建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计Seismic design of buildingsSeismic design of buildings主讲：张美霞主讲：张美霞中国地质大学武汉工程学院土木系中国地质大学武汉工程学院土木系第第2 2章章 场地、地基与根底场地、地基与根底2.1 2.1 场地场地 重点掌握重点掌握2.2 2.2 天然地基与根底的抗震验算天然地基与根底的抗震验算 重点掌握重点掌握2.3 2.3 液化土与软土地基液化土与软土地基 重点掌握重点掌握2.4 2.4 桩基的抗震设计了解内容桩基的抗震设计了解内容2.1 2.1 场地场地几个不能混淆的概念：几个不能混淆的概念：km2 km2 的平面面积。的平面面积。场地土场地土指场地范围内的地基土。指场地范围内的地基土。 地地 基基建筑根底下受力范围内的土层。建筑根底下受力范围内的土层。 屡次震害调查发现，同一烈度区，不同场地上的建屡次震害调查发现，同一烈度区，不同场地上的建筑的震害不同，工程地质条件对地震破坏的影响很大。常筑的震害不同，工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾重灾 。 为了合理地选择建筑场地和合理估计场地的动力放大为了合理地选择建筑场地和合理估计场地的动力放大效应以到达经济和平安的目的，必须对场地所在地段的抗效应以到达经济和平安的目的，必须对场地所在地段的抗震危险性及场地类别进行划分。震危险性及场地类别进行划分。2.1 2.1 场地场地续续地段划分地段划分 ? ?抗震标准抗震标准? ?按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震有利、不利和危险的地段。划分为对建筑抗震有利、不利和危险的地段。地段选择地段选择1.1.选择有利地段；选择有利地段；2.2.宜尽量避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震宜尽量避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；措施；3.3.不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。 地段类别地段类别 地质、地形、地貌地质、地形、地貌有利地段有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段不利地段软弱土，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）等河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段危险地段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发生地表错位的部位2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度1 1、场地土的类型、场地土的类型根根据据震震害害调调查查，即即使使在在同同一一烈烈度度区区内内，由由于于场场地地土土质质条条件件的的不不同同，建建筑筑物物的的震震害害也也有有很很大大差差异异。在在软软弱弱的的地地基基上上，柔柔性性结结构构长长周周期期破破坏坏较较重重，刚刚性性好好的的表表现现较较好好；在在坚坚硬硬的的地地基基上上，柔柔性性结结构构表表现现较较好好，而而刚刚性性结结构构表表现现不不一一。在在坚坚硬硬的的地地基基上上，一一般般是是结结构构破破坏坏，在软弱的地基上有结构破坏，也有地基破坏。在软弱的地基上有结构破坏，也有地基破坏。多多层层土土时时，如如夹夹有有硬硬土土层层，使使土土层层自自振振周周期期缩缩短短，刚刚性性建筑震害重；如夹有软土层，那么相反。建筑震害重；如夹有软土层，那么相反。2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续场场地地土土类类型型：为为确确定定场场地地类类别别而而对对场场地地土土刚刚度度所所作作的的类类型型划划分分。主主要要研研究究地地面面以以下下20m20m且且不不超超过过场场地地覆覆盖盖层层厚厚度以内的各层土。度以内的各层土。场场地地土土对对建建筑筑物物震震害害的的影影响响，主主要要与与场场地地土土的的坚坚硬硬程程度度和土层的组成有关，而对于场地土类型的划分，那么或。和土层的组成有关，而对于场地土类型的划分，那么或。两种划分方法：两种划分方法：根根本本划划分分法法定定量量指指标标，根根据据常常规规勘勘探探资资料料按按其其等等效剪切波速划分；效剪切波速划分；综综合合划划分分法法定定性性指指标标，参参照照一一般般岩岩土土状状态态描描述述来来分类。分类。2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续土层的等效剪切波速：土层的等效剪切波速：-土层的等效剪切波速；土层的等效剪切波速；-计算深度计算深度m)m)，取覆盖层厚度和，取覆盖层厚度和20m20m二者的较小值；二者的较小值；-剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；-计算深度范围内第计算深度范围内第i i土层的厚度土层的厚度(m)(m)；-计算深度范围内第计算深度范围内第i i土层的剪切波速土层的剪切波速(m/s)(m/s)；-计算深度范围内土层的分层数。计算深度范围内土层的分层数。