抗震第二章習(xí)題及解析

第二章場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)場(chǎng)地：建筑物的所在地，其在范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū)或自然村或不小于1km2的平面面積基礎(chǔ)：基礎(chǔ)就是在室外地面以下，承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載的那部分結(jié)構(gòu)

地基：在基礎(chǔ)以下的或天然，或人工的土層，承受基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)的荷載。2.1建筑場(chǎng)地2.2地基的抗震驗(yàn)算2.3液化地基判別和處理2.4樁基的抗震驗(yàn)算

主要內(nèi)容§2.1建筑場(chǎng)地場(chǎng)地：建筑場(chǎng)地是指建筑物的所在地，其在范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū)或自然村或不小于1km2的平面面積。

一、建筑地段的劃分表2-1有利、一般、不利和危險(xiǎn)地段的劃分在選擇建筑地段時(shí)，應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段，避開(kāi)不利地段，當(dāng)無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?，不?yīng)在危險(xiǎn)地段建造建筑物。

2、局部孤突地形的震害影響位于局部孤立突出地形（如山嘴、山丘、陡坡等）的建筑，其震害一般均較平地上同類建筑為重。選址時(shí)應(yīng)盡可能避開(kāi)2)影響斷裂帶錯(cuò)動(dòng)的因素：地震烈度，覆蓋土層厚度：8度大于60m、9度大于90m時(shí)可不考慮其影響。3)避讓：不滿足上述條件時(shí)，應(yīng)避開(kāi)發(fā)震地帶，避開(kāi)距離應(yīng)大于200～300m。1、發(fā)震斷裂帶的震害和避讓斷裂帶:垮落帶上方的巖層產(chǎn)生斷裂或裂縫，但仍保持其原有層狀的巖層帶1)震害：斷裂帶是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，在地震時(shí)可能產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)，使地面建筑物遭受較大的破壞。因此，對(duì)于這種危險(xiǎn)地段選擇建筑場(chǎng)地時(shí)應(yīng)予以避開(kāi)。

1．建筑場(chǎng)地對(duì)建筑物震害的影響軟弱地基上，自振周期長(zhǎng)的柔性結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，剛性結(jié)構(gòu)相應(yīng)表現(xiàn)較好；堅(jiān)硬地基上，柔性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好，而剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不一。如75年寧海、76年唐山地震。深厚覆蓋土層上建筑物的震害較重，而淺層土上建筑物的震害則相對(duì)要輕些。二、場(chǎng)地土的分類

地震時(shí)：地震波是由基巖傳到場(chǎng)地，再由場(chǎng)地傳到建筑物。場(chǎng)地對(duì)地震波具有放大和濾波作用。場(chǎng)地條件不同對(duì)地震波的放大和濾波作用就不同，建造在不同場(chǎng)地上的建筑物在同一次地震作用下的破壞作用也不一樣，這已被國(guó)內(nèi)外的震害資料所證明。但場(chǎng)地土的影響是明顯的。如1976年委內(nèi)瑞拉地震中，加拉加斯高層建筑破壞有明顯的區(qū)域性，主要集中在沖積層最厚的地方?！?.1建筑場(chǎng)地1、場(chǎng)地土的劃分《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)場(chǎng)地圖的剪切波速將建筑場(chǎng)地土分成4類，當(dāng)沒(méi)有剪切波速資料時(shí)也可以根據(jù)巖土的名稱和性狀來(lái)劃分

土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍（m/s）堅(jiān)硬土或巖石穩(wěn)定巖石，密實(shí)的碎石土中硬土中密、稍密的碎石土，密實(shí)、中密的礫、粗、中砂，

的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土中軟土稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細(xì)、粉砂,的粘性土和粉土,

