建筑抗震设计-第2章-场地、地基与基础
场地、地基和基础
2.1.1工程地质条件对震害的影响
主要包括地质构造和局部地形
1. 发震断裂的影响
局部地质构造：主要是指断裂。断裂是地质构造上的薄弱环节，分 为发震断裂和非发震断裂。 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。
2.1.3 场地土类型
土的类型主要取决于土的刚度。
土的刚度可按土的剪切波速划分，土层剪切波速的测量，应按 下列要求进行（了解）：
1）在场地初步勘察阶段，对大面积的同一地质单元，测试土层 剪切波速的钻孔数量不宜少于3个。
2）在场地详细勘察阶段，对单幢建筑，测试土层剪切波速的钻 孔数量不宜少于2个，测试数据变化较大时，可适量增加；对小 区中处于同一地质单元内的密集建筑群，测试土层剪切波速的 钻孔数量可适量减少，但每幢高层建筑和大跨空间结构的钻孔 数量均不得少于1个。
山梁顶部，容易滑落
局部突出地形的影响
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。
局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数
2.2.2 山区建筑边坡设计要求
山区建筑的地基基础应符合下列要求：
（1）边坡设计应符合现行国家标准《建筑边坡工程技术 规范》GB 50330的要求；其稳定性验算时，有关的摩擦角 应按设防烈度的高低相应修正。 （2）边坡附近的建筑基础应进行抗震稳定性设计。建筑 基础与土质、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离， 其值应根据设防烈度的高低确定，并采取措施避免地震时 地基基础破坏。
场地地基基础抗震
第2章场地、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、居民点、自然村或不小于1.0km2的区域范围。
地震作用下，场地下的土层，双重作用。
地震波传播介质，将地震动传给结构物；结构物的地基，具有一定强度和稳定性。
建筑物的震害按照破坏性质可以分成两大类：一类震害是由上部结构振动破坏引起的;一类建筑物的震害是由地基失效引起的.地面振动可使地基土丧失稳定，发生砂土液化或软土震地面振动可使地基土丧失稳定发生砂土液化或软土震陷，引起结构倾斜倒塌。
历史震害资料表明，建筑物震害还与场地的地质条件有关。
2.2.1局部地形的影响震害表明：局部孤突地形对地震有放大作用，震害加重。
1920年宁夏海原地震位于渭河河谷的姚庄烈度为7度2.2工程地质条件对震害的影响1920年宁夏海原地震，位于渭河河谷的姚庄烈度为7度，相距2km的牛家庄，坐落在100m的黄土山嘴上，烈度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。
1994年云南昭通地震，芦家湾山梁长150m，顶部宽15m。
一端高60m，一端高50m，中烈度为8度间呈鞍较高端部的最大加速度0.632g, （9度）鞍部为0.257g （7度），较低端部为0.431g （8度）。
烈度为9度烈度为7度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；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，对设计地震动参数产生的放大作用（增大系数）。
局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数6.11<+=ξαλλ---局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数α---局部突出地形地震动参数的增大幅度，见表2.1ξ---附加调整系数H1L L 0.30.61.0ξ5.2/1<H L 5/5.21<≤H L5/1≥H L 2.2.2局部地质构造的影响断裂分为发震断裂和非发震断裂：（1）发震断裂：具有潜在地震活动的断裂，多与地震活动有关，地震时,发震断层可能出现很大的错动,建筑物严重破坏。
建筑抗震设计-第2章-场地、地基与基础
中硬 土
中软
500≥ vs >250 250≥ vs >140
中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， fak>200的粘性土和粉土，坚硬黄土
稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂， fak
土
≤200的粘性土和粉土， fak ≥130的填土 ，可塑黄土
软弱 vs ≤140
淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，
1、液化判别和处理的一般原则：
建
筑 抗 震 设
1）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）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 建筑可按7度的要求进行判别和处理。
计
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
上覆非液化土层厚度du=5.5m
db=2m
其下为砂土，地下水位深度
dw=6m
为dw=6m.基础埋深db=2m,该
场地为8度区。确定是否考
建
虑液化影响。
筑 解：按土层液化判别图确定
抗 震
du=5.5m
设
dw=6m
du (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1
2
须进一步判别区
计
3
需要考虑液化影响。
抗
会加重。
震 • 在软弱地基上，建筑物的破坏有时是结构破坏所造成
