建筑场地类别对抗震设计影响的探讨
- 格式:docx
- 大小:28.30 KB
- 文档页数:3
岩土工程勘察中如判别建筑场地类别建筑结构在抗震设计中需要的一个重要参数就是地震影响系数。
地震影响系数应根据子带、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。
地震影响系数海啸一个极为重要特点就是在同样烈度、同样场地市场条件下的反应谱形状,随着震源机制、震级大小、震中距远近等的变化趋势,有较大变化,影响因素很多。
在抗震设计中,现行规范采用场地类别和设计分组对应的反应谱特征周期进行设计计算。
而特征周期实际上是地震专家们为了模拟地震反应谱提出的设计反应谱的需要,而根据大量地震统计数据提出来的一个概念,特征周期的取值和地震影响系数的取值实际都是血量,本来地震反应谱副反应就是经过许多假定而提出来的,为了用设计反应谱模拟地震反应谱,必须提出一个公式,而构造周期就是公式里经济周期的一个系数。
由此可见,场地类别是确定特征周期,进而确定地震影响系数地震的重要依据,直接关系到工程设计建筑设计中水平地震作用计算的结果,最终结构设计内力计算和配筋等重要问题。
岩土工程勘察解决的主要问题之一是确定产品类别建筑场地类别,并通过订定划定的设计地震分组,进一步确定特征周期,为建筑抗震设计提供必要的堰体参数。
在抗震设计中,场地的概念是语汇指具有相似的反应谱特征的房屋群体所在地,不仅仅是房屋基础下的下能地基浮石,其覆盖面积相当于厂区、居民点和自然村,在崎岖地区面积一般不未必小于1km×1km。
由此可见,建筑抗震设计上的场地应抓住其内涵(相似的地震反应谱特征)本质特征才能去理解,是一个反映宏观水平的概念,不能单纯地理解为建筑物地基所在的范围,是反映建筑场地宏观地震效应平均水平的。
不能拘泥于场地面积形状,应以相似的反应谱特征为判别场地类别的主要依据。
建筑场地类别是根据建筑场地覆盖层和土层等效剪切波速等因素,按有关规定对建设场地所做的分类,用以反映不同场地条件对基岩地震震动的综合放大效应。
因此,判定场地类别首要任务是测定岩土层的剪切波速和确定覆盖层厚度,进一步按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2021)第4.1.5条等效剪切波速值算出覆盖层厚度内等效剪切波速计算公式,进而判定场地类别。
建筑场地条件变化对抗震性能的影响分析作者:秦川来源:《居业》2015年第13期[摘要]人类活动对场地抗震性能影响较大,填挖方均可能改变土层液化性及场地类别,应该根据现状进行抗震性能评价和相关抗震计算。
[关键词]场地土层抗震性;场地类别;影响文章编号:2095-4085(2015)08-0151-02近年来,随着人们生产生活空间范围的扩大.建筑从城区向郊区发展,原来的废弃荒地逐渐变为建筑用地;另外,开山填海等造地运动不断改变自然条件,使得勘察对场地抗震性能的评价差异很大。
从以上定义看.场地范围并不十分确切,可大可小,场地土也未明确成因年代地面算起,未明确是自然地面还是人工活动后的现地面。
1.场地抗震性能评价内容1.1地段类别的划分根据地形、地貌和地质条件,将场地区分为有利、不利、危险和一般场地。
1.2场地类别的划分根据地层等效剪切波速和覆盖层厚度,将场地划分为I,H,皿,Ⅳ类,在计算地层等效剪切波速时,计算深度取留盖层厚度和20 m两者中的较小值。
1.3特征周期根据国家抗震设防区划图确定的场地所在地区的抗震设防烈度、设计基本加速度和设计地震分组.结合场地类别可确定场地持征周期,该指标用于结构抗震计算。
1.4土体液化判别对饱和砂土和饱和粉土应进行液化判别。
液化判别先根据地质年代、粉土瓢粒含量、上覆非液化土层厚度以及地下水位埋深进行初判,初判认为有可能液化,需要进一步判别时,采用标准试验方法进行浅基础15 m、深基础20 m范围的液化等级判别。
