1、高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計第第2章章 場地、地基和基礎抗震場地、地基和基礎抗震2.1 概述概述2.2 工程地質條件對震害的影響工程地質條件對震害的影響2.3 場地場地2.4 地基基礎抗震驗算地基基礎抗震驗算2.5 地基液化地基液化高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計2.1 概述概述v場地的特點場地的特點 地震波傳播介質 結構物地基 作為地震波傳播介質，地震波通過場地地基迫使結構發生強迫震動而破壞。 作為結構地基，地面震動可使地基喪失穩定性，砂土液化，軟土震陷等，地基失效發生結構傾斜倒塌。v建筑物震害分類建筑物震害分類 結構震動破壞 地基失效引起破壞高層建筑結構及抗震設

2、計高層建筑結構及抗震設計2.2 工程地質條件對震害的影響工程地質條件對震害的影響一、局部地形的影響一、局部地形的影響高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計二、局部地質構造的影響二、局部地質構造的影響v局部地質構造的定義局部地質構造的定義v斷裂的分類斷裂的分類具有潛在地震活動的斷裂具有潛在地震活動的斷裂不具有潛在地震活動的斷裂不具有潛在地震活動的斷裂v與發震斷裂活動性有關的因素與發震斷裂活動性有關的因素 地震震級大小 覆蓋層厚度 地質年代v抗規抗規有關規定有關規定 符合相關規定下可忽略發震斷裂錯動對地面建筑的影響。 不符合上述規定情況下，應避開主斷裂帶，避讓距離不宜小于規范表4.1.7 的

3、規定。高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計2.3 場地場地場地：建筑物所在地，其范圍大體相當于廠區、居民點和自然村場地：建筑物所在地，其范圍大體相當于廠區、居民點和自然村的范圍的范圍地震類型、結構類型、地震類型、結構類型、 場地特性場地特性房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大 ；比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地3 5層14層10 14層5 9層maxmax零 應 力 區土 層 厚 度 (m)結構破壞百分率(%)影響建筑物震害的因素影響建筑物震害的因素:19671967年委內瑞拉加拉加斯地震年委內

4、瑞拉加拉加斯地震下臥層的構成、覆蓋層厚度下臥層的構成、覆蓋層厚度高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 場地土層對地震波的過濾及放大作用場地土層對地震波的過濾及放大作用：地震波由許：地震波由許多頻率不同的成分組成，在地震波通過覆蓋土層傳向地多頻率不同的成分組成，在地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有頻率相接近的頻率波群將被表的過程中，與土層固有頻率相接近的頻率波群將被放放大大，而另一些頻率波群被，而另一些頻率波群被衰減衰減甚至被甚至被完全過濾掉完全過濾掉。 地震動卓越周期地震動卓越周期：地震波振幅譜中幅值最大的頻率：地震波振幅譜中幅值最大的頻率分量所對應的周期。分量所對應的周期

5、。 場地條件兩大因素場地條件兩大因素：場地土剛度、覆蓋層厚度。兩：場地土剛度、覆蓋層厚度。兩個因素共同決定了場地土層對地震波的作用。個因素共同決定了場地土層對地震波的作用。2.3 場地場地高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 不同場地的振動特征不同場地的振動特征： 不同周期的建筑物在不同場地上的表現不同周期的建筑物在不同場地上的表現：軟弱地基：固有周期長，振幅大，振動持續時間長軟弱地基：固有周期長，振幅大，振動持續時間長堅硬地基：固有周期短，振幅小，振動持續時間短堅硬地基：固有周期短，振幅小，振動持續時間短軟弱地基上，柔性結構（長周期結構）震害嚴重，剛軟弱地基上，柔性結構（長周期結構）

6、震害嚴重，剛性結構（短周期結構）震害較弱性結構（短周期結構）震害較弱堅硬地基上，剛性結構（短周期結構）震害嚴重，柔堅硬地基上，剛性結構（短周期結構）震害嚴重，柔性結構（長周期結構）震害較弱性結構（長周期結構）震害較弱 地震動卓越周期的決定因素地震動卓越周期的決定因素：由于場地土層的過濾：由于場地土層的過濾和放大作用，當地震波中某些頻率成分與場地土固有周和放大作用，當地震波中某些頻率成分與場地土固有周期相近時，由于共振，該成分的幅值將被放大最大，故期相近時，由于共振，該成分的幅值將被放大最大，故地表地震動的卓越周期在很大程度上取決于場地的固有地表地震動的卓越周期在很大程度上取決于場地的固有周期。