设
，有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降
计
等造成的地基失效所致。
• 就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的比 坚硬地基上的要严重。
• 场地土的刚性一般用土的剪切波速表示。
场地、地基和基础
dw=6m
du=5.5m
dw=6m dw(m)
1 2 3 4
1
2
3
4
d u (m)
5 6
7
8
9
10
须进一步判别区
需要考虑液化影响。
7度
5
6 7 8 9 10
8度
9度
不考虑液化影响区
砂土
2、标准贯入试验判别
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。
场地覆盖层厚度两个指标综合确定的。
等效剪切波速 （m/s）
场 Ⅰ 0 Ⅱ
地
类
型 Ⅲ Ⅳ
vse 500
500 vse 250
5m 250 vse 140 3m 3m 140 vse
5m
3~50
50
3~15
15 ~80
80
土层等效剪切波速
vse
d0 n di i 1 v si
du dw 1.5d0 2db 4.5
查液化土特征深度表
dw=6m
饱和土 类别
烈度
7 6m 7m
8 7m 8m
9 8m 9m
粉土 砂土
d 0 8m 1.5d0 2db 4.5 11.5m du d w 11.5m
需要考虑液化影响。
例1 图示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 为dw=6m.基础埋深db=2m,该 场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定
2.场地与地基
• 土层越厚，震害越严重
等效剪切波速
• 当土层物理力学指标明显不同时（分层）， 可采用等效剪切波速
• 等效剪切波速以剪切波在地面至计算深度 各层土中的传播的时间不变的原则，来定 义的土层平均剪切波速：
•
t d i / vsi vse d 0 / t
液化指数
• 对存在液化土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度， 按下式计算每个钻孔的液化指数：
n－在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数；
Ni、Ncri－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 值时应取临界值的数值；
di－i点所代表的土层厚度(m)可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标 准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化 深度； Wi－i土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m-1 )。当该层中点深 度不大于5m时应采用10,等于20m时应采用零值，5～20m 时应按线性内 插法取值。
• 当饱和土标准贯人锤击数（未经杆长修 正）小于或等于液化判别标准贯入锤击 数临界值时，应判为液化土。 • 当有成熟经验时，尚可采用其他判别方 法。
标准贯入锤击数基准值
标准贯入试验的实质是对土的密实度作出评价，由此间接地评 判土层液化的可能性。
N cr N 0 ln 0.6d s 1.5 0.1d w 3 / c
• 地下水位深度：地下水位越深，越不易液化
• 地震烈度和持时：烈度越高，持时越长，越容易 液化
2.地基土的液化判别
• 饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的液化判别和 地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别 和处理,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度 的要求进行判别和处理，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和处理。 • 二阶段判别法: • 初步判别法:根据土层的地质年代、土的组成、 覆盖层厚度和地下水位的深度等定性判别不液 化土. • 第二步判别，采用标准贯入度法。若标贯击数 小于临界击数，需进一步确定液化指数，选择 抗液化措施。
工程结构抗震设计第2章 场地、地基和基础
1
2.1 场 地
2.1.1 建筑场地的选用 场地是指范围相当于厂区、居民点和自然村或平面 面积不小于0.5km2，具有相似的反应谱特征的工程群体 所在地。场地震害主要为滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥 石流、断层、地表错位以及砂土液化和震陷等。 表2.1按场地对建筑抗震有利、不利和危险的情况进 行了分类。
第2章 场地、地基和基础 工程结构抗震设计
本章要点 本章系统地介绍场地、地基和基础。场 地分为对建筑抗震有利、不利和危险地段。按土层等效 剪切波速和场地覆盖层厚度，建筑场地划分为四类。讨 论了天然地基和基础的抗震验算、液化土的判别及抗震 措施、桩基础的抗震验算。此外，介绍了地震动的特性 和地震动主动土压力等问题。
2
3
4
2.1.2 建筑场地的类别 场地土是指场地范围内的地基土。震害调查和对场 地土输入地震波的动态分析表明，影响地表震动的主要 因素有两个，其一是场地土的刚度，其二是场地覆盖土 层厚度。震害调查表明，土质愈软，覆盖土层愈厚，建 筑物震害愈重。 土的软硬一般用土的剪切波速vs表示。因此，《规 范》采用了以平均剪切波速和覆盖层厚度为评定指标来 划分场地类别的双参数分类法。
