3、可不进行上部结构抗震验算的建筑 2.4.2地基土抗震承载力调整 ? 地基土的抗震承载力 f aE ? ? a f

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文章关键词:葡京手机版投注,砂土液化

  2 场地、地基和基础抗震 ? 2.1概述 场地:工程群体的所在地,其在平面上大体相当于厂区、 居民区、自然村或不小于1.0km2的区域范围。 场地土的作用:地震波的传播介质 结构物地基 建筑物震害程度:场地的地形、地貌、土层性质、水文 条件密切相关 2.1概述 建筑物震害原因 a:场地的震动作用。 b:场地、地基的破坏作用 ? 场地的震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施 振动而产生的破坏作用 如:结构承载力不足等 处理方法:合理的进行抗震设计和采取减震措施。 ? 场地、地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接 原因是由于场地和地基稳定性(地基失效)引起的。 如:砂土液化、软土震陷等 量少 有区域性 难以修复 处理方法:场地选择和地基处理 ? 2.2工程地质条件对震害的影响 ? ? 2.2.1局部地形的影响 震害表明:局部孤突地形对震害有较大影响 ——对地震强度有放大作用 1920年宁夏海原8.5级地震中,位于渭河 河谷的姚庄烈度为7度,相距仅2km的牛家山 庄,坐落在高出河谷100m左右的黄土山嘴上, 烈度为9度。 1975年辽宁海城地震中,高差58m的两个 测点,地面加速度相差1.84倍。 2.2.1局部地形的影响 ? 高突地形地震反应的总体趋势: 1.高突地形距离基准面的高度愈大,高处的反应愈大; 2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大,反应相对减小; 3.在同样地形条件下,土质结构的反应比岩质结构大; 4.高突地形顶面愈开阔,远离边缘的中心部位的反应明 显减小; 5.边坡愈陡,其顶部的放大效应相应加大。 对条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡 坡、河岸和边坡边缘等不利地段,应估计不利地段 对设计地震动参数产生的放大作用(增大系数)。 2.2.1局部地形的影响 ? 局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数 ? ? 1 ? ?? ? 1.6 ? ---局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数 ? ---局部突出地形地震动参数的增大幅度,见表2.1 ? ---附加调整系数 ? L1 / H ? 2.5 2.5 ? L1 / H ? 5 1.0 0.6 L1 / H ? 5 0.3 H L L1 2.2.2局部地质构造的影响 ? ? 局部地质构造:断裂 (发震断裂和非发震断 裂) 发震断裂:具有潜在 地震活动的断裂 浅源地震多与断裂活动 有关 地震时,发震断层可能 出现很大的错动,建筑 物严重破坏 2.2.2局部地质构造的影响 发震断裂的活动特点: (1)地震震级愈高,出露于地表的断裂错动与断裂长度愈 大 (2)覆盖层厚度愈大,出露于地表的断裂错动与断裂长度 愈小 (3)地质年代愈久远,断裂的活动性愈小 《抗震规范》规定:对符合下列规定之一的情况,可忽 略发震断裂错动对地面建筑的影响: 1)抗震设防烈度小于8度; 2)非全新世活动断裂; 2.2.2局部地质构造的影响 3)抗震设防烈度为8度和9度时,前第四纪基岩隐伏断 裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。 若不符合上述情况,应避开主断裂带。其避让距离不 宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。 发震断裂的最小避让距离(m) 烈度 8 建筑抗震设防类别 甲 专门研究 乙 300m 丙 200m 丁 __ 9 专门研究 500m 300m __ 2.2.2局部地质构造的影响 ? ? 工程上最常遇到的是非发震断裂 非发震断裂:与地震活动没有成因联系的断层 地震作用下一般不会产生新的错动,对建筑物破坏无明 显影响 不宜将建筑物横跨在断层上,以免可能发生的错动或 不均匀沉降带来的危害 2.2.3地下水位的影响 地下水位对建筑物的震害有明显影响 1)水位越浅,震害越严重 地下水位深度在5m以内时,震害影响最明显 2)地基土的类型不同,地下水位的影响程度亦不同 软弱土层影响最大:粉砂、细砂、淤泥质土等 粘性土次之 坚硬土影响最小:碎石、角砾、卵砾石等 ? 2.3场地 2.3.1场地条件对震害的影响 ? 场地条件对建筑物震害影响的主要因素: 1)场地土的刚度 2)场地覆盖层的厚度 ? 震害表明: 1)在同一地震和同一震中距离时,软弱地基地面的自 震周期长,振幅大,震动持续时间长,震害也重。葡京手机版投注 2)软弱地基上,柔性建筑易遭到破坏,刚性建筑表现 较好;坚硬地基上,柔性建筑表现较好,刚性建筑表 现不一。 总体:在软弱地基上建筑物的震害比刚性地基上的要 严重 3)建筑物的震害随覆盖土层厚度的增加而加重 ? 2.3场地 ? ? ? ? 场地的地震效应 场地土对从基岩上传来的地震波有放大作用 地震动的卓越周期:从震源传来的地震波是由许 多频率不同的分量组成,其中在振幅谱中幅值最 大的频率分量对应的周期。 地震动的卓越周期取决于场地的固有周期 土层的过滤特性和放大作用 场地固有周期的简化计算公式为:T=4H/ν H为场地覆盖层厚度;ν为土的剪切波速 2.3场地 ? ? ? 