7、周期。高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 由于場地土層往往具有非單一性，所以應按反應各由于場地土層往往具有非單一性，所以應按反應各土層綜合剛度的等效剪切波速來確定場地土的類型。等土層綜合剛度的等效剪切波速來確定場地土的類型。等效剪切波速即土層平均剪切波速，可按下式計算：效剪切波速即土層平均剪切波速，可按下式計算： 土的類型取決于土的剛度，土的剛度可按土的剪切土的類型取決于土的剛度，土的剛度可按土的剪切波速劃分。波速劃分。tdVse0nisiivdt1 式中：式中：seV 土層等效剪切波速（土層等效剪切波速（m/s)0d 計算深度（計算深度（m），取覆蓋層厚度和），取覆蓋層厚度和20m

8、兩者的較小值兩者的較小值 剪切波在地表與計算深度之間傳播的時剪切波在地表與計算深度之間傳播的時間（間（s）t1d2d4d3d0d2sv3 sv4 sv1 sv高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 抗規抗規規定：對丁類建筑及層數不超過規定：對丁類建筑及層數不超過10層且高度不超過層且高度不超過30m的丙類的丙類建筑，當無實測剪切波速時，可根據巖土名稱和性狀，按表建筑，當無實測剪切波速時，可根據巖土名稱和性狀，按表 劃分土的類型，劃分土的類型，再利用當地經驗在該表所示的剪切波速范圍內估計各土層的剪切波速。再利用當地經驗在該表所示的剪切波速范圍內估計各土層的剪切波速。id 土計算深度范圍內第

9、土計算深度范圍內第i層土的厚度（層土的厚度（m）n 計算深度范圍內土層的分層數計算深度范圍內土層的分層數 計算深度范圍內第計算深度范圍內第i層土的剪切波速（層土的剪切波速（m/s）sivakf淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土， 的填土，流塑黃土的填土，流塑黃土軟弱軟弱土土稍密的的礫、粗、中砂稍密的的礫、粗、中砂, ,除松散外的細、粉砂除松散外的細、粉砂, ,可塑黃土可塑黃土, , 的粘性土和粉土的粘性土和粉土, , 的填土的填土中軟中軟土土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂

10、， 的粘性土和粉土，堅硬黃土的粘性土和粉土，堅硬黃土中硬中硬土土穩定巖石，密實的碎石土穩定巖石，密實的碎石土堅硬堅硬或巖石或巖石土層剪切土層剪切速范圍速范圍(m/s) 巖土名稱和性狀巖土名稱和性狀土的土的類型類型500sv250500sv140250svsv140200akf130akf200akf130akf-由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 一般情況下，應按地面至剪切波速大于一般情況下，應按地面至剪切波速大于500m/s的土的土層頂面的距離確定。層頂面的距離確定。 指從地表到地下指從地表到地下基

11、巖面基巖面的距離。的距離。 當地面當地面5m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速速2.5倍的土層，且其下臥巖土的剪切波速均不小于倍的土層，且其下臥巖土的剪切波速均不小于400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。時，可按地面至該土層頂面的距離確定。 剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍的孤石、透鏡體，應視同周圍土層。土層。 土層中的火山巖硬夾層應視為剛體，其厚度應從覆土層中的火山巖硬夾層應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。蓋土層中扣除。當下部土層的剪切波速達到上當下部土層的剪切波速達到上部土層剪切波速的部土層剪切波速的2.5

12、2.5倍，且倍，且下部土層沒有剪切波速小于下部土層沒有剪切波速小于400m/s400m/s的巖土層時，該下部土的巖土層時，該下部土層就可以近似看作基巖層就可以近似看作基巖 高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計2022-5-2711剪切波速剪切波速：剪切波在土層中傳播的速度。可根據土的剪切波速對土進：剪切波在土層中傳播的速度?？筛鶕恋募羟胁ㄋ賹ν吝M行劃分，參見教材，表行劃分，參見教材，表等效剪切波速等效剪切波速：以剪切波在土層中傳播時間不變的原則定義的土層平：以剪切波在土層中傳播時間不變的原則定義的土層平均剪切波速，參見教材均剪切波速，參見教材場地覆蓋層厚度場地覆蓋層厚度：指地表至，地

13、下基巖面的距離，參見教材相關規定。：指地表至，地下基巖面的距離，參見教材相關規定。注：注：等效剪切波等效剪切波速（速（m/s）場地類別場地類別0Vse 800500Vse 250250Vse 150Vse 150055333 503 155015 80801800Vse 5000高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計2022-5-2712高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計sV0d 因為地表下因為地表下7.5m7.5m以下土層的以下土層的 = 520m/s500m/s,= 520m/s500m/s,故故 = 7.5m= 7.5m(1)