25
2.3.1 可不进行验算的范围 我国多次强烈地震的震害表明，在遭受破坏的建筑 中，因地基失效导致的破坏较上部结构在地震作用下的 破坏为少。而遭受破坏的地基主要由饱和松砂、软弱粘 性土和成因岩性状态严重不均匀的土层组成。大量的一 般天然地基都具有较好的抗震性能。因此，《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一 般单层厂房，单层空旷房屋和8层、高度25m以下的一 般民用框架房屋及与其基础荷载抗震验算的建筑。 以上规定中，软弱粘性土层指7度、8度和9度时， 地基土静承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土 层。
建筑结构抗震设计课后习题答案
《建筑结构抗震设计》课后习题解答第1章绪论1、震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。
烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。
一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。
2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？规范将建筑物按其用途分为四类：甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。
1）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。
2）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。
同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。
3）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。
同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。
4）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度湖度时不应降低。
一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。
3.怎样理解小震、中震与大震？小震就是发生机会较多的地震，50年年限，被超越概率为63.2%；中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。
4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。
概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。
他们是一个不可割裂的整体。
工程结构抗震设计第二章
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。
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
faE s fa
fa fak b (b 3) d m (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
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
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。
9.5
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
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• 场地土的刚性一般用土的剪切波速表示。
2 场地、地基与基础
场地覆盖层厚度的确定
建 • 1)一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m／s的 筑 坚硬土层或岩层顶面的距离确定。 抗 • 2)当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波 震 速2．5倍的土层，且其下卧土层的剪切波速均不小于 设 400m／s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。 计 • 3)场地土剪切波速大于500m／s的孤石和硬土透镜体
2 场地、地基与基础
场地类别划分 场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度分为4类。
建 筑
场地类别划分的目的和作用
抗 • 为了考虑场地条件对设计反应谱的影响，通常的做法
震
是将场地按某些指标和描述划分为若干类，以便采取
设
合理的设计参数和有关的抗震构造措施。
计 • 场地分类的目的:
•
确定不同场地上设计反应谱;
第i层土的厚度(m)；
• n----计算深度范围内土层的分层 数目；
计
• vsi----计算深度范围内，第i层土
的剪切波速（m/s ）；
2 场地、地基与基础
场地土的类型划分
• 注： fak 为地基土静承载力标准值(kPa)
建
土的 土层剪切
筑
类型 波速（m/s）
岩土名称和性状
抗
坚硬
vs>500
稳定岩石，密实的碎石土
土
fak <130的填土，流塑黄土
2 场地、地基与基础
2.1地震时地面运动特性
• 场地的卓越周期： 指地表振动的频度—周期关系曲线
建
上频度最大值对应的周期。
筑 • 基岩上的覆盖层越厚，场地的卓越周期越长。
