第2章场地与地基.ppt
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1、2.1 场 地,场地是指建筑群体所在地,其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。场地条件对建筑震害的主要影响因素:场地土的刚性(坚硬或密实程度)大小、场地覆盖层厚度。 场地土的刚性一般用土的剪切波速表示,因为剪切波速是土的重要动力参数,是最能反映场地土的动力特性的。因此,以剪切波速表示场地土的刚性广为各国规范所采用。,2.1.1建筑场地的类别,建筑场地的类别,应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按建筑抗震设计规范表4.1.6划分为四类。见教材表2-1。,(1)土层等效剪切波速的计算公式: (2)建筑场地覆盖层厚度的确定方法:,土层等效剪切波速的计算公式,建筑场地覆盖
2、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的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。 (2)当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的2.5倍的土层,且其下卧层土的剪切波速均不小于400m/s时,可取地面至该土层顶面的距离和地面至剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶面距离二者中的较小值。,( 3)剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体,应视为周围土层。 (4)厚度不大于5m、剪切波速大于500m/s和剪切波速大于400m/s且大于相邻上层土剪切波速2.5倍的硬夹层,应视为刚体,从覆盖层中扣除,其厚度也不计入。,2.1.2 场地土的类型,表2-2 土的类型划分和剪切波
3、速划分,2.2 地震时地面运动特征,2.2.1 场地土的卓越周期 地震波是一种波形十分复杂的行波。根据谐波分析原理,可以将它看作是由几个简谐波叠加而成。场地土对基岩传来的各种谐波分量都有放大作用,但对其中有的放大的多,有的放大的少。也就是说,不同的场地土对地震波有不同的放大作用。,为土层的卓越周期,也就是土的自振,周期。,由于地层土质和厚度不同,表土层的卓越周,期一般可自0.1秒至数秒。,土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明,凡是建筑物的自振周期与土的卓越周期相等或接近时,建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此,在结构抗震设计中,应使建筑物的自振周期避
4、开土的卓越周期,以免产生类共振现象。,2.2.2地震时的地面运动,地震时地面运动加速度记录是地震工程的基本数据。在绘制加速度反应谱曲线和进行结构地震反应直接动力计算时,都要用到强震地面运动加速度记录。,2.3 地基基础抗震验算,在地震作用下,为了保证建筑物的安全和正常使用,对地基而言,与静力计算一样,亦应同时满足变形和地基承载力的要求。但是,由于在地震作用下地基变形过程十分复杂,目前还没有条件进行这方面的定量计算。因此,建筑抗震设计规范规定,只要对地基抗震承载力进行验算,至于地基变形条件,则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来弥补。,规范规定,建筑在天然地基上的以下建筑,可以不进行地基
5、抗震承载力验证:,(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: 一般单层厂房和单层空旷房屋; 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房 屋; 基础荷载与项相当的多层框架厂房。 (3)抗震规范规定可不进行上部结构抗震验 算的建筑。,2.3.2天然地基抗震承载力验算,(1)验算公式,(210),(211),(212),(2)地基土抗震承载力设计值的确定,要确定地基土抗震承载力就要研究动力荷载作用下土的强度,即土的动力强度(简称动强度)。动强度一般按动荷载和静荷载作用下,在一定的动荷载循环次数下,土样达到一定应变值(常取静荷载的极限应变值)时的总作用应力。,地基抗
6、震承载力提高的原因,(1)地震是一种偶然作用,历时短暂,因而地基 在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降 低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。 (2)地震是低频(15Hz)的有限次(1030次)脉冲作用,在这样条件下,除十分软弱的土 外,大多数土的动强度都比静强度高。,2.4场地土的液化与抗液化措施,2.4.1 场地土的液化现象,2.4.1.1 液化的概念,定义:位于地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下,土颗粒之间有变密的趋势(图2-5a)但因孔隙水来不及排出,使土颗粒处于悬浮状态,如液体一样(图2-5b)这种现象就称为土的液化。,图2-5 土的液化示意图,在近代地震史上,19
7、64年6月日本新瀉地震使很多建筑的地基失效,就是饱和松砂发生液化的典型事例。这次地震开始时,使该城市的低洼地区出现了大面积砂层液化,地面多处喷砂冒水,继而在大面积液化地区上的汽车和建筑逐渐下沉。而一些诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。 新瀉地震后,土的动强度和液化问题更加引起国内外地震工作者的关注。,根据土力学原理,砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。我们知道,饱和砂土的抗剪强度可写成:,式中,剪切面上有效法向压应力(粒间压应力); 剪切面上总的法向压应力; 剪切面上孔隙水压力; 土的内摩擦角。,地震时,由于场地土作强烈振动,孔隙水压力 急剧增高,直至与总的法向压应力 相
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