地基基礎抗震

1、基 礎 工 程,主講教師： 曹志軍大連交通大學土木工程教研室,第 十 章地基與基礎抗震,第五節(jié) 動力機器基礎,第四節(jié) 橋梁墩臺基礎的抗震驗算及抗震措施,第三節(jié) 建筑地基基礎的抗震設計和抗震措施,第二節(jié) 地震及地震反應,第一節(jié) 概述,一、動荷載類型及其對土體作用特點,二、動荷載對建筑物的影響,三、土的動應力一應變關系,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 地震及地震反應,地震是內力地質作用和外力地質作用能夠引起的地殼震動現(xiàn)象

2、的總稱，它是地殼運動在某些階段發(fā)生急劇變化時的一種自然現(xiàn)象。對建筑工程而言，地震是一種不良地質條件。我國處在世界上最活躍的地震帶，東瀕環(huán)太平洋地震帶，西部和西南部是歐亞地震帶所經過的地區(qū)，是世界上多震國家之一。,一．地震成因地震按其產生的原因，主要可分為四類：1．構造地震2．火山地震3．陷落地震4．誘發(fā)地震,二． 震級與烈度1．震級震級是衡量地震本身強度的等級標準度。震級用以說明某次地震的大小，以符號M表示。2．地震烈度

3、地震烈度是用來衡量地震后果的一種度量。它表示受震動地區(qū)地面影響和破壞的強烈程度。,三．地震波,體波：介質密度越大，傳播速度越快。 √ 縱波（P波）：震源向外傳遞的壓縮波，質點的振動方向與波的前進方向一致，一般表現(xiàn)出周期短、振幅小的特點。 √ 橫波（S波）：由震源向外傳遞的剪切波，質點的振動方向與波的前進方向垂直，一般表現(xiàn)出周期長、振幅大的特點。,面波：體波經過各界面的折射、反射，形成的主

4、要沿地表傳播的地震波。 √ 瑞雷波：體波到達地表面后反射疊加而形成，在震中附近并不出現(xiàn)。質點僅在豎直平面內運動，其軌跡為逆進橢圓。 √ 洛夫波：表面覆蓋著一松軟水平覆蓋層的半無限空間中產生的SH型面波。質點沿水平方向振動，與波傳播方向垂直。,第三節(jié) 建筑地基基礎的抗震設計和抗震措施,一、地基基礎的震害現(xiàn)象,二、設防標準,三、地基基礎抗震概念設計,四、地基基礎抗震驗算,五、地基基礎的抗震措

5、施,一、地基基礎的震害現(xiàn)象,（一）地基的震害,1．震陷,2．地基土液化,3．地震滑坡,4．地裂,（二）基礎的震害,1．沉降、不均勻沉降和傾斜,2．水平位移,3．受拉破壞,二、設防標準,現(xiàn)行《抗震規(guī)范》確定抗震設防三個水準的要求：,“當建筑遭受低于本地區(qū)設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用，當遭受本地區(qū)設防烈度的地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，當遭受高于本地區(qū)設防烈度的預估的罕遇地震影響時，

6、不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞?！?“小震不壞，中震（設防烈度）可修，大震不倒?！?《鐵路工程抗震設計規(guī)范》規(guī)定：經抗震設防后的鐵路工程，當遭受相當于基本烈度的地震影響時，Ⅰ,Ⅱ級鐵路的損壞部份稍加整修后即可正常使用；Ⅲ級鐵路及工級工企鐵路經短期搶修后即能恢復通車；Ⅱ、Ⅲ級工企鐵路的橋梁、隧道等工程不發(fā)生嚴重破壞。,三、地基基礎抗震概念設計,結構的抗震設計包括計算設計和概念設計兩個方面。計算設計是指確定合理的計算簡圖和分析方法，對地

7、震作用效應作定量計算及對結構抗震進行驗算。概念設計是指從宏觀上對建筑結構作合理的選型、規(guī)劃和布置、選用合格的材料、采取有效的構造措施等。,（一）選擇合適場地,（二）選擇合適的地基基礎類型,（一）選擇合適場地,1、場地分類,2、場地選擇,場地類別的劃分。選擇建筑物場地時，應根據工程需要，掌握地震活動情況和工程地質有關資料，作出綜合評估，宜選擇有利的地段，避開不利地段。場地土的類型場地土的烈性按場地土的剛度劃分，可分為堅硬場地土、中硬

8、場地土、中軟場地土、軟弱場地土。,場地覆蓋層厚度。覆蓋層厚度是指從地面到堅硬土地面的距離。場地類別將場地劃分為四類堅硬場地、中硬場地、中軟場地、軟弱場地。,選擇建筑場地時，應按表4.1.1 劃分對建筑抗震有利、不利和危險的地段。,（二）選擇合適的地基基礎類型,1．同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上，尤其不要放在半挖半填的地基上。 2．同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基。 3．地基有軟弱粘性土、液