抗 • 计算公式 震 设
T 4d0 vse
计 • 地震动的卓越周期与场地土的固有周期基本相同。
天津城建大学
TIANJIN CHENGJIAN UNIVERSITY
建
筑 抗
建筑抗震设计
震
设
计
主讲人：王庆鹏
•目录
1
2
建
筑
3
抗
震
4
设
计
5
6
7
抗震设计原则 场地、地基与基础 地震作用与结构抗震验算 框架、抗震墙与框架-抗震墙 多层砌体房屋 底部框架-抗震墙、多层内框架砖砌房屋 单层钢筋混凝土柱厂房
2 场地、地基与基础
断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活
建 动有关。
筑
发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，
抗 使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。
震
设
计 地下水位的影响
2 场地、地基与基础
2.1场地
• 场地即指建筑物所在地，场地土则是指场地范围内的
建
地基土，即场地表层土的简称。
筑 • 地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传
• 场地分类的作用:
•
是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计
参数的影响。
2 场地、地基与基础
场地类别划分标准
建
•
根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类 ：
筑 抗 震
等剪切
波速（m/s） Ⅰ 类
场地类别
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
设 vs>500
0m
计
500≥ vs >250
5m
5m
250≥ vs >140 3m
应视同周围土层一样。 • 4)剪切波速大于500m／s 的硬夹层(火山岩夹层)当做
绝对刚体看待，其厚度应从覆盖土层中扣除。
2 场地、地基与基础
• 场地覆盖层厚度是指地下基岩或剪切波速大于500m／ s的坚硬土层至地表面的距离。
建 • 场地土对建筑物震害的影响，主要取决于土的坚硬程
筑
度(刚性)，因为剪切波速是最能反映场地土动力性能
建
坏，而刚性结构物表现较好；在坚硬地基上，柔性结
筑
构物震害较轻，而刚性结构物有时(如土层浅薄)破坏
抗
会加重。
震 • 在软弱地基上，建筑物的破坏有时是结构破坏所造成
设
，有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降
计
等造成的地基失效所致。
• 就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的比 坚硬地基上的要严重。
建
筑
抗
震 设
局部突出地形的影响
计 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。
2 场地、地基与基础 局部地质构造的影响
抗 震
的重要动力参数，所以土的刚性一般用土的剪切波速 vs来表示。
设 • 地表土层的组成通常较为复杂，只有单一性质场地土
计
的情况是很少见的，所以一般分层场地土的剪切波速 按土层等效剪切波速vse来表示。
• 等效剪切波速是根据地震波通过计算深度范围内多层
土层的时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所
需时间的条件求得的。
建
、地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析，研
筑
究场地条件对基础和上部结构震害的影响，从而合理
抗
地选择有利建筑场地以及地基或结构抗震措施，避免
震
和减轻地震对建筑物或工程设施的破坏。
设
计
当选择建筑场地时，应避开对建筑抗震不利地段。
2 场地、地基与基础
场地土的刚性大小（坚硬程度）影响
• 一般说来，在软弱地基上，柔性结构物较容易遭受破
抗
递给上部结构的；同时，场地与地基在地震时又支承
震
着上部结构，因此具有双重作用。
设 • 场地条件对建筑震害的影响主要因素是：场地土的刚
计
性（即坚硬或密实程度）大小和场地覆盖层厚度。
• 土质越软，覆盖层越厚，建筑物震害越严重。
2 场地、地基与基础 场地抗震评价
• 抗震设计规范中场地抗震评价，就是通过对工程地质
• 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。在抗震设计中应
使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期以免发生共
3~50m
50m
vs ≤140
3m
3~15m 15~80m
80m
2 场地、地基与基础
土层等效剪切波速的计算
• Vse----土层等效剪切波速（m/s）
n
• d0----场地土计算深度，取地面
建 筑 抗 震 设
vse d 0 /
(di / vsi )
下20m和场地覆盖层厚度两者的
较小值；
i 1
• di----场地土计算深度范围内，
震
土
设 计
中硬 土
中软
500≥ vs >250 250≥ vs >140
中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， fak>200的粘性土和粉土，坚硬黄土
稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂， fak
土
≤200的粘性土和粉土， fak ≥130的填土 ，可塑黄土
软弱 vs ≤140
淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，