2.场地条件变化对其抗震性的影响2.1场地填土对抗震性能的影响以某工程场地为例,其土层性质自上而下为以下几类。
杂填土:成分复杂,以默性土为主,松散,湿,最大厚度为1.5 m;粉质就土:灰黑一灰黄色,可塑,切面光滑,韧性中等,干强度中等,无摇震反应,揭露厚度0.6~1.8m;淤泥质粉质就土:灰黑灰绿色,软塑,切面光滑,韧性中等,干强度较高,无摇震反应,揭露厚度0.6~3.0 m粉细砂:灰绿色,饱和,松散稍密状态。
抗震场地类别的划分标准抗震场地类别是指根据场地地震动峰值加速度的大小和地震烈度对应关系,将场地划分为不同的类别。
抗震场地类别的划分标准对于工程抗震设计具有重要意义,可以指导工程师们合理选择抗震措施,确保建筑物在地震中的安全性能。
下面将详细介绍抗震场地类别的划分标准。
一、划分标准1.地震动峰值加速度分区地震动峰值加速度是指地震动最大加速度与震中距的乘积。
根据地震动峰值加速度的大小,可以将场地划分为不同的地震动峰值加速度分区。
通常情况下,场地地震动峰值加速度分区是根据国家或地区的地震动参数区划图得到的。
2.地震烈度对应关系地震烈度是指某一地区在地震作用下受到的破坏程度。
根据地震烈度与场地地震动峰值加速度之间的关系,可以将场地划分为不同的地震烈度对应关系。
通常情况下,场地地震烈度对应关系是根据国家或地区的抗震设防烈度区划图得到的。
3.场地类别划分根据地震动峰值加速度分区和地震烈度对应关系,可以将场地划分为不同的类别。
一般来说,场地类别可以分为以下四类:Ⅰ类场地:地震动峰值加速度小于0.1g,且地震烈度小于6度。
这类场地一般比较稳定,对建筑物的影响较小,可以采取较简单的抗震措施。
Ⅱ类场地:地震动峰值加速度在0.1g~0.2g之间,且地震烈度在6~8度之间。
这类场地需要注意地基的稳定性和地震对建筑物的影响,采取适当的抗震措施。
Ⅲ类场地:地震动峰值加速度在0.2g~0.3g之间,且地震烈度在8~9度之间。
这类场地需要采取更加严格的抗震措施,确保建筑物的稳定性和安全性。
Ⅳ类场地:地震动峰值加速度大于0.3g,且地震烈度大于9度。
这类场地需要采取最严格的抗震措施,以确保建筑物在地震中的安全性能。
二、考虑因素在划分抗震场地类别时,需要考虑以下因素:1.地质构造和地层岩性:地质构造和地层岩性是影响场地稳定性和地震动峰值加速度的重要因素。
例如,活动断层、软弱地基和不良地质条件等都会对场地的抗震性能产生不利影响。
2.地震活动情况:地震活动情况包括历史地震、现代地震和未来可能发生的地震等。
抗震类别、基础等级、场地类别等
地基基础设计等级
地基基础设计等级是根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,将地基基础设计分为三个设计等级,设计时应根据具体情况选用级别。
共分甲、已、丙三个设计等级。
甲级重要的工业与民用建筑物
30层以上的高层建筑
体型复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物
大面积的多层地下建筑物(如地下车库,商场.运动场等)
对地基变形有特殊要求的建筑物
复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)
对原有工程影响较大的新建建筑物
场地和地基条件复杂的一般建筑物
位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程
乙级除甲级,丙级以外的工业与民用建筑物
顺便说一句,我们通过建筑物所在地区查《建筑抗震设计规范》获得设防烈度,并获得结构设计中需要的地震分组和地震加速度值
③交叉暗撑的计算和构造宜符合本书第10章
10.7条的规定。
建筑场地类别对抗震设计影响的探讨
摘要:建筑抗震场地类别的评价划分是岩土工程勘察工作的重要内容,由场地
