工程结构抗震设计第二章

9.5
砂
190
37.8
28.3
淤泥质粘土
130
dov=63m
43.6
5.8
砂
240
60.1
16.5
淤泥质粘土
200
(2)地面下20m以上场地土等效剪
63 69.5
2.9 6.5
细砂 砾混粗砂
310 520
切波速
vse d0 /t
d0 n di
20
15.92m/s
9.5/19010.5/130
v i1 si
自然地面
自然地面
d11
vs1
d2
d0
vs2 vse
vsi
di
dn
vsn
d0
n
d 0 d i i 1
t n d i v i 1 si
n
v se
d0 t
di
i1
n di
v i 1 si
等效原则：地震波通过多层土的时间与通过折算土
层时间相等。
自然地面
自然地面
t
n
di
i 1 V si
Vse d0 t
3.5
2.0
粉土
7.5
4.0
细砂
15.5
8.0
砾砂
土层剪切波速 （m/s） 180 240 310 520
解： （1）确定覆盖层厚度 因为地表以下7.5m土层的剪切波速Vs=520m/s>500m/s， 故覆盖层厚度dov=7.5m。
（2）计算剪切波速 覆盖层厚度dov<20m，故取计算深度d0=7.5m
三、天然地基在地震作用下的抗震验算 1．地基土抗震承载力
faEs fa
fa fa kb(b 3 )dm (d 0 .5 )
式中
faE——调整后的地基土抗震承载力特征值 s——地基土抗震承载力调整系数 fa——修正后的地基土静承载力特征值，按《建
筑地基基础设计规范》采用。
2．地震作用下天然地基的抗震验算
三、不均匀地基的抗震措施及处理
1．不均匀地基。 2．半挖半填地基。 3．岩土地基。 4．杂填土地基。
， 一 定 还 留 有她的 飞扬诗 情；那 幽长的 雨巷里 ，一定 还回荡 着她的 幽悠跫 音。 “ 她 是 睡 着 了——星 光下 一朵斜 欹的白 莲”， 她天使 般的微 笑和卓 越的才 华曾令 多 少 男 子 为 之怦然 心动， 梦寐以 求。世 人都知 道，徐 志摩曾 为她独 倚栏杆 、流连 康 桥 ， 傻 傻 等她转 身回眸 ，一起 共筑康 桥之梦 ；金岳 霖曾为 她终身 不娶、 孓然一 身 ， 痴 痴 随 她红尘 来去， 一世为 她默默 守候； 梁思成 曾为她 忠贞不 渝、执 子之手 ， 不 离 不 弃 地伴她 暮暮朝 朝，与 子偕老 。 林 徽 因 这 如水 的女子 ，一袭 素衣， 清 雅 秀 丽 ， 任凭世 事万象 丛生， 她始终 都是暗 香盈袖 、云水 禅心。 无论在 哪，她 永 远 都 是 一 道令人 留恋的 美丽风 景。她 的一生 ，真可 谓是“ 生若夏 花之绚 烂，死 若 秋 叶 之 静 美”， 她走过 的地方 ，总有 一树一 树的花 开。 而 今 ， 我们 切莫感
第三节 地基基础的抗震验算
一、验算原则
仅验算地基承载力，不验算地基变形。
二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑
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）一般单层厂房、单层空旷房屋； （2）不超过8层且高度25m以下的一般民用框架房屋； （3）基础荷载与（2）相当的多层框架厂房； 3．可不进行上部结构抗震验算的建筑。
(3)确定建筑场地类别
属于Ⅲ类场地
【例题】 已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻 孔地质资料如表1所示，试确定该场地的类别。
表1 某建筑场地钻孔地质资料
土层底部深度（m）
2.00 4.50 8.40 16.70
土层厚度（m）
2.00 2.50 3.90 8.20
岩土名称
杂填土 粉土 中砂
碎石土
土层剪切波速 vsi(m/s) 200 280 380 540
五、场地土的固有周期
1.基本方程
M x K x 0
2. 简化公式
（1）单一土层
T 4 d ov vs
式中：dov—覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。
（2） 多层土
T n 4 hi v i 1 si
式中：vsi、hi—覆盖层中第i层土的剪切波速和土层厚度；
n—场地覆盖层中的土层总数。