9、化土、新近填土或嚴重不均勻土層，宜采取措施加強基礎的整體性和剛性。 4. 同一結構單元的基礎不宜采用不同的基礎埋深。 5.深基礎通常比淺基礎有利?？蓽p少來自基底的地震動輸入，因為土中的水平地震加速度一般在地表下5m以內減少很多，四周土對基礎振動能起阻抗作用．，有利于將更多的振動能量耗散到周圍土層中去。 6.縱橫內墻較密的地下室、箱形基礎和筏板基礎的抗震性能較好。對軟弱地基，宜優(yōu)先考慮設置全地下室，采用箱形基礎或筏

10、板基礎。 7．對地基較好、建筑物層數不多時，可采用單獨基礎，但最好用地基梁聯(lián)成整體，或采用交叉條形基礎。 8．樁基礎和沉井基礎實踐證明抗震性能較好。而且樁基和沉井可穿透可液化土層或軟弱土層，把建筑物的荷載直接傳到下部穩(wěn)定土層中是防止因地基液化或嚴重震陷而造成震害的有效方法。但要求樁尖和沉井底面埋人穩(wěn)定土層不應小于1—2m，并進行必要的抗震驗算（詳見下述）。樁基宜采用低承臺樁基，可發(fā)揮承臺四周土的阻抗作用。橋梁墩臺基礎中普

11、遍采用這兩類基礎。,四、地基基礎抗震驗算,（一）天然地基抗震驗算,（二）樁基礎抗震驗算,下列建筑可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算:1 砌體房屋；2 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；2)不超過8 層且高度在25m 以下的一般民用框架房屋；3)基礎荷載與2)項相當的多層框架廠房。,（一）天然地基抗震驗算,3本規(guī)范規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。,注:軟弱粘性土層指7 度

12、、8 度和9 度時，地基承載力特征值分別小于80、 100 和120kPa 的土層。,當不符合不進行天然地基和基礎的抗震承載力驗算的條件時,應按下式進行地基土抗震承載力驗算.調整后的地基土抗震承載力設計值.地基土抗震承載力調整系數.地基土靜承載力設計值.,驗算豎向承載力:基礎底面地震組合的平均壓力設計值. 基礎邊緣地震組合的最大壓力設計值.,（二）樁基礎抗震驗算,,五、地基基礎的抗震措施,（一）軟弱粘土,（二）不均勻地

13、基,（三）可液化土層,（四）基礎工程抗震措施,（一）軟弱粘土,1.采用樁基,2.地基加固處理,3.改進基礎和上部結構設計,（二）不均勻地基,1．巖土地基,2．半挖半填地基,3.雜填土地基,4.古河道,不均勻地基抗震設計的基本原則,（三）可液化土層,,建筑地基抗液化措施當液化土層較平坦且均勻時，宜按表4.3.6 選用地基抗液化措施。不宜將未經處理的液化土層作為天然地基持力層。,1.  全部消除地基液化沉陷的措施:采用樁基、采

14、用深基礎、采用加密法、挖除全部液化土層。,（1）樁基用于主要受力層為較厚的液化土層時，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中長度（不包括樁尖部分）應按計算確定，對碎石、礫、粗、中砂、堅硬粘性土不應小于500mm，其他非巖石土不應小于2m. （2）采用深基礎時，基礎底面深入液化土層之下，埋入穩(wěn)定土層中的深度不應小于500mm。,（3）采用加密法。如采用振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等力法對可液化地基進行加固時，應處理至液化深度下界，且處理后土層

15、的標準貫入錘擊數的實測值，應大于相應的臨界值。,（4）當直接位于基底下的可液化土層較薄時，可采用挖除全部液化土層的辦法，即先采用局部降水，挖除液化土層，然后分層回填砂、礫、碎石、礦渣等并逐層夯實。,（5）采用加密法或換土法處理時，在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2 且不小于基礎寬度的1/5。,2. 部分消除地基液化沉陷的措施: （1）對地基進行處理時，其處理深度應使處理后的地基液化指數不大于4，對獨立

16、基礎與條形基礎尚不應小于基礎底面下5m和基礎寬度的較大值。,（2）在處理深度范圍內應挖除液化土層或采用加密加固，使處理后土層的標準貫入錘擊數的實測值大于相應的臨界值。,3.基礎和上部結構處理為減輕液化對基礎和上部結構的影響，可對基礎和上部結構采取如下措施：（1）選擇合適的基礎埋置深度，調整基礎底面積，減小基礎偏心。（2）加強基礎的整體性和剛性，如采用基箱、筏基或鋼筋混凝土十字形基礎，加設基礎圈梁、基礎連系梁等。,（3）減輕荷載，增

17、強上部結構的整體剛度和均勻對稱性，合理設置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結構形式。（4）管道穿過建筑處應留足夠尺寸或采用柔性接頭等。,液化機理及其危害土的液化是指飽和土由固態(tài)轉化為液態(tài)的物質存在狀態(tài)的轉換. 液化引起的危害主要有: 噴水冒砂.地基失效.土體滑塌和變形.,飽和土液化判別地基土的液化等級通常是根據液化指數來判別液化等級,以確定液化的危害程度.,（四）基礎工程抗震措施,1.高層或多層建筑,2.多層或低層建筑,3.