岩土层的等效剪切波速和覆盖层厚度综合确定,关系着场地设计特征周期、地震
影响系数和地震作用力,对抗震设防起着决定性作用,当场地平整导致场地覆盖
层厚度及性质发生改变时,建筑结构抗震设计工作中应对场地类别进行修正后采用。
关键词:场地类别;覆盖层;设防;修正
1、前言
建筑抗震设计理论及规范中,用建筑场地类别指标确定设计特征周期,并根
据设计特征周期和结构自振周期对应关系,计算得出地震影响系数和地震作用力。
在工程建设过程中,现状工程场坪并非建成后的场坪,往往需要对拟建工程
场地进行平整,包括开挖山丘或填埋沟壑,以达到设计所需的场坪条件。
由于场
坪的平整或对地基土的技术处理,场地的覆盖层厚度或性质发生了变化,抗震建
筑场地类别也发生了变化,设计特征周期、地震影响系数及地震作用力均随之改变。
2、建筑场地类别的确定
建筑抗震场地类别通常采用场地覆盖层厚度和土层的等效剪切波速值综合评
定划分。
覆盖层作为评价场地类别的因素之一,一般指覆盖在基岩之上各种成因
的松散堆积、沉积物,如砂卵砾石层、黏性土层、人工填筑土体等,可采用剪切
波速法实测其厚度及深度。
场地内土层的等效剪切波速是指剪切波在有限土层范
围内竖向传播的等效速度,有限土层深度一般为覆盖层深度且不大于20m。
在建筑抗震设计中,将场地类别分为I、II、III、IV共4大类,其中I类分为
I0、I1两个亚类。
一般地,场地类别等级越高,表明场地覆盖层厚度越大,土层
的等效剪切波速值越小,场地的整体土质越软弱,地基条件越差。
当拟建场地为
山丘或沟谷地,因建筑需要对场坪进行平整,平整之后场地的覆盖层厚度将发生
变化,由此将引起场地类别的改变。
为更深入研究,本文以两个特殊的地段作案
例分析探讨。
某工程建筑地段一,自上而下分布有①~⑦层土岩层,土层的总体趋势为
上软下硬,下部为硬质岩石,各层厚度和剪切波速详见表1;而某工程地段二地
层岩性与地段一类似,区别于土层顺序倒置,总体趋势为上硬下软,下部为硬质
岩石,各层厚度和剪切波速详见表3。
两地段场地设计地震分组均按第一组考虑,均已按现状地形地貌进行了岩土工程勘察,覆盖层厚度均为12.0m,等效剪切波
速均为206.3m/s,勘察报告评定的场地类别均为II类。
假设地段一分别处于山丘和沟谷地段,由于场地整平需要,山丘地段需向下
开挖至设计整平标高;而沟谷地段则需填筑土至设计整平标高。
填筑土属于软弱土,初定剪切波速为100m/s。
地段一因场地平整,覆盖层厚度变化与抗震场地类别变化对照详见表2。
同理,假设地段二分别处于山丘和沟谷地段,因场地平整,覆盖层厚度变化
与抗震场地类别变化对照详见表4。
表1 地段一岩土层分布情况及剪切波速表
表2 地段一抗震场地类别与特征周期表
表3 地段二岩土层分布情况及剪切波速表
表4 地段二抗震场地类别与特征周期表
从表1~表4中可知,当地段为山丘地貌时,场地开挖整平后,两地段的覆
盖层厚度均随开挖深度逐渐减小,地段一的等效剪切波速值在逐步增大,地基土
质越来越好;而地段二的等效剪切波速值在逐步减小,覆盖层的土质越来越差,
但两地段的场地类别总体趋势一致,均由II类渐变为I类,地段一的场地类别渐
变速度快于地段二。
当地段为沟谷地貌时,场地填筑整平后,两地段的覆盖层厚
度均随填筑深度逐渐加大,等效剪切波速值在逐步减小,地基整体土质越来越差,场地类别由II类渐变为III类,两地段的变化趋势一致。
3、场地类别对抗震设防的影响
根据抗震设防理论,当地震波主要周期与地表土层卓越周期相近,地面将产
生共振效应,振动最强烈,易导致严重震害。
一般地,覆盖层对地震波有放大效应,覆盖层越大,土质越软弱,放大效应越明显;相反的,覆盖层越小,土质越硬,地基土强度高,稳定性好,对地震波有过滤作用,地基失效可能就越低。
在抗震设防计算中,采用结构自振周期T和场地特征周期Tg的对应关系,运
用不同的公式计算得出地震影响系数α,再根据地震影响系数α换算出地震作用力。