2.3.2场地土类型 土的类型取决于土的刚度,按土的等效剪切波速 划分 n 土的等效剪切波速: vse ? d0 / t t ? ? d i / vsi i ?1 vse ----土层的等效剪切波速 d 0 ----计算深度(m),取覆盖层厚度和20m二者的较小值 t ----剪切波在地面至计算深度之间的传播时间 d i ----计算深度范围内第i土层的厚度(m) vsi ----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 2.3场地 ? 根据土的等效剪切波速,土的类型分为4类: 土的 类型 坚硬土 或岩石 中硬土 中软土 软弱土 岩土名称和性状 稳定岩石,密实的碎石土 中密、稍密的碎石土,密实、中密的砾、粗、中 f ak ? 200 的粘性土和粉土,坚硬黄土 砂, 土层剪切波 速范围(m/s) vs ? 500 500 ? vs ? 250 稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑 250 ? vs ? 140 黄土, f ak ? 200 的粘性土和粉土, f ak ? 130 的填土 淤泥和淤泥质土,松散的砂,新近沉积的粘性土 和粉土, f ak ? 130 的填土,流塑黄土 140 ? vs f ak ---地基土静承载力标准值 2.3场地 2.3.3场地覆盖层厚度:从地表到地下基岩面的距离 ? 《抗震规范》,场地覆盖层厚度的确定: 1一般情况下,应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面 的距离确定; 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倍的土层,且其下卧土层的剪切波速不小于 400m/s时, 可按地面至该土层顶面的距离确定; 3. 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体,应视同周围土层; 4. 土层中的火山岩硬夹层应视为刚体,其厚度应从覆盖土层 中扣除。 ? 2.3场地 ? ? 2.3.4场地类别划分 《规范》根据土层剪切波速和场地覆盖层厚度按下表 划分为4类。 表:各类建筑场地的覆盖层厚度 等效剪切波速 (m/s) 场 Ⅰ 0 Ⅱ 地 类 Ⅲ 型 Ⅳ vse ? 500 500 ? vse ? 250 ? 5m 250 ? vse ? 140 ? 3m ? 3m 140 ? vse ? 5m 30~50 3~15 ? 50 ? 15 ~80 ? 80 2.3场地 ? ? ? 2.3.5场地选择 建筑场地的地质条件和地形地貌对建筑物震害有显 著影响 规范根据场地上建筑物的震害程度,地段划分 地段类别 有利地段 不利地段 地质、地形、地貌 稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非 岩质的陡坡,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、 状态明显不均匀的土层(如故河道、疏松的断破裂带、暗 埋的塘浜沟谷和半填半挖地基)等 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发 震断裂带上可能发生地表错位的部位 危险地段 2.3场地 ? 场地选择原则: 1)尽量选择对结构抗震有利的地段 2)尽可能避开对结构抗震不利的地段 3)除非特殊需要,不得在抗震危险地段上建造工程结 构 2.4地基基础抗震验算 2.4.1地基不验算的范围 ? 震害表明: 1)只有少数房屋是由地基失效而导致上部结构破坏。 2)导致上部结构破坏的地基大多是可液化地基、易产 生震陷的软土地基和严重不均匀地基。 3)大量的一般性地基具有良好的抗震性能,极少发现 因地基承载力不够而导致上部结构破坏的震害现象。 《抗震规范》对量大面广的一般地基和基础不作抗震验 算,对液化地基,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。 ? 2.4.1地基不验算范围 ? 《抗震规范》规定,下列建筑可不进行天然地基及基 础的抗震承载力验算: 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; 2)单层空旷房屋; 3)不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋 及 基础荷载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 2.4.2地基土抗震承载力调整 ? 地基土的抗震承载力 f aE ? ? a f a faE---调整后的地基抗震承载力设计值 ?a ---地基抗震承载力调整系数 fa -----深宽修正后的地基承载力特征值,按 《建筑地基基础设计规范》GB50007采用 2.4.2地基土抗震承载力调整 地基土抗震承载力调整系数 岩土名称和性状 岩石,稍密的碎石土,密实的砾、粗、中砂, ?a f k ? 300kPa的粘性土和粉土 1.5 1.3 1.1 1.0 中密、稍密的碎石土,中密和稍密的砾、粗、中砂,密实和中密的细、粉砂, 150kPa ? f k ? 300kPa 的粘性土和粉土 稍密的细、粉砂,100kPa ? f k ? 150kPa的粘性土和粉土,新近沉积的粘性土和粉土 淤泥,淤泥质土,松散的砂,填土 2.4.2地基土抗震承载力调整 地基抗震承载力调整原因 1)除十分软弱土之外,多数土在有限次的动载下,动 承载力比静承载力稍高。 2)考虑地震作用的偶然性、短暂性及工程经济等因素, 地基在地震作用下的可靠性应比静力作用下的可靠性 有所降低,即地基抗震承载力安全系数可比静载时降 低; ? 