根本划分法根本划分法: :2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续综合划分法综合划分法使用范围：使用范围： 对丁类建筑及层数不超过对丁类建筑及层数不超过1010层和高度在层和高度在30m30m以下的丙类建以下的丙类建筑，当无实测剪切波速资料时，可根据岩土名称和性状按下表筑，当无实测剪切波速资料时，可根据岩土名称和性状按下表规定划分土的类别。规定划分土的类别。淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土， 的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,的粘性土和粉土, 的填土，可塑黄土, 中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s) 岩土名称和性状土的类型-地基土静承载力标准值地基土静承载力标准值 土的类别划分和剪切波速范围土的类别划分和剪切波速范围2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续划分步骤：划分步骤：1由各层土的名称和性状，并根据经验，在表中的范由各层土的名称和性状，并根据经验，在表中的范围内估计各层土的剪切波速，如取中间值：围内估计各层土的剪切波速，如取中间值：中硬土：中硬土：375 m/s中软土：中软土：200 m/s软弱土：软弱土：100 m/s2计算等效剪切波速。计算等效剪切波速。3按等效剪切波速再查表确定土类型。按等效剪切波速再查表确定土类型。2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续、场地覆盖层厚度、场地覆盖层厚度覆盖层厚度：是指从地表到地下基岩面的垂直距离，也就覆盖层厚度：是指从地表到地下基岩面的垂直距离，也就是基岩的埋深。是基岩的埋深。覆盖层厚度的大小直接影响地面反响谱的周期及强度。当覆盖层厚度的大小直接影响地面反响谱的周期及强度。当基岩埋深小时，对地面运动中的短周期分量有明显放大基岩埋深小时，对地面运动中的短周期分量有明显放大作用；相反，基岩埋深大时，能使地面运动中的长周期作用；相反，基岩埋深大时，能使地面运动中的长周期分量有所加强。分量有所加强。震害随场地覆盖层厚度的增加而加重。震害随场地覆盖层厚度的增加而加重。2.1.1 2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度续续我国标准取值规定：我国标准取值规定：一般情况下，地面到剪切波速大于一般情况下，地面到剪切波速大于500m/s的坚硬土层顶面的坚硬土层顶面的距离为场地覆盖层厚度。的距离为场地覆盖层厚度。 当地面当地面5mm/s时，也可取地面至该土层顶面的距离作为覆时，也可取地面至该土层顶面的距离作为覆盖层厚度。盖层厚度。土层中夹有剪切波速大于土层中夹有剪切波速大于500m/s的孤石等，应视同周围土的孤石等，应视同周围土层。层。 土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆盖层厚土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆盖层厚度中扣除。度中扣除。2.1.22.1.2场地类别场地类别建筑场地类别是场地条件的根本表征，地震效应与场地建筑场地类别是场地条件的根本表征，地震效应与场地有关，为了进行抗震设计，有必要对场地进行分类，以有关，为了进行抗震设计，有必要对场地进行分类，以便区别对待。便区别对待。? ?抗震标准抗震标准? ?指出：建筑场地类别应根据土层等效剪切波指出：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为速和场地覆盖层厚度划分为4 4类类( (见下表见下表) )。各类建筑场地的覆盖层厚度各类建筑场地的覆盖层厚度 80 315 3050 0 等效剪切波速等效剪切波速（m/s）场场 地地 类类 型型例题例题例：某建筑场地的钻孔土层例：某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。筑场地的类别。层底深度层底深度(m)土层厚度土层厚度(m)土的名称土的名称剪切波速剪切波速m/s9.59.5砂砂17037.828.3淤泥质粘土淤泥质粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥质粘土淤泥质粘土200632.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520解：解：1 1确定地面下确定地面下20m20m表表层土的场地土类型：层土的场地土类型：查表：属于中软土查表：属于中软土2 2确定覆盖层厚度确定覆盖层厚度3 3查表确定建筑场地类别属于查表确定建筑场地类别属于类场地类场地2.2 2.2 天然地基与根底的抗震验算天然地基与根底的抗震验算天然地基的震害特点：天然地基的震害特点：1 1一般情况下，地基具有较好的抗震能力，震害较少。一般情况下，地基具有较好的抗震能力，震害较少。一般天然地基在静力作用下具有相当大的平安储藏，地基一般天然地基在静力作用下具有相当大的平安储藏，地基承载能力在长期自重作用下有所提高；承载能力在长期自重作用下有所提高；地震时，荷载增大，但短时效应使其承载能力也有提高。地震时，荷载增大，但短时效应使其承载能力也有提高。2 2不同根底类型，震害差异明显。不同根底类型，震害差异明显。