Vs1 d1 Vs2 d2 d Vsi di Vsn dn (a) 原来土层
Vse
d0
(b) 折算土层
式中 Vsi——第i层土的剪切波速，m/s di ——第i层土的厚度，m d0 —— 场地土计算厚度，取地面下20m，但不 深于场地覆盖层厚度，m n —— 土层数目
3．对丁类建筑及不超过10层且高度不超过30m的丙类 建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性 状，先估计各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。
不利的场地条件
临近悬崖,容易滑落。
谷地或低地，这里的建筑物容易 在地震发生时，受土石崩塌破坏。
不利的场地条件
断裂带是地质上的薄弱环节，浅 源地震多与断裂活动有关。
第二节 场 地
一、场地概念
场地：工程群体所在地，在平面上大体相当厂区、 居民点或自然村的区域范围。 场地土：场地范围内的地基土。 场地条件对震害的影响因素： （1）场地土的刚度（坚硬程度） （2）场地覆盖层厚度
操作方法： 实测标准贯入锤击数N63. 5 计算标准贯入锤击数临界值Ncr
N63. 5< Ncr时，应判为可液化土，否则为不 液化土。
四、液化地基的评价
1．液化指数
IlE in11 NNciridiwi
=10 1
5m
i
10m (15m)
15m (20m)
2．液化等级 根据液化指数划分
权函数图形
液化指数 0IlE6
工程结构抗震设计
第二章 场地、地基与基础
第一节 工程地质条件对震害的影响
一、局部地形的影响
1．局部地形高差大于30~50m，高处震害重。 2．局部孤突基岩地形震害重。
二、局部地质构造的影响
局部地质构造主要指断层。 断层可分发震断层与非发震断层。 发震断层为具有潜在地震活动的断层。 场地选择：应尽量使建筑远离断层及其破碎带。
液化等级
轻微
6IlE18
中等
18IlE
严重
3．液化危害描述
液化宏观现象：
地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑坡
第五节 地基抗震措施及处理
一、可液化地基的抗震措施及处理
1．全部消除地基液化沉降 2．部分消除地基液化沉降 3．基础和上部结构处理
二、软弱粘性土地基的抗震措施及处理
1．采用桩基或其他人工地基。 2．采用化学加固法。
2．危害 地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑
坡，从而造成建筑物的破坏。
二、影响地基土液化的因素
砂土、粉土、饱和度、振动是产生液化的必要条件。
影响地基土液化的主要因素： 1．地质年代。年代愈久抗液化能力愈强。 2．土的组成。 （1）细砂较粗砂易液化，颗粒均匀的较颗粒级配良
好的易液化。 （2）粘性颗粒含量多不易液化，含量越少越易液化。
叹 “ 人 面 不 知何处
水边地的地下水位 较高，土质也较松 软，容易在地震时 产生土壤滑动或地 层液化。
山坡地在地震时会 产生土壤滑动。冲 积地的土质松软， 地震时容易塌陷， 如果此处有地下水 层，还容易发生液 化。
用另外的土石來填 补地基，常有土壤 密实度不足情形， 导致建筑物在地震 时产生倾斜、沉陷。
压缩波可以在任何介质中传播，VP除了与土的压实程度 和弹性常数有关外，还和岩土的含水量和人类活动等因素有关， 因此，用VS则更能客观地反映土的性质。
二、场地土的类型
1．对单一性质土 由场地土的剪切波速确定
Vs G
式中，G为土的剪切模量，为土的密度。 2．多层土 由多层土等效剪切波速确定
■ 等效剪切波速Vse的确定方法
三、场地覆盖层厚度
定义：从地面至坚硬场地土顶面的距离。
四、场地类别
场地类别划分为四类，划分依据： （1）场地土等效剪切波速（或场地土类型） （2）场地覆盖层厚度
例题 ：已知某建筑场地的钻孔资料如下表1所示， 试确定该场地的类别。
Байду номын сангаас
表1 钻孔资料
土层底部深度 土层厚度
（m）
（m）
土的名称
1.5
1.5
杂填土
vse7.51 1.5802 2.0403 4.01 025.63m/s
Vse位于250-500m/s，且覆盖层深度dov>5m，故属于II类 场地。
例题：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建