14、(1) 確定覆蓋層厚度確定覆蓋層厚度 解解 (2)(2)計算等效剪切波速，按式（計算等效剪切波速，按式（2-22-2）有）有 6 .253)3100 . 42400 . 21805 . 1/(5 . 7seVseV0d查表得，查表得，位于250500m/s之間，且故屬于故屬于類場地類場地5m,5m,高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計2.4 地基基礎抗震驗算地基基礎抗震驗算地基：建筑物基礎下面受力層范圍內的土層。地基：建筑物基礎下面受力層范圍內的土層。 高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：

15、可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算的地基：4）砌體房屋）砌體房屋 （1） 地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑：地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層的下列建筑： 1）一般的單層廠房和單層空曠房屋；）一般的單層廠房和單層空曠房屋； 2）不超過）不超過8層且高度在層且高度在24m以下的一般民用框架和框架抗震以下的一般民用框架和框架抗震墻房屋；墻房屋； 3）基礎荷載與）基礎荷載與2）項相當的多層框架廠房。）項相當的多層框架廠房。（2）規范中規定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。）規范中規定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計天然地基抗震驗算時，

16、地基土的抗震承載力按下式計算天然地基抗震驗算時，地基土的抗震承載力按下式計算 ： aEfsaf調整后的地基土抗震承載力；調整后的地基土抗震承載力；地基土抗震調整系數，按下表采用；地基土抗震調整系數，按下表采用；深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現行深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現行建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范采用采用巖土名稱和性狀巖土名稱和性狀 巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂，巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂， 300kpa300kpa的粘性的粘性土和粉土土和粉土 1.51.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密中密、稍密的碎石土，中密和稍

17、密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，的細、粉砂，150kpa 300kpa150kpa 300kpa的粘性土和粉土，堅硬黃土的粘性土和粉土，堅硬黃土 1.31.3稍密的細、粉砂，稍密的細、粉砂，100kpa 150kpa 100kpa 2db2時，在時，在du du 、dwdw中減去（中減去（db-2)db-2)后再查圖確定。后再查圖確定。高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計初判條件均不能滿足時，初判條件均不能滿足時，地基土存在液化可能地基土存在液化可能采用標準貫入試驗采用標準貫入試驗進一步判別其是否進一步判別其是否液化液化5 .63N標準貫入試驗設備：由標準貫入試驗設備：由穿心錘

18、、觸探桿、貫入器等穿心錘、觸探桿、貫入器等組成組成2500303 55 1722332515465303031451試驗時，先鉆至測試土層標高以上試驗時，先鉆至測試土層標高以上15cm15cm，再將貫入，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為器放至該土層處，在錘落距為76cm76cm的條件下，連續的條件下，連續打入土層打入土層30cm30cm，所得錘擊數為，所得錘擊數為cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 015sdcsocrdNN31 . 04 . 2）（2015sd 適用于一般情況適用于一般情況 適用于樁基或深基礎適用于樁基或深基礎 N63.5N63.5NcrNcr時，應判為液化土，否

19、則為不液化土時，應判為液化土，否則為不液化土高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計烈度烈度7度度8度度9度度基準值基準值7（0.1）12（0.2）19基準值基準值10（0.15）16（0.3）表表2-9 標準貫入錘擊數基準值標準貫入錘擊數基準值 cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 015sdcsocrdNN31 . 04 . 2）（2015sdcrN0Nsdccc式中 液化判別標準貫入錘擊數下限值； 液化判別標準錘擊數基準值，按教材表2-9采用； 飽和土標準貫入點深度（m）； 土體粘粒含量百分率，當 (%)小于3或為砂土時，取3。 高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計地

20、基液化指數地基液化指數iinicriiLEwdNNI1)1 ( 判別深度范圍內標準貫入試驗點的總數判別深度范圍內標準貫入試驗點的總數 、 為為i點標準貫入錘擊數的實測值和臨界值，點標準貫入錘擊數的實測值和臨界值， 當當 時，應取時，應取 i點所代表的土層厚度（點所代表的土層厚度（m） 第第i i層層土層單位土層厚度的層位影響權函數值（單位土層單位土層厚度的層位影響權函數值（單位為為m -1）。若判別深度為）。若判別深度為15m，當該層中點深度不大于，當該層中點深度不大于5m時應采用時應采用10，等于，等于15m時應采用零值，時應采用零值，515m時應按線性內插法取值；若判別時應按線性內插法取值