桩基比筏基好，深基比浅基好，条基比独基好桩基比筏基好，深基比浅基好，条基比独基好3 3但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土，在地中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土，在地震中也会发生震陷。还有较严重的是地基的液化。震中也会发生震陷。还有较严重的是地基的液化。地基一旦发生破坏，震后的修复加固就相当困难，有时甚地基一旦发生破坏，震后的修复加固就相当困难，有时甚至是不可能的，所以也应对地基的震害现象进行深入分至是不可能的，所以也应对地基的震害现象进行深入分析，并在设计时采取相应的抗震措施。析，并在设计时采取相应的抗震措施。 2.2.1 2.2.1 不进行天然地基及根底抗震验算的建筑不进行天然地基及根底抗震验算的建筑我国抗震设计标准对量大面广的一般地基和根底不作抗我国抗震设计标准对量大面广的一般地基和根底不作抗震验算，对容易产生地基根底震害的液化地基，软土地震验算，对容易产生地基根底震害的液化地基，软土地基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以防止或基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以防止或减轻震害。减轻震害。可不进行地基根底抗震验算的范围可不进行地基根底抗震验算的范围1 1砌体房屋。砌体房屋。 2 2地基主要受力范围内不存在软弱粘土层的一般单地基主要受力范围内不存在软弱粘土层的一般单层厂房、单层空旷房屋和层厂房、单层空旷房屋和8 8度、高度度、高度25m25m以下的一般民用以下的一般民用框架房屋及与其根底荷载相当的多层框架厂房，其中软框架房屋及与其根底荷载相当的多层框架厂房，其中软弱粘土层主要指弱粘土层主要指7 7度、度、8 8度和度和9 9度时，地基土静承载力特度时，地基土静承载力特征值分别小于征值分别小于80 kPa80 kPa、100 kPa100 kPa和和120 kPa120 kPa的土层。的土层。 3 3可不进行上部结构抗震验算的建筑。可不进行上部结构抗震验算的建筑。2.2.2 2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震天然地基在地震作用下的抗震承载力验算承载力验算1 1、地基土抗震承载力、地基土抗震承载力 地震作用是附加于原有静荷载上的一种动力作用，其性质地震作用是附加于原有静荷载上的一种动力作用，其性质属于不规那么的低频属于不规那么的低频(1(15Hz)5Hz)有限次数有限次数(10(104040次次) )的脉的脉冲作用，作用时间很短，所以只能使土层产生弹性变形冲作用，作用时间很短，所以只能使土层产生弹性变形而来不及发生永久变形，其结果是地震作用产生的地基而来不及发生永久变形，其结果是地震作用产生的地基变形要比相同条件静荷载产生的地基变形小得多。因此，变形要比相同条件静荷载产生的地基变形小得多。因此，从地基变形的角度来说，有地震作用时地基土的抗震承从地基变形的角度来说，有地震作用时地基土的抗震承载力应比地基土的静承载力大，即一般土的动承载力都载力应比地基土的静承载力大，即一般土的动承载力都要比其静承载力高。要比其静承载力高。另外，考虑到地震作用的偶然性和短暂性以及工程结构的另外，考虑到地震作用的偶然性和短暂性以及工程结构的经济性，地基在地震作用下的可靠性可以比静力荷载下经济性，地基在地震作用下的可靠性可以比静力荷载下的适当降低，故在确定地基土的抗震承载力时，其取值的适当降低，故在确定地基土的抗震承载力时，其取值应比地基土的静承载力有所提高。应比地基土的静承载力有所提高。2.2.2 2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震天然地基在地震作用下的抗震承载力验算承载力验算我国我国? ?标准标准? ?采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作采用地基土静承载力乘以调整系数后的值作为抗震承载力设计值：为抗震承载力设计值：faEaE-调整后的地基抗震承载力设计值；调整后的地基抗震承载力设计值； - -地基抗震承载力调整系数，在地基抗震承载力调整系数，在1.01.51.01.5之间；之间；fa a - -深宽修正后的地基静承载力特征值，按建筑地基基深宽修正后的地基静承载力特征值，按建筑地基基础设计规范础设计规范GB50007GB50007采用。采用。 除了十分除了十分软弱土弱土层以外，国内外以外，国内外对地基土抗震承地基土抗震承载力取力取值都比其静承都比其静承载力有所提高力有所提高2.2.2 2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震天然地基在地震作用下的抗震承载力验算承载力验算续续2、地震作用下天然地基的抗震验算、地震作用下天然地基的抗震验算 天然地基抗震验算一般是采用拟静力法，即等效静力法，天然地基抗震验算一般是采用拟静力法，即等效静力法，即先求出地震作用的等效静力数值，然后按静力设计计即先求出地震作用的等效静力数值，然后按静力设计计算的方法来验算地基的强度和稳定性。算的方法来验算地基的强度和稳定性。 