的填土，可塑黃土

軟弱土淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土,的填土，流塑黃土表2-2土的類型劃分和剪切波速范圍§2.1建筑場(chǎng)地2、場(chǎng)地土覆蓋層厚度覆蓋層厚度是指從地面至地下基巖面的距離。場(chǎng)地土覆蓋層厚度越薄對(duì)地震短周期的放大作用就越大；相反，場(chǎng)地土覆蓋層厚度越厚對(duì)地震中長(zhǎng)周期分量的放大作用就越大。在工程設(shè)計(jì)中，一般不以實(shí)際基巖面計(jì)算場(chǎng)地土覆蓋層厚度。對(duì)于比較復(fù)雜的場(chǎng)地條件，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中按下列要求確定場(chǎng)地土覆蓋層厚度：1）一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面的距離確定；2）當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且其下臥巖土的剪切波速均不小于400m/s時(shí),可按地面至該土層頂面的距離確定；3）剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；4）土層中的火山巖硬夾層應(yīng)視為剛體其厚度，應(yīng)從覆蓋土層中扣除。注：為荷載試驗(yàn)等方法得到的地基承載力特征值（kPa）,為基巖剪切波速?！?.1建筑場(chǎng)地3、土層等效剪切波度場(chǎng)地土的組成是非常復(fù)雜的，對(duì)于成層場(chǎng)地土層可以用等效剪切波速反映各土層的綜合剛度，其值可根據(jù)地震波通過(guò)計(jì)算深度范圍內(nèi)各土層的總時(shí)間等于該波通過(guò)同一計(jì)算深度的單一折算土層所需要的時(shí)間求得。按照表層土的剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度兩個(gè)因素，將建筑場(chǎng)地分為Ⅰ～Ⅳ四種類別，見(jiàn)表2.2所示：4、建筑場(chǎng)地類型的劃分

15~80

3~15

3~500ⅣⅢⅡⅠ等效剪切波速（m/s）場(chǎng)地類型例2-1、已知某建筑場(chǎng)地的地址鉆探資料如表2-4所示。試計(jì)算土層的等效剪切波速，并判別土層性質(zhì)。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質(zhì)粘土13543.65.8砂24060.116.5淤泥質(zhì)粘土200632.9細(xì)砂31069.56.5礫石粗砂520表2-4場(chǎng)地的地質(zhì)鉆探資料

§2.1建筑場(chǎng)地例2-1、已知某建筑場(chǎng)地的地址鉆探資料如表2-4所示。試計(jì)算土層的等效剪切波速，并判別土層性質(zhì)。解：（1）確定計(jì)算深度由于計(jì)算深度，取覆蓋層厚度和20m二者的較小值，而該題覆蓋層厚度明顯遠(yuǎn)大于20m，所以計(jì)算深度d0取20m。（2）確定地面下20m表層土的場(chǎng)地土類型：因?yàn)榈刃Ъ羟胁ㄋ伲?，故表層土屬于中軟土?.1.3場(chǎng)地的類別例題2-2已知某建筑場(chǎng)地的鉆孔地質(zhì)資料如表2-5所示，試確定該場(chǎng)地的類別

因?yàn)榈乇硐?.5m以下土層的=520m/s>500m/s,故=7.5m(1)確定覆蓋層厚度[解](2)計(jì)算等效剪切波速，按式（2-1）有

查表得，235.4位于250～500m/s之間，且故屬于Ⅱ類場(chǎng)地>5m,二、可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算的天然地基1.為了簡(jiǎn)化和減少抗震設(shè)計(jì)的工作量，抗震規(guī)范規(guī)定部分建筑物可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算：(1)砌體房屋；(2)地基主要受力范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑：

一般單層廠房、單層空曠房屋；不超過(guò)8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋；基礎(chǔ)荷載與上述一般民用框架房屋相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房；(3)抗震規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。2.2地基的抗震驗(yàn)算一、天然地基破壞極少軟弱粘性土層指7度、8度和9度時(shí)，地基承載力特征值分別小于80、100和120kPa的土層。

三、天然地基抗震驗(yàn)算天然地基抗震驗(yàn)算時(shí)，地基土的抗震承載力按下式計(jì)算：

——調(diào)整后的地基土抗震承載力；——地基土抗震調(diào)整系數(shù)，按下表采用；——深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用巖土名稱和性狀巖石，密實(shí)的碎石土，密實(shí)的礫，粗、中砂，≥300kpa的粘性土和粉土

1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實(shí)和中密的細(xì)、粉砂，150kpa≤<300kpa的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土

1.3稍密的細(xì)、粉砂，100kpa≤<150kpa的粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土，可塑黃土

1.1淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土

1.0地基抗震承載力在靜力設(shè)計(jì)承載力基礎(chǔ)上調(diào)整。調(diào)整的出發(fā)點(diǎn)：1）地震是偶發(fā)事件，地基抗震承載力安全系數(shù)可比靜載時(shí)降低；2）多數(shù)土在有限次的動(dòng)載下，強(qiáng)度較靜載下稍高。四、天然地基的抗震承載力驗(yàn)算