2.4.3天然地基抗震验算 采用“拟静力法” ——即假定地震作用如同静力荷载恒定作用在 地基基础上。 ? 规范规定:基础底面平均压力和边缘最大压力应 符合下式要求 ? p ? f aE pmax ? 1.2 f aE 式中 p----基础底面平均压力(kPa) pmax—基础底面边缘最大压力(kPa) faE---地基土抗震允许承载力 2.4.3天然地基抗震验算 注意事项: 1)高宽比大于4的高层建筑,基底不宜出现拉应力 2)其他建筑,基础底面与地基土之间零应力区面 积不应超过基底面积的15%。 ? 2.5地基液化 ? ? 2.5.1砂土液化机理及影响液化的因素 砂土液化机理 处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用 时将趋于密实,使空隙水压力急剧上升,而在地震作用的短暂时 间内,这种急剧上升的空隙水压力来不及消散,使原有土颗粒通 过接触点传递的压力减小,当有效压力完全消失时,土颗粒处于 悬浮状态之中。这时,土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体 的特性。这种现象称为液化。 2.5地基液化 液化的宏观标志是在地表出现喷水冒砂 ? 液化产生的震害 1)地面开裂、下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜。 2)地基不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏,使梁、 板等水平构件及节点破坏,使墙体开裂和建筑物体形 变化处开裂。 3)淹没农田,淤塞渠道,淘空路基;沿河岸出现裂缝、 滑移等 震害调查表明:在各种由于地基失效引起的震害中, 80%是因土体液化造成的 ? 2.5地基液化 ? ? ? ? 影响场地土液化的因素 土层的地质年代:地质年代越古老,土层的固结度、 密实度和结构性越 好,越不易液化; 第四纪晚更新世(Q3)以及以前的饱和土层未见发生 液化 土的组成:级配良好的砂土不易液化 细砂、粉砂渗透性低,较粗砂易液化 粉土的粘粒含量越高,越不易液化 土层的相对密度:土的密实程度越大,越不易液化 2.5地基液化 ? ? ? 土层的埋深:土的埋深越大, 有效覆盖层压力越大, 越不易液化 土层液化深度很少超过20m 地下水位的深度:地下水位越深,越不易液化 砂土:一般地下水位小于4m时易液化 粉土:7,8,9度时,地下水位小于1.5m,2.5m和6m易液化 地震烈度和地震持续时间:地震烈度越高,持续时间越 长,饱和砂土越易液化。 一般液化主要发生在烈度为7度及以上地区 2.5.2液化的判别 液化判别和处理的一般原则: 1)对存在饱和砂土和粉土的地基,除6度外,应进行液 化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理, 但对液化敏感的乙类建筑应按7度的要求进行判别和 处理。 2)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。 ? 2.5.2液化的判别 ? ? 液化判别的方法:“两步判别法” ——初步判别和标准贯入试验判别 1、初步判别 ——根据影响液化的因素 (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)粉土的粘粒(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 判为不液化土。 2.5.2液化的判别 (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。 du ? d0 ? db ? 2 dw ? d0 ? db ? 3 du ? dw ? 1.5d0 ? 2db ? 4.5 d u ---上覆非液化土层厚度(m),计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除; d b ---基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m; d w ---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; 2.5.2液化的判别 d 0 ---液化土特征深度(m),按下表采用 饱和土 类别 粉土 砂土 烈度 7 6m 7m 8 7m 8m 9 8m 9m 2.5.2液化的判别 穿心锤 2、标准贯入试验判别 —— 初判认为可能液化或需要 考虑液化影响时 钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公 斤穿心锤,落距为76cm,打击土层,打 入30cm所用的锤击数记作N63.5,称为标 贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr 比较来确定是否会液化。 锤垫 触探杆 贯入器头 出水孔 30 30 φ35 φ51 30 15 22 33 25 500 145 贯入器身 贯入器靴 图2.2标准贯入试验设备示意图 2.5.2液化的判别 判别标准 当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时,判为 液化,否则判为不液化。 N cr ? N 0 [0.9 ? 0.1(d s ? d w )] 3 / ?c N cr ? N 0 (2.4 ? 0.1d w ) 3 / ? c d w ---地下水位深度(m) d s ---饱和土标准贯入试验点深度(m) (d s ? 15m) (15 ? d s ? 