验算内容验算内容竖向承载力验算通常认为：根底抗水平地竖向承载力验算通常认为：根底抗水平地震作用能力足够震作用能力足够在对地震区的建筑物进行天然地基的抗震承载力验算时，在对地震区的建筑物进行天然地基的抗震承载力验算时，作用于建筑物上的各类荷载在与地震作用组合后，可认作用于建筑物上的各类荷载在与地震作用组合后，可认为其在根底底面所产生的压力是直线分布的，根底底面为其在根底底面所产生的压力是直线分布的，根底底面的平均压力和边缘最大压力应符合以下各式要求：的平均压力和边缘最大压力应符合以下各式要求： 2.2.2 2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震天然地基在地震作用下的抗震承载力验算承载力验算续续 标准规定：根底底面平均压力和边缘最大压力应符合标准规定：根底底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求：下式要求：高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑，在地震作用下根底底面不宜出的高层建筑，在地震作用下根底底面不宜出现拉应力；现拉应力；其它建筑，根底底面与地基土之间零应力区面积不应超过其它建筑，根底底面与地基土之间零应力区面积不应超过根底底面面积的根底底面面积的15%15%。式中式中p-基础底面平均压力（基础底面平均压力（kPa)kPa)pmaxmax基基础底面边缘最大压力础底面边缘最大压力(kPa)(kPa)faEaE-地基土抗震允许承载力地基土抗震允许承载力2.3 2.3 液化土与软土地基液化土与软土地基 1 1、液化的定义：处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的、液化的定义：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，使孔隙水压力土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使孔隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传的孔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。于液体的特性。这种现象称为液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。2.3.1 2.3.1 地基土的液化地基土的液化续续2、液化震害、液化震害引起地面喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；引起地面喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏；地基不均匀沉降、地裂滑坡等等。地基不均匀沉降、地裂滑坡等等。液化使建筑物产生以下震害：液化使建筑物产生以下震害： 1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 2.不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等 水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体 形变化处开裂；形变化处开裂； 3.室内地坪上鼓、开裂，设备根底上浮或下沉。室内地坪上鼓、开裂，设备根底上浮或下沉。2.3.1 2.3.1 地基土的液化地基土的液化续续3 3、液化的影响因素、液化的影响因素1 1土层的地质年代和组成土层的地质年代和组成 土的地质年代越古老，其根本性能越稳定。土的地质年代越古老，其根本性能越稳定。 2 2土层的相对密度土层的相对密度 密实程度小那么空隙比大，容易液化。密实程度小那么空隙比大，容易液化。 3 3土的组成与性状土的组成与性状 细砂与粗砂比较，由于细砂的透水性较差，地震时容细砂与粗砂比较，由于细砂的透水性较差，地震时容易产生空隙水的超压作用，故细砂比粗砂容易液化。土易产生空隙水的超压作用，故细砂比粗砂容易液化。土的粘性颗粒含量越高，那么越不易液化。的粘性颗粒含量越高，那么越不易液化。4 4土层的埋深和地下水位的深度土层的埋深和地下水位的深度 砂土层的埋深越大，地下水位越深，其饱和砂土层上砂土层的埋深越大，地下水位越深，其饱和砂土层上的有效覆盖层压力越大，那么砂土层越不容易发生液化。的有效覆盖层压力越大，那么砂土层越不容易发生液化。5 5地震烈度和地震持续时间地震烈度和地震持续时间 地震烈度越高，地震持续时间越长，饱和的砂土越容易地震烈度越高，地震持续时间越长，饱和的砂土越容易液化。液化。2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别 当建筑物的地基有饱和砂土或饱和粉土时，应经过勘察当建筑物的地基有饱和砂土或饱和粉土时，应经过勘察试验预测其在未来地震时是否会出现液化，并确定是否试验预测其在未来地震时是否会出现液化，并确定是否需要采取相应的抗液化措施。需要采取相应的抗液化措施。? ?抗震标准抗震标准? ?规定，当根本烈度为规定，当根本烈度为6 6度时，一般情况下可度时，一般情况下可不考虑对饱和砂土的液化判别和地基处理，但对液化沉不考虑对饱和砂土的液化判别和地基处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑，即由地基液化引起的沉陷可导致结陷敏感的乙类建筑，即由地基液化引起的沉陷可导致结构破坏或使结构不能正常使用的，均应按构破坏或使结构不能正常使用的，均应按7 7度考虑；当度考虑；当根本烈度为根本烈度为7 79 9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。度的要求进行判别和处理。为了减少判别场地土液化的勘察工作量，饱和砂土液化为了减少判别场地土液化的勘察工作量，饱和砂土液化的判别可分两步进行，即初步判别和标准贯入试验判别。的判别可分两步进行，即初步判别和标准贯入试验判别。