21、；若判別深度為深度為20m，當該層中點深度不大于，當該層中點深度不大于5m時應采用時應采用10，等于，等于20m時應時應采用零值，采用零值，520m時應按線性內插法取值。時應按線性內插法取值。 niNcriNiNcriNcriNidiw高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計液化等級液化等級 地面噴水冒砂情況地面噴水冒砂情況 對建筑物的危害情況對建筑物的危害情況輕微輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害危害性小，一般不致引起明顯的震害中等中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴噴水冒砂可能性大，從輕微

22、到嚴重均有，多數屬中等重均有，多數屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達時不均勻沉陷可達200mm嚴重嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結構可能產生不允許的傾斜高重心結構可能產生不允許的傾斜判別液化指標判別液化指標 嚴重嚴重 中等中等 輕微輕微 液化等級液化等級60lEI186lEI18lEI高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 某工程按某工程按8度設防，其工程地質年代屬度設防，其工程地質年代屬Q4，鉆孔資料自上

23、向下為：砂土，鉆孔資料自上向下為：砂土層至層至2.1m，砂礫層至，砂礫層至4.4m，細砂至，細砂至8.0m，粉質粘土層至，粉質粘土層至15m；砂土層及細；砂土層及細砂層粘粒含量均低于砂層粘粒含量均低于8；地下水位深度；地下水位深度1.0m；基礎埋深；基礎埋深1.5m；設計地震場；設計地震場地分組屬于第一組。試驗結果如表地分組屬于第一組。試驗結果如表2-9，試對該工程場地液化可能作出評價，試對該工程場地液化可能作出評價。高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計解解(1) (1) 初判初判Q4 ; wboddd173du=0 ; u1.524.511.51obwdddd c13故均不滿足不液化

24、條件，需進一步判別故均不滿足不液化條件，需進一步判別;高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計(2) (2) 標準貫入試驗判別標準貫入試驗判別式中式中N0=10（8度、第一組），度、第一組），dw=1.0，題中已給出各標準貫點，題中已給出各標準貫點所代表土層厚度，計算結果見表所代表土層厚度，計算結果見表2-9，可見，可見4點為不液化土層；點為不液化土層；cwsocrddNN3)( 1 . 09 . 01) 1) 按式按式計算計算高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 2）計算層位影響函數）計算層位影響函數55. 121 . 10 . 11Z101w，例如第一點，地下水位為例如第一點，

25、地下水位為1.0m，故上界為，故上界為1.0m，土層厚，土層厚1.1m，故，故第二點，上界為砂礫層層底深第二點，上界為砂礫層層底深4.4m，代表土層厚，代表土層厚1.1m，故，故95. 421 . 14 . 42Z，101w余類推。余類推。 高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計(3) 按式按式最終給出最終給出ILE=12.16，據下表，據下表2-7，液化等級為中等。，液化等級為中等。iinicriiLEwdNNI1)1 (計算各層液化指數，結果見下表計算各層液化指數，結果見下表判別深度判別深度20m時的液化指標時的液化指標判別深度判別深度15m時的液化指標時的液化指標 嚴重嚴重 中等中

26、等 輕微輕微 液化等級液化等級50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計建筑建筑 類類別別地基的液化等級地基的液化等級輕微輕微中等中等嚴重嚴重乙類乙類部分消除液化沉陷，部分消除液化沉陷，或對基礎和上部或對基礎和上部結構進行處理結構進行處理全部消除液化沉陷，或全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷部分消除液化沉陷且對基礎和上部結且對基礎和上部結構進行處理構進行處理全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷丙類丙類對基礎和上部結構進對基礎和上部結構進行處理，亦可不行處理，亦可不采取措施采取措施對基礎和上部結構進行對基礎和上部結構進行處理，或采用

27、更高處理，或采用更高要求的措施要求的措施全部消除液化沉陷，全部消除液化沉陷，或部分消除液化或部分消除液化沉陷且對基礎和沉陷且對基礎和上部結構進行處上部結構進行處理理丁類丁類可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施對基礎和上部結構進對基礎和上部結構進行處理，或采用行處理，或采用其他經濟的措施其他經濟的措施高層建筑結構及抗震設計高層建筑結構及抗震設計 （1 1）樁基）樁基伸入液化深度以下穩定土層中的長度（不包括樁尖部分）應按計算確定，伸入液化深度以下穩定土層中的長度（不包括樁尖部分）應按計算確定，對碎石土、礫，粗、中粗，堅硬粘性土不應小于對碎石土、礫，粗、中粗，堅硬粘性土不應小于0.5m0.5m，其他非巖石不宜小于，其他非巖石不宜小于1.5m1.5m；具體要求：具體要求： 抗液化措施是對液化地基的綜合處理，總要求是：抗液化措施是對液化地基的綜合處理，總要求是： 使處理后土層的標準貫人錘擊數實測值大于相應的臨界值。使處理后土