20m) ?c ---粘粒含量百分率,当小于3或是砂土时,均应取3。 2.5.2液化的判别 N 0 ---液化判别标准贯入锤击数基准值,按下表采用。 设计地震分组 第一组 第二、三组 烈度 7 6(8) 8(10) 8 10(13) 12(15) 9 16 --- 括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15和0.3g的地区 2.5.3液化地基危害程度评价 液化地基危害程度的定量评价 ——液化指数IlE I lE ? ? i ?1 n Ni (1 ? )diWi N cri ---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数; N i , N cri ---分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界 值,当实测值大于临界值时取临界值的取值; n d i ---第i点所代表的土层厚度(m); 2.5.3液化地基危害程度评价 Wi ---第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系 w=10 w1 wi 一般,液化指数越大,场地喷水冒砂情 况和建筑物的液化就越严重 图 2.3 权函数图形 10m(15m) 15m(20m) 数 (m?1 ) 。若判别深度为15m,当该层中点深度不 大于5m时采用10,等于15m时应取零值,5—15m 时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m,当 该层中点深度不大于5m时采用10,等于20m时应 取零值,5—20m时应按线液化地基危害程度评价 ? 液化等级和相应震害情况见下表 液化等级 轻微 中等 严重 判别深度15m时的液化指标 判别深度20m时的液化指标 0 ? I lE ? 5 0 ? I lE ? 6 5 ? I lE ? 15 6 ? I lE ? 18 I lE ? 15 I lE ? 18 液化等级 地面喷水冒砂情况 地面无喷水冒砂,或仅在洼 地、诃边有零星的喷水冒砂点 喷水冒砂可能性大,从轻微到 严重均有,多数属中等 一般喷水冒砂都很严重,地面 变形很明显 对建筑物的危害情况 危害性小,一般不致引起明显的震害 危害性较大,可造成不均匀沉陷和开裂, 有时不均匀沉陷可达200mm 危害性大,不均匀沉陷可能大于200mm, 高重心结构可能产生不允许的倾斜 轻微 中等 严重 2.5.4地基抗液化措施 ? ? 根据建筑物的抗震设防类别和地基的液化等级,结合 具体情况综合确定 当液化土层较平坦且均匀时,宜按下表选用措施 地基的液化等级 中等 严重 建筑 类别 轻微 乙类 丙类 部分消除液化沉陷,或 全部消除液化沉陷,或部分消除液 全部消除液化沉陷 对地基和上部结构处理 化沉陷且对地基和上部结构处理 基础和上部结构处理, 基础和上部结构处理,或更高要求 全部消除液化沉陷,或部 分消除液化沉陷且对地基 亦可不采取措施 的措施 和上部结构处理 丁类 可不采取措施 可不采取措施 地基和上部结构处理,或 其它经济的措施 2.5.4地基抗液化措施 1、全部消除地基液化沉陷 1)采用桩基时,桩端深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,且对碎石土,砾、 粗、中砂,坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.5m,对其 他非岩石尚不应小于1.5m; 2)采用深基础时,基础底面埋入深度以下稳定土层中的深 度,不应小于0.5m; 3)采用加密法(如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯 等)加固时,应处理至液化深度下界,葡京手机版投注且处理后土层的标 准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值m; 2.5.4地基抗液化措施 4)挖除全部液化土层; 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。 2、部分消除液化地基沉陷 1)处理深度应使处理后的地基液化指数减少,当判别深 度为15m时,其值不宜大于4,当判别深度为20m时,其值 不宜大于5;对独立基础与条形基础,尚不应小于基础底 面下液化特征深度和基础宽度的较大值。 2.5.4地基抗液化措施 2)处理深度范围内,应挖除其液化土层或采用加密法加 固,使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应 的临界值。 3)基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时 的要求相同。 3、基础和上部结构处理 1)选择合适的基础埋置深度深度 2)调整基础底面积,减少基础偏心 2.5.4地基抗液化措施 3)加强基础的整体性和刚性,如采用箱基、筏基或钢筋混 凝土十字形基础,加设基础圈梁、基础梁系等; 4)减轻荷载,增强上部结构的整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; 5)管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。 本章重点 1.名词解释 发震断裂、场地、场地覆盖层厚度、砂土液化 2.场地土的类型和场地类别的划分 3.地基抗震承载力的确定 4.影响砂土液化的主要因素,如何影响 5.地基土液化的辨别

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