凡经初步判别定为不液化或不考虑液化影响的场地土，凡经初步判别定为不液化或不考虑液化影响的场地土，原那么上可不进行标准贯入试验的判别。原那么上可不进行标准贯入试验的判别。2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续1 1、初步判别、初步判别? ?抗震标准抗震标准? ?规定，对于饱和的砂土或粉土不含黄土，规定，对于饱和的砂土或粉土不含黄土，当符合以下条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑当符合以下条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响的场地土：液化影响的场地土：1 1地质年代为第四纪晚更新世地质年代为第四纪晚更新世(Q3)(Q3)及其以前时，冲洪及其以前时，冲洪积形成的密实饱和砂土或粉土积形成的密实饱和砂土或粉土( (不含黄土不含黄土) )，7 79 9 度时度时可判为不液化土；可判为不液化土；mmmm的颗粒的颗粒) )含量百分率含量百分率 ( () )在在7 7度、度、8 8度和度和9 9度分别不小于度分别不小于l0l0、l3 l3 和和1616时，时，可判为不液化土。可判为不液化土。2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续3 3天天然然地地基基的的建建筑筑，当当上上覆覆非非液液化化土土层层厚厚度度和和地地下下水水位深度符合以下条件之一时，可不考虑液化影响：位深度符合以下条件之一时，可不考虑液化影响：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别-上覆非液化土层厚度（上覆非液化土层厚度（m)m)，计算时宜将淤泥和淤泥，计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除；质土层扣除；-基础埋置深度基础埋置深度(m),(m),不超过不超过2m2m时采用时采用2m2m；-地下水位深度（地下水位深度（m)m)，宜按建筑使用期内年平均最，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；高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；-液化土特征深度（液化土特征深度（m)m)， 按右表采用。按右表采用。2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续查液化土特征深度表：查液化土特征深度表：例例 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度dudu其下为砂土，地下水位深度为其下为砂土，地下水位深度为dw=6m.dw=6m.根底埋深根底埋深db=2m,db=2m,该场地该场地为为8 8度区。确定是否考虑液化度区。确定是否考虑液化影响。影响。解：按判别式确定解：按判别式确定故需要考虑液化影响。故需要考虑液化影响。d dw=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2m=2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续2、 标准贯入试验判别标准贯入试验判别当初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯当初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验方法进行场地土的液化判别。入试验方法进行场地土的液化判别。标准贯入试验设备由标准贯入器、触探杆和重标准贯入试验设备由标准贯入器、触探杆和重kg的穿心锤的穿心锤3局部组成。局部组成。标贯试验过程为：标贯试验过程为：第一步：用钻具钻孔至试验土层标高以上第一步：用钻具钻孔至试验土层标高以上15cm处。处。第二步：将标准贯入器打至标高位置。第二步：将标准贯入器打至标高位置。第三步：以第三步：以76cm的落距，用穿心锤打入的落距，用穿心锤打入土层土层30cm，记录所用的锤击数为，记录所用的锤击数为N称为标贯击数。称为标贯击数。贯入试验须判别地面下贯入试验须判别地面下l5m深度范围内的液化，深度范围内的液化，当采用桩基或埋深大于当采用桩基或埋深大于5m的深根底时，尚应判的深根底时，尚应判别别l5 20m范围内土的液化。范围内土的液化。 2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续标准规定：当饱和可液化土的标准贯入锤击数小于标标准规定：当饱和可液化土的标准贯入锤击数小于标准贯入锤击数临界值准贯入锤击数临界值NcrNcr值时，判为液化；否那么判为不液值时，判为液化；否那么判为不液化。化。-地下水位深度地下水位深度m)m)-饱和土标准贯入试验点深度饱和土标准贯入试验点深度m)m)-液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。-粘粒含量百分率，当小于粘粒含量百分率，当小于3 3或是砂土时，均应取或是砂土时，均应取3 3。g g的地区的地区 12(15)18 8（10)第二、三组 16 10(13) 6（8） 第一组 9 8 7设计地震分组设计地震分组烈度烈度2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续引入物理意义：引入物理意义： 使公式同时适用于饱和砂土和粉土的判别。使公式同时适用于饱和砂土和粉土的判别。 