结构自振周期T为拟建建筑物的自由谐振周期,由建筑物的形状、材料、截面、支撑节点刚度等因素综合确定。
特征周期Tg则为设计地震反应谱曲线上平
台段末端的周期值,与场地的地震烈度(震级、震中距)和场地类别有关。
结构自振周期T、特征周期Tg及地震影响系数α之间的对照及换算关系见图
1所示。
从图1中可知,当结构自振周期T小于0.1s时(第I阶段),地震影响系数
α为上升直线,由0.45αmax上升至最大值为η2 αmax;当结构自振周期T介于
0.1s~Tg之间时(第II阶段),地震影响系数α均为最大值η2 αmax;当结构自
振周期T介于Tg~5Tg之间时(第III阶段),地震影响系数α由最大值η2 αmax
曲线下降;当结构自振周期T大于5Tg(第IV阶段),地震影响系数α曲线下降,并渐变收敛。
由上述图示及分析,第I阶段,地震影响系数α值直线上升,到第II阶段时,地震影响系数α达最大值,表明地震波主要周期与地表土层卓越周期相近,地面
产生共振效应,地震作用力最大,抗震设防要求最高,设防成本最大;第III阶段,地震影响系数α值曲线下降,当特征周期Tg值越小、结构自振周期T值越大,
地震影响系数α值就越小,地震作用力也越小,相应的抗震设防要求可降低,设
防成本亦可降低;第IV阶段,地震影响系数α值下降趋缓,地震作用力影响有限,对抗震设防要求和设防成本影响不大。
由地震影响系数α的计算式可知,除第I阶段外,均与特征周期Tg紧密相关,而特征周期的取值来自于地震分组和场地类别取值。
本文中第2章节的案例,依
据场地类别和地震分组查规范表格得出设计特征值周期Tg值,具体数值详见表2
和表4。
从表2和表4中知晓,特征周期Tg与场地类别变化趋势一致,场地类别分类
等级低时,特征周期Tg值小;场地类别分类等级高时,特征周期Tg值大。
因此,建筑场地类别决定了特征周期Tg取值,并最终影响了地震影响系数α及地震作
用力,在抗震设防设计中起着至关重要的作用。
4、建筑场地类别的修正
根据文中第2和第3章节的论述,建筑场地类别的评定对抗震设防工作很重要,直接关系着抗震设防要求和设防造价成本,应结合实际工程地质条件作具体修正。
当场地为需开挖整平的山丘岭地,或采用桩基础、地基处理等技术处理措施的场地,新场地的场地类别分类等级较原场地可由高变低,即对抗震由不利变为有利,趋于安全。
针对于原始地貌为山丘岭下挖整平的工程场地,下挖可使场地覆盖层减小,地基土质变好,可根据开挖程度对新场地的场地类别作降低修正,以节约抗震设防造价成本;而对于采用桩基础或地基处理等的工地场地,虽可以有效改善地基下卧层的力学性质,使地基得以加强或加密,但由于其对场地地基土加固改善的范围相对较小、深度有限,对整个场地的地震特性影响不大,不宜对场地类别作降低修正。
当场地为需填筑的沟谷洼地,或实施了大面积超厚填土,特别是山区岩面埋深较浅的I类场地及山谷抛填形成的场地,由于新近填土属于软弱土,不仅加厚了场地的覆盖层,还降低了场地土的等效剪切波速,地基土质整体变差,新场地的场地类别分类等级较原场地总体趋势为由低变高,即对抗震由有利变为不利,趋于不安全,应对新场地的场地类别作提高修正,使其更接近于实际,便于合理设防。
5、结束语
建筑抗震场地类别对抗震设防起着决定性作用,准确地划定场地类别至关重要。
当场地的平整工作在岩土工程勘察之后进行,实际的建筑场地类别可能发生了改变,岩土工程勘察技术人员应对后期场地的场地类别有足够的预判和评价,结构设计人员尚需结合实际工程地质条件对场地类别作进一步核查修正,作出经济合理的抗震设防设计。
参考文献:
[1]建筑抗震设计规范GB50011—2010(2016年版).北京:中国建筑工业出版社,2016
[2]钱七虎.岩土工程师手册.北京:人民交通出版社,2010
[3]朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2017。