/3~2/3。
2.3 天然地基与基础
稍密的砺、粗、中砂，除松散外的细、粉砂， fak≤150 的黏性土和粉土， fak>130的填土，可塑新黄土
淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和粉 土， fak≤130的填土，流塑黄土
vs>800 800≥vs >500 500≥vs >250 250≥vs >150
vs ≤ 150
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2.1 场地
(2) 采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于 0.5m。
(3) 采用加密法(如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等)加固时，应处理至液化 深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准 贯入锤击数临界值。
(4) 用非液化土替换全部液化土，或增加上覆非液化土层的厚度。 (5) 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，且不小于基础宽度的1/5。
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
初步判别法
饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或
可不考虑液化影响：
（1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7度、8度时可判别不液化。 （2）粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小 于10、13和16时，可判别为不液化土。 （3）浅埋天然地基上的建筑，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：
(3) 基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1r2且不小于基础宽度 的1/5。
(4) 采取减小液化震陷的其他方法，如增厚上覆非液化土层的厚度和改善周边的排水条件 等。
减轻液化影响的基础和上部结构处理
(1) 选择合适的基础埋置深度。 (2) 调整基础底面积，减少基础偏心。 (3) 加强基础的整体性和刚度，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条形基础，加没 基础圈梁等。
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2.3 天然地基与基础
工程结构抗震
天然地基承载力验算
验算天然地基在地震作用下的竖向承载力时，按地震作用效应标准组合的基础底面 平均压力和边缘最大压力应符合要求：
p faE
pmax 1.2faE
其中： p —地震作用效应标准组合的基础底面平均压力；
pmax —地震作用效应标准组合的基础底面边缘最大压力； faE —调整后的地基土抗震承载力。 《抗震规范》规定，高宽比大于4的建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；
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工程结构抗震
2.2 地震时地面运动特性
不同的场地对地震波有不同的放大作用。覆盖层的卓越周期是场地的重要 动力特性之一。震害调查表明，凡建筑物的自振周期与场地的卓越周期相等或 接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。 因此，在建筑抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期，以避 免发生类共振现象。
通过对横向地震波振动方程的推导和解答，可以得到：
T 4 d ov v s1
可见，基岩上的覆盖层越厚，则场地的卓越周期越长。
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工程结构抗震
2.2 地震时地面运动特性
北京地区覆盖层厚度与卓越周期关系示意图
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工程结构抗震
2.2 地震时地面运动特性
强震时的地面运动 一次强震地面运动可以用加速度峰值、持续时间和主要周期三个特性参数
行判别，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别；7~9度时，乙 类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别。
地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别；存在液化 土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采 取相应的措施。
判别方法 1、初步判别法 2、标准贯入试验判别法
du d0db-2 dwd0db-3 d u d w 1 .5 d 0 2 d b 4 .5
其中： dw —地下水位深度（m），宜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；
du —上覆非液化土层厚度（m），计算宜将淤泥和淤泥质土层扣除；
db —基础埋置深度（m），不超过2m时取2m；
d0 —液化土特征深度（m），可查表。
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
例2-2 图1为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂土，地下水位深 度dw=6.5m。基础埋置深度db=2m，该场地为8度区。试按初步判别公式和图2确定砂土是 否须考虑液化的影响。
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
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工程结构抗震
2.4 液化土地基
部分消除地基液化沉陷措施
(1) 处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不宜大于5；大面积筏基、箱基的中心 区域处理后的液化指数可比上述规定降低1；对独立基础和条形基础，尚不应小于基础底面下 液化土特征深度和基础宽度的较大值。
(2) 采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准 贯入锤击数临界值。
论其他因素如何，土都不会发生液化，或即使发生液化也不会造成房屋灾害， 称这个数值为这个指标的界限值。
1、地质年代 2、土中黏粒含量 3、上层非液化土层厚度和地下水位深度 4、土的密实程度 5、土层埋深 6、地震烈度和震级
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2.4 液化土地基
工程结构抗震
液化土的判别 饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别：6度时，一般情况下可不进