常数常数3表示表示 c(%) = 3是砂土与粉土的分界线。当是砂土与粉土的分界线。当 c(%) 3时取时取 c(%) = 3，那么上述公式退回到砂土液化的判别公式。，那么上述公式退回到砂土液化的判别公式。 随着土中粘粒含量的增加，土层的相应标准贯入锤击数临随着土中粘粒含量的增加，土层的相应标准贯入锤击数临界值将减小，土层越不易液化，这就反映了粉土的液化趋界值将减小，土层越不易液化，这就反映了粉土的液化趋势。势。2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续3、液化指数与液化等级、液化指数与液化等级为了鉴别场地土液化危害的严重程度，为了鉴别场地土液化危害的严重程度，?抗震标准抗震标准?给出了给出了液化指数的概念，采用土层柱状液化等级判定。液化指数的概念，采用土层柱状液化等级判定。判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；分别为分别为i i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，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等于临界值；当实测值大于临界值时取等于临界值；第第i i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数层考虑单位土层厚度的层位影响权系数 。假设判别深度为假设判别深度为15m15m，当该层中点深度不大于，当该层中点深度不大于5m5m时采用时采用1010，等于，等于15m15m时应取零值时应取零值,5,515m15m时应按线性内插值法取时应按线性内插值法取值；假设判别深度为值；假设判别深度为20m20m，当该层中点深度不大于，当该层中点深度不大于5m5m时时采用采用1010，等于，等于20m20m时应取零值，时应取零值，520m520m时应按线性内插时应按线性内插值法取值。值法取值。第第i i点所代表的土层厚度点所代表的土层厚度m)m)；2.3.2 2.3.2 液化的判别液化的判别续续判别深度判别深度20m时的液化指标时的液化指标判别深度判别深度15m时的液化指标时的液化指标 严重严重 中等中等 轻微轻微 液化等级液化等级液化等级与相应的震害液化等级与相应的震害液化等级液化等级 地面喷水冒砂情况地面喷水冒砂情况 对建筑物的危害情况对建筑物的危害情况轻微轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、河边有地面无喷水冒砂，或仅在洼地、河边有零星的喷水冒砂点零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引起明显的震害危害性小，一般不致引起明显的震害中等中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达沉陷可达200mm严重严重一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显显危害性大，不均匀沉陷可能大于危害性大，不均匀沉陷可能大于200mm，高重心结，高重心结构可能产生不允许的倾斜构可能产生不允许的倾斜液化指数的物理意义：液化指数的物理意义： 液化土层愈厚、埋藏愈浅，实测标贯锤击数与临界锤液化土层愈厚、埋藏愈浅，实测标贯锤击数与临界锤击数相差愈多，那么液化指数愈大，液化就愈严重，危害击数相差愈多，那么液化指数愈大，液化就愈严重，危害性就愈大。性就愈大。由液化指数，按下表确定液化等级由液化指数，按下表确定液化等级2.3.32.3.3可液化地基的抗震措施可液化地基的抗震措施 为了保障建筑物的平安，应根据建筑的抗震设防类别和为了保障建筑物的平安，应根据建筑的抗震设防类别和地基的液化等级，结合具体的工程情况综合考虑，并选地基的液化等级，结合具体的工程情况综合考虑，并选择恰当的抗液化措施。择恰当的抗液化措施。 当液化土层较平坦且均匀时，可按下表选用合理的抗液当液化土层较平坦且均匀时，可按下表选用合理的抗液化措施。同时也可考虑上部结构重力荷载对液化危害的化措施。同时也可考虑上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。地基和上部结构处理，或其它经地基和上部结构处理，或其它经济的措施济的措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施丁类丁类全部消除液化沉陷，或部分消除全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处液化沉陷且对地基和上部结构处理理基础和上部结构处理，或更高要求的措基础和上部结构处理，或更高要求的措施施基础和上部结构处理，亦可基础和上部结构处理，亦可不采取措施不采取措施丙类丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对地部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理基和上部结构处理乙类乙类严重严重中等中等轻微轻微地基的液化等级地基的液化等级建筑建筑类别类别甲类建筑：要特殊考虑，但不得低于乙类甲类建筑：要特殊考虑，但不得低于乙类2.3.32.3.3可液化地基的抗震措施可液化地基的抗震措施续续、全部消除地基液化沉陷的措施应符合：、全部消除地基液化沉陷的措施应符合： m，m；2m； 3采用加密法如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等采用加密法如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标加固时，应处理至液化深度下界，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；准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值；4挖除全部液化土层；挖除全部液化土层；5采用加密法或换土法处理时，在根底边缘以外的处理采用加密法或换土法处理时，在根底边缘以外的处理宽度，应超过根底底面下处理深度的宽度，应超过根底底面下处理深度的1/2且不小于根底宽且不小于根底宽度的度的1/5。