18、不良地基可采用樁基與石灰樁,4.加強基礎與上部結構的連接,5.抗震工程的材料應有足夠強度,第四節(jié) 橋梁墩臺基礎的抗震驗算及抗震措施,一、橋梁墩臺震害,二、橋梁墩臺抗震驗算,三、抗震措施,第五節(jié) 動力機器基礎,一、動力機器基礎概述,二、動力機器基礎的動力計算簡介,三、動力機器基礎設計的一般步驟,四、動力機器基礎的減振措施,思考題：,1、動力機器基礎與其它結構物基礎的主要區(qū)別是什么？2、目前規(guī)范規(guī)定的機器基礎的設汁，其目的是什么？

19、3、動力機器按對基礎的動力作用形式如何分類？4、動力機器基礎的形式有哪些？5、動力機器基礎設計應滿足的要求？6、動力機器基礎設計的一般步驟？7、動力機器基礎的減振措施有哪些？8、動力機器基礎的處理方案有哪些？9、闡述動力機器基礎下地基承載力核算式的物理意義。,1、動力機器基礎與其它結構物基礎的主要區(qū)別是什么？,運轉時會產生較大不平衡慣性力的一類機器，稱為動力機器。動力機器基礎與其他結構物基礎的主要區(qū)別，在于基礎上部作用有由

20、機器傳來的動力（一般稱擾力），這種動力可以是瞬態(tài)的沖擊（如鍛錘或落錘基礎），也可以是穩(wěn)態(tài)的止弦波激勵。這種激勵會引起墓礎本身的振動，甚至影響到周圍建筑物的振動。,2、目前規(guī)范規(guī)定的機器基礎的設汁，其目的是什么？,目前規(guī)范規(guī)定的機器基礎的設汁，其目的是使基礎由于動荷載而引起的振動幅值，不超過某一極限值，即規(guī)范所規(guī)定的最大允許幅值。這個限值主要取決于：保證機器的正常運轉，以及由于基礎振動波通過土體的傳播，對附近的人員、儀器設務及建筑物不產

21、生有害的影響。,3、動力機器按對基礎的動力作用形式如何分類？4、動力機器基礎的形式有哪些？,（一）往復運動的機器（二）間歇性作用或沖擊作用的機器（三）旋轉運動的機器,5、動力機器基礎設計應滿足的要求？,動力機器基礎設計應滿足下列基本要求：地基和基礎不應產生影響機器正常使用的變形；基礎本身應具有足夠的強度、剛度和耐久性；基礎不產生影響工人身體健康及妨礙機器正常運轉和生產以及造成建筑物開裂和破壞的劇烈振動；基礎的振動不應影響鄰近建

22、筑物、構筑物或儀器設備等的正常使用。還應滿足：（1）對靜荷載，應保證地基對剪切破壞的安全，基礎不應有過大的沉降。 （2）對動荷載，不應產生共振，即機器—基礎—土系統(tǒng)的自振頻率不應與機器的工作頻率重合。 （3）工作頻率的振幅，應不超過通常由機器制造廠所規(guī)定的振幅限值。,6、動力機器基礎設計的一般步驟？,（一）收集設計技術資料（二）確定地基動力參數：P226—P230（三）選擇地基方案（四）確定基礎類型及材料 機器基礎

23、類型：實體式、墻式、框架式 基礎的材料一般采用混凝土及鋼筋混凝土。（五）確定基礎的埋置深度及尺寸（六）校核地基承載力（七）進行動力計算確定固有頻率（自振頻率）和振動量〔位移、速度或加速度的幅值等），并控制這些振動量不超過一定的允許范圍,7、動力機器基礎的減振措施有哪些？P5428、動力機器基礎的處理方案有哪些？P542-543,選擇題舉例,1、動力機械基礎的設計計算主要是控制（ ）(A)地基土承

24、載力 (B)基礎結構強度 (C)基礎振動幅度和速度2、對精密儀器設備環(huán)境振動的限制，一般以設備基礎的下列哪一類為準？（ ）（A)振幅 （B）振動速度 （C）振動加速度3、振動對地基土強度和沉陷影響的大小，主要取決于下列何種指標？（A）振幅 （B）振動速度 (C)振動加速度,地基基礎抗震思考題與習題,

25、1、什么是地震，地震有哪些類型？2 什么是地震的烈度，為什么工程中要以烈度作為抗震設計的控制指標？3地基的震害有哪些常見類型，影響地基抗震能力的主要因素有哪些？4、抗震設計的基本原則是什么？對建筑場地應如何選擇？5、地基基礎的抗震設計包含哪些內容？6、什么是概念性設計，地基基礎的抗震概念性設計包含哪些內容？7、什么樣的場地對抗震有利，選擇建筑場地時應該避開哪些不利的地質環(huán)境？8、在常用的基礎結構形式中，哪些類型的基礎結構抗