步驟：1.根據(jù)靜力設(shè)計(jì)的要求確定基礎(chǔ)尺寸對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)度和沉降量的核算2.地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算：（荷載組合；基礎(chǔ)底面的壓力取為直線分布）基礎(chǔ)底面地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的平均壓力值基礎(chǔ)邊緣地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的最大壓力值

五、天然地基的抗震承載力驗(yàn)算

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定對(duì)于高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力；其他建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面面積的15%。對(duì)于矩形底面積除，則有

2.3液化地基判別和處理一.場(chǎng)地土的液化現(xiàn)象與震害

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)將趨于密實(shí)，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時(shí)間內(nèi)，這種急劇上升的空隙水壓力來(lái)不及消散，使有效壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時(shí)，土體完全失去抗剪強(qiáng)度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。

唐山地震時(shí)，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達(dá)8米，廠房沉降可達(dá)1米。天津地震時(shí)，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個(gè)噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達(dá)5立方米。有時(shí)地面運(yùn)動(dòng)停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒(méi)農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。液化的震害：

1.地面開(kāi)裂下沉使建筑物產(chǎn)生過(guò)渡下沉或整體傾斜；

2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)破壞，使墻體開(kāi)裂和建筑物體形變化處開(kāi)裂；

3.室內(nèi)地坪上鼓、開(kāi)裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。影響場(chǎng)地土液化的主要因素：(1)土層的地質(zhì)年代和組成：地質(zhì)年代越古老，其基本性能越穩(wěn)定，越不易液化；細(xì)砂較粗砂易液化等；(2)土的相對(duì)密度：相對(duì)密實(shí)程度較小的松砂由于其天然孔隙比一般較大，故相對(duì)密實(shí)程度較小的砂土容易液化；(3)土層的埋深和地下水位深度：沙土層的埋深越大，地下水為越深，其飽和砂土層上的有效覆蓋壓力也越都大，就越不容易液化；(4)地震烈度和持續(xù)時(shí)間：地震烈度越高，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，飽和砂土越易液化。二.液化判別與危害程度估計(jì)

1、液化判別和處理的一般原則：

1）對(duì)存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別。對(duì)6度區(qū)一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對(duì)液化敏感的乙類建筑可按7度的要求進(jìn)行判別和處理。7－9度時(shí)，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求進(jìn)行判別和處理！

2）存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級(jí)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。2、液化判別和危害性估計(jì)方法

對(duì)一般工程項(xiàng)目，砂土或粉土液化判別及危害程度估計(jì)可按以下步驟進(jìn)行：1）初判

以地質(zhì)年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件。（1）地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及以前時(shí)，7、8度可判為不液化；（2）當(dāng)粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在7、8和9度時(shí)分別大于10、13和16可判為不液化；（3）采用天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時(shí)，可不考慮液化影響?！叵滤簧疃龋╩），按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用

——液化土特征深度，按右表采用——上覆非液化土層厚度（m），計(jì)算時(shí)應(yīng)注意將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除——基礎(chǔ)埋置深度（m），小于2m時(shí)應(yīng)采用2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上面判別式（db=2)亦可用右圖表示：db>2時(shí)，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。例1圖示為某場(chǎng)地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m其下為砂土，地下水位深度為dw=6.5m.基礎(chǔ)埋深db=1.5m,該場(chǎng)地為8度區(qū)。確定是否考慮液。解：該場(chǎng)地為8度區(qū)，土的類型為砂土，查液化土特征深度2-7表知。d0=8m,du=5.5m,dw=6.5m,db=1.5m<2m,取db=2m.9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別所以不需要考慮液化影響。2）細(xì)判采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別

鉆孔至試驗(yàn)土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標(biāo)貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來(lái)確定是否會(huì)液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，應(yīng)按表2-8采用

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)；

——粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3。當(dāng)飽和砂土、粉土的初步判別認(rèn)為需進(jìn)一步進(jìn)行液化判別時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法判別地面下20m范圍內(nèi)土的液化；但對(duì)本規(guī)范第4.2.1條規(guī)定可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的各類建筑，可只判別地面下15m范圍內(nèi)土的液化。當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(未經(jīng)桿長(zhǎng)修正)小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土。當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，尚可采用其他判別方法。在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算：——調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值從上式可以