2.3.32.3.3可液化地基的抗震措施可液化地基的抗震措施续续2 2、局部消除地基液化沉陷的措施应符合：、局部消除地基液化沉陷的措施应符合：1 1处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为度为15m15m时，其值不宜大于时，其值不宜大于4 4，当判别深度为，当判别深度为20m20m时，其时，其值不宜大于值不宜大于5 5；对独立根底与条形根底，尚不应小于根；对独立根底与条形根底，尚不应小于根底底面下液化特征深度和根底宽度的较大值。底底面下液化特征深度和根底宽度的较大值。2 2处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加处理深度范围内，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。的临界值。 3 3根底边缘以外的处理宽度与全部去除地基液化沉陷时根底边缘以外的处理宽度与全部去除地基液化沉陷时的要求相同。的要求相同。2.3.32.3.3可液化地基的抗震措施可液化地基的抗震措施续续3.3.减轻液化影响的根底和上部结构处理，可综合考虑采用减轻液化影响的根底和上部结构处理，可综合考虑采用以下措施：以下措施： 1) 1)选择适宜的根底埋置深度；选择适宜的根底埋置深度； 2) 2)调整根底底面积，减少根底偏心；调整根底底面积，减少根底偏心； 3) 3)加强根底的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋加强根底的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形根底，加设根底圈梁、根底梁系等；混凝土十字形根底，加设根底圈梁、根底梁系等； 4) 4)减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，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，防止采用对不均匀沉降敏感的结构形合理设置沉降缝，防止采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；式等； 5) 5)管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。2.4. 2.4. 桩基的抗震设计桩基的抗震设计可不进行桩基抗震验算的建筑可不进行桩基抗震验算的建筑全部消除地基液化沉陷的有效措施之一是采用桩基，全部消除地基液化沉陷的有效措施之一是采用桩基，因此，桩基的抗震设计也是建筑抗震设计的重要内容。因此，桩基的抗震设计也是建筑抗震设计的重要内容。可不进行桩基抗震验算的建筑范围：可不进行桩基抗震验算的建筑范围：? ?抗震标准抗震标准? ?规定：对于承受竖向荷载为主的低承台桩基，规定：对于承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土地基土静承载力特征值不大于地基土静承载力特征值不大于100kPa100kPa的填土时，以下建的填土时，以下建筑可以不进行桩基抗震承载力验算。筑可以不进行桩基抗震承载力验算。 1 1砌体房屋和可不进行上部结构抗震验算的建筑。砌体房屋和可不进行上部结构抗震验算的建筑。 2 27 7度和度和8 8度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和8 8度、度、高度高度25m25m以下的一般民用框架房屋及与其根底荷载相当以下的一般民用框架房屋及与其根底荷载相当的多层框架厂房。的多层框架厂房。2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计 对于不符合上述条件的桩基，除了应满足对于不符合上述条件的桩基，除了应满足? ?建筑地建筑地基根底设计标准基根底设计标准? ?规定的设计要求外，还应进行桩基的抗规定的设计要求外，还应进行桩基的抗震验算。验算时应根据场地土的组成情况，将其分为非液震验算。验算时应根据场地土的组成情况，将其分为非液化土中的低承台桩基和存在液化土层的低承台桩基抗震验化土中的低承台桩基和存在液化土层的低承台桩基抗震验算两大类。算两大类。1 1、非液化地基中的低承台桩基：、非液化地基中的低承台桩基：单桩竖向和水平抗震承载力设计值可较静载时提高单桩竖向和水平抗震承载力设计值可较静载时提高25%25%。kN/m3kN/m3时，可考虑承台正面填土与桩共同承担水平地震作时，可考虑承台正面填土与桩共同承担水平地震作用，但不应计入承台底面与地基土之间的摩擦力。用，但不应计入承台底面与地基土之间的摩擦力。