教案及讲义建筑结构抗震第三讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第三讲 河北联合大学建筑工程学院
教案3课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程第二章场地地基和基础2.1场地划分与场地区划2.2地基抗震验算授课内容知识了解场地、地基与基础对房屋抗震影响目标教学能力掌握场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法目目标标德育建立高度的责任感，细心计算的素质训练目标①场地地段的划分：②场地类别的划分：③地基基础抗震验算教重点材难点天然地基及基础抗震承载力验算分析关键场地类别的划分教学设备多媒体教学课件教教法通过挂图，了解各类场地以感观启发，地震时场地对建筑物的影响学节学法紧扣规范一→强调规则一学会计算→不断总结→认真思考法教学环节教学内容教师调控学生活动时间点名2'组织教学师生问好教师提问，学生思1、以复习前一章知识导入本次课内容。导入新课5"2、唐山地区的抗震设防烈度？考，并回答问题1、强调场地、地基、基础的概念；2、以多媒体为手段，从场地地段、剪切波速、教师边讲边启发边覆盖层厚度讲述场地土的划分。归纳边强调。提出问新授73*3、讲述地基抗震承载力公式和天然地基和基础题，让学生回答，之抗震承载力验算公式。后给出正确答案。4、总结该节课的教学内容。带领学生学会查表，课堂练习如何确定场地类别并利用公式计算，判10断场地类别。1、重申有利地段、不利地段、危险地段；学生总结→教师归课后小结8"2、归纳地基抗震承载力公式和天然地基和基础纳抗震承载力验算公式。1、场地地段如何划分？作业做到作业本上作业2'2、场地土分哪几种类型？它们是如何划分的？3、怎样划分建筑场地的类别？通过教学互动，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的教研室主任签字课堂评价基本知识，做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 3 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第二章 场地地基和基础 2.1 场地划分与场地区划 2.2 地基抗震验算 教 学 目 标 知识 目标 了解场地、地基与基础对房屋抗震影响 能力 目标 掌握场地类别的划分方法和地基基础抗震验算方法 德育 目标 建立高度的责任感，细心计算的素质训练 教 材 分 析 重点 ① 场地地段的划分；② 场地类别的划分；③ 地基基础抗震验算 难点 天然地基及基础抗震承载力验算 关键 场地类别的划分 教学设备 多媒体教学课件 教 学 方 法 教法 通过挂图，了解各类场地 以感观启发，地震时场地对建筑物的影响 学法 紧扣规范→强调规则→学会计算→不断总结→认真思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 点名 师生问好 2` 导入新课 1、以复习前一章知识导入本次课内容。 2、唐山地区的抗震设防烈度？ 教师提问，学生思 考，并回答问题 5’ 新授 1、强调场地、地基、基础的概念； 2、以多媒体为手段，从场地地段、剪切波速、 覆盖层厚度讲述场地土的划分。 3、讲述地基抗震承载力公式和天然地基和基础 抗震承载力验算公式。 4、总结该节课的教学内容。 教师边讲边启发边 归纳边强调。提出问 题，让学生回答，之 后给出正确答案。 73’ 课堂练习 如何确定场地类别 带领学生学会查表， 并利用公式计算，判 断场地类别。 10’ 课后小结 1、 重申有利地段、不利地段、危险地段； 2、 归纳地基抗震承载力公式和天然地基和基础 抗震承载力验算公式。 学生总结→教师归 纳 8’ 作业 1、场地地段如何划分？ 2、场地土分哪几种类型？它们是如何划分的？ 3、怎样划分建筑场地的类别？ 作业做到作业本上 2’ 课堂评价 通过教学互动，调动了学生学习的积极性，掌握了相关的 基本知识，做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教 学效果较好。 教研室主任签字
讲义32场地、地基和基础2.1场地划分与场地区划2.1.1场地及其地震效应场地是指建筑物所在地，其范围大体相对于厂区、居民点和自然村的范围。历史震害资料表明，建筑物震害除与地震类型、结构类型等有关外，还与其下卧层的构成、覆盖层厚度密切相关。图2-1是1967年委内瑞拉加拉加斯地震的震害调查统计结果。从图中可以看出：在土层厚度为50m左右的场地上，3-5层的建筑物破坏相对较多：而在厚度为150-300m的冲积层上，10-24层的建筑物震害最为严重。对我国1975年海城地震、1976年唐山地震等大地震的宏观震害调查资料的分析也表明了类似的规律：房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大；比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地。T>14层9ofPmx≤1.2fo京育10~14层3~5层5~9层VPar≤1.2f200400100300土层厚度 ()零应力区图2-1图2-2基地压力验算房屋破坏环率与土层厚度关系从原理上分析，在岩层中传播的地震波，本来就具有多种频率成分，其中，在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期，称为地震动的卓越周期。在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与王层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉。这样，地震波通过士层后，由于土层的过滤特性与选择放大作用，地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期相接近时，建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重。进一步深入的理论分析证明，多层土的地震效应主要取决于三个基本因素：覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻抗比。在这三个因素中，岩土阻抗比主要影响共振放大效应，而其它两者则主要影响地震动的频谱特性。2.1.2覆盖层厚度覆盖层厚度的原意是指从地表面至地下基岩面的距离。从地震波传播的观点看，基岩界面是地震波传波途径中的一个强烈的折射与反射面，此界面以下的岩层振动刚度要比上部土层的相应值大很多。根据这一背景，工程上常这样判定：当下部层的剪切波速达到上部王