筑场地的类别。
层底深度 土层厚度
(m)
(m)
土的名称
剪切波速 m/s
解：(1)确定覆盖层厚度
9.5
对位移，颗粒结构有压密趋势，如其本身渗透系 数较小，短时间内空隙水排泄不走而受到挤压， 空隙水压力急剧增加，当空隙水压力增加到与剪 切面上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土 受到的有效压应力下降乃至丧失，砂土颗粒局部 或全部处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于 零，形成有如“液体”的现象，即称为“液化”。
坚硬土 中硬土 软弱土 液化土
山丘 山嘴
滑坡
地裂 泥石流
不利的场地条件
林 徽 因 ， 一个 温婉诗 意、缥 缈出尘 的女子 ，纵然 她已化 为风云 飘然而 去，江 南 的 烟 雨 中 依然摇 曳着她 的一帘 幽梦。 林 徽 因 ， 这个民 国的绝 世佳人 ，不仅 有 着 灵 秀 的 眉黛、 绰约的 风姿， 同时也 有着满 腹的诗 伦和浪 漫的情 怀，她 的人生 可 以 说 是 风 华绝代 ，集万 千宠爱 于一身 。 世 人 都 相 信， 那康桥 的水波 ，不会 忘 记 她 的 婷 婷倩影 ；那康 桥的星 空，不 会忘记 她的呢 喃细语 。那西 子湖畔 的风中
三、地下水位的影响
水位越浅震害越重。
四、地段类别的划分
1. 建筑场地划分为三种地段： 有利地段、不利地段、 危险地段
2．建筑物选址时 （1）应选择对抗震有利的地段； （2）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建筑物。
有利 场地
按建筑 物震害
程度
不利 场地
危险 场地
du d0 +db2
dw d0 +db3
du +dw 1.5d0 +2db4.5
式中 dw——地下水位深度（m） du——上覆非液化土层厚度（m） db——基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m d0——液化土特征深度（m），查表采用
第二步：标准贯入试验判别。
标准贯入试验设备：标准贯入器、触探杆、重 63.5kg的穿心锤。
验算天然地基地震作 用下的竖向承载力时，可 认为其在基础底面所产生 的压力是直线分布的。按 地震作用效应标准组合的 基础底面平均压力和边缘 最大压力应符合下列各式 要求：
p faE
p max 1 .2 faE
地基反力示意图
p pmax
第四节 地基土的液化
一、地基土液化的原因及其危害
1．原因 地震时，饱和砂土或粉土颗粒在强烈振动下发生相
不液化粉土粘粒含量界限值：
烈度 7 8
粘粒含量c（%）
10 13
9
16
3．土的相对密度。相对密度越小越易液化。 4．上覆土层的厚度。厚度越大越不易液化。 5．地下水位。地下水位浅时较深时易液化。 6．地震烈度和地震持续时间。
烈度越高越易液化；地震持时长易液化。
三、液化的判断
6度时，一般不考虑液化影响。 液化判别可分二步进行： 第一步：初步判断。 饱和的砂土或粉土当符合下列条件之一时，可初步
判断为不液化或不考虑液化的影响 1．地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，
可判为不液化土。 2．粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百
分率c（%）在7度、8度、9度分别不小于10、13、 16时，应判为不液化土。
3．采用天然地基的建筑，当其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
为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？
泊松比μ对剪切波速度影响不太大，相对稳定，而对压缩 波影响很大（例如μ=0.2→0.48时）。这种变化特征对于现场测 试VP时的要求很高，而实际上很难做到。
土可以认为是由骨架（矿物、砂粒等）与填充物（气体、 液体等）组成。剪切波不能在气体或液体中传播，即VS只与土 的骨架性质有关，而与填充特性无关。岩土的骨架和颗粒之间 的连接形式，是在一定的历史时期形成的，它相对稳定。