2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计2 2、液化地基中的低承台桩基、液化地基中的低承台桩基1 1对于一般浅根底，不宜计入承台侧面土抗力或刚性对于一般浅根底，不宜计入承台侧面土抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。地坪对水平地震作用的分担作用。 2 2全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算桩的竖向承载力和桩身的强度：桩的竖向承载力和桩身的强度： 地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理；地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理； 地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数0.80.8。 3 3对于打入式预制桩及其他挤土桩对于打入式预制桩及其他挤土桩 当平均桩距为当平均桩距为2.542.54倍桩径且桩数不少于倍桩径且桩数不少于5555时，可时，可考虑打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有考虑打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。利影响。2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计 当打桩后桩间土的标准贯入锤击数到达不液化的要求当打桩后桩间土的标准贯入锤击数到达不液化的要求时，可不考虑液化对单桩承载力的折减。但对桩尖持力时，可不考虑液化对单桩承载力的折减。但对桩尖持力层作强度校核时，桩基外侧的应力扩散角应取为零。层作强度校核时，桩基外侧的应力扩散角应取为零。 打桩后桩间土的标准贯入锤击数可由试验确定，也可打桩后桩间土的标准贯入锤击数可由试验确定，也可按下式计算：按下式计算：打桩后的标准贯入锤击书；打桩后的标准贯入锤击书；打入式预制桩的面积置换压入率打入式预制桩的面积置换压入率打桩前的标准贯入锤击数打桩前的标准贯入锤击数 2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计4 4对处于液化土中的桩基承台周围，宜用非液化土填对处于液化土中的桩基承台周围，宜用非液化土填筑夯实。如果采用砂砾类土，那么应使其密度到达不液筑夯实。如果采用砂砾类土，那么应使其密度到达不液化的程度。化的程度。 5 5液化土中的桩，由桩顶直到液化深度以下液化土中的桩，由桩顶直到液化深度以下2 2倍桩径的倍桩径的范围内，纵向钢筋需保持与桩顶相同，箍筋应加密，间范围内，纵向钢筋需保持与桩顶相同，箍筋应加密，间距宜与桩顶部相同。距宜与桩顶部相同。 6 6在有液化侧扩地段，距常时水线在有液化侧扩地段，距常时水线150m150m范围内的桩基范围内的桩基除应满足上述要求外，还应考虑土流动时的侧向作用力，除应满足上述要求外，还应考虑土流动时的侧向作用力，承受侧向推力的面积按边桩外缘间的宽度计算。承受侧向推力的面积按边桩外缘间的宽度计算。2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计2.4.2 2.4.2 桩基的抗震设计桩基的抗震设计续续2 2、存在液化土层的低承台桩基抗震验算、存在液化土层的低承台桩基抗震验算1 1对于一般浅根底，不宜计入承台侧面土抗力或刚性对于一般浅根底，不宜计入承台侧面土抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。地坪对水平地震作用的分担作用。 2 2全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算桩的竖向承载力和桩身的强度：桩的竖向承载力和桩身的强度： 地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理；地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理； 地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数0.80.8。3 3对于打入式预制桩及其他挤土桩对于打入式预制桩及其他挤土桩 当平均桩距为当平均桩距为2.52.54 4倍桩径且桩数不少于倍桩径且桩数不少于5555时，时，可考虑打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的可考虑打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。有利影响。本章重点本章重点一、名词解释一、名词解释场地、场地土、覆盖层厚度、场地土的液化；场地、场地土、覆盖层厚度、场地土的液化；二、简答二、简答1 1、场地土类型、场地类别的划分及工程意义、场地土类型、场地类别的划分及工程意义2 2、场地选择的原那么、场地选择的原那么3 3、场地土液化的原因及危害、场地土液化的原因及危害4 4、场地土液化的判别方法、场地土液化的判别方法5 5、液化指数的作用、液化指数的作用6 6、天然地基及根底抗震承载力验算的一般原那么、天然地基及根底抗震承载力验算的一般原那么7 7、可液化地基和软土地基的抗震措施、可液化地基和软土地基的抗震措施8 8、桩基抗震设计的根本方法等、桩基抗震设计的根本方法等三、计算三、计算1 1、建筑场地的类型判定、建筑场地的类型判定2 2、地基土的液化判别、地基土的液化判别3 3、地基土液化等级的判别、地基土液化等级的判别本章结束！本章结束！