讲义 3 2 场地、地基和基础 2．1 场地划分与场地区划 2.1.1 场地及其地震效应 场地是指建筑物所在地，其范围大体相对于厂区、居民点和自然村的范围。历史震害资 料表明，建筑物震害除与地震类型、结构类型等有关外，还与其下卧层的构成、覆盖层厚度 密切相关。图2-1是1967年委内瑞拉加拉加斯地震的震害调查统计结果。从图中可以看出： 在土层厚度为50m左右的场地上，3-5层的建筑物破坏相对较多；而在厚度为150-300m的冲 积层上，10-24层的建筑物震害最为严重。对我国1975年海城地震、1976年唐山地震等大地 震的宏观震害调查资料的分析也表明了类似的规律：房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大； 比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地。 图2-1 房屋破坏率与土层厚度关系 图2-2 基地压力验算 从原理上分析，在岩层中传播的地震波，本来就具有多种频率成分，其中，在振幅谱中 幅值最大的频率分量所对应的周期，称为地震动的卓越周期。在地震波通过覆盖土层传向地 表的过程中，与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减 甚至被完全过滤掉。这样，地震波通过土层后，由于土层的过滤特性与选择放大作用，地表 地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。当建筑物的固有周期与地震动的卓 越周期相接近时，建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重。 进一步深入的理论分析证明，多层土的地震效应主要取决于三个基本因素：覆盖土层厚 度、土层剪切波速、岩土阻抗比。在这三个因素中，岩土阻抗比主要影响共振放大效应，而 其它两者则主要影响地震动的频谱特性。 2.1.2 覆盖层厚度 覆盖层厚度的原意是指从地表面至地下基岩面的距离。从地震波传播的观点看，基岩界 面是地震波传波途径中的一个强烈的折射与反射面，此界面以下的岩层振动刚度要比上部土 层的相应值大很多。根据这一背景，工程上常这样判定：当下部土层的剪切波速达到上部土 3 5层 >14层 10 14层 5 9层 max max 土层厚度 (m) 零应力区 结构破坏百分率(%)
层剪切波速的2.5倍，且下部土层中没有剪切波速小于400m/s的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩。由于工程地质勘察手段往往难以取得深部主层的剪切波速数据，为了实用上的方便，我国建筑抗震设计规范进一步采用土层的绝对刚度定义覆盖层厚度，即：地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬王层至地表面的距离，称为“覆盖层厚度”。2.1.3场地的类别前已述及，不同场地上的地震动，其频谱特征有明显的差别。为了反映这一特点，我国建筑设计规范将建筑场地划分为4个不同的类别，见表2-1。从表2-1可见，场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定的。场地覆盖层厚度已于上文作了解释。土层等效剪切波速V。则应按下式计算。Ve=d./(d,/V)(2-1)i=l式中d。一一计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；n——计算深度范围内土层的分层数：V——第i层土的剪切波速；d,一第i层土的厚度。对于10层和高度30m以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩土性状按表2-2划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切波速。表 2-1各类建筑场地的覆盖层厚度(m)场地类别等效剪切波速(m/s)1类IⅡI类IⅢI类IV类Vse>5000500≥V.>250<5>5250≥V.>140<33~50>50Vs.≤140<33~15>15~80>80表 2-2土的类型划分土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围(m/s)坚硬土或岩石稳定岩石、密实的碎石土V,>500中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，500≥V>250中硬土Ja>200的粘性土和粉土，坚硬黄土
层剪切波速的2.5倍，且下部土层中没有剪切波速小于400m/s的岩土层时，该下部土层就可 以近似看作基岩。由于工程地质勘察手段往往难以取得深部土层的剪切波速数据，为了实用 上的方便，我国建筑抗震设计规范进一步采用土层的绝对刚度定义覆盖层厚度，即：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，称为“覆盖层厚度”。 2.1.3 场地的类别 前已述及，不同场地上的地震动，其频谱特征有明显的差别。为了反映这一特点，我国 建筑设计规范将建筑场地划分为4个不同的类别，见表2-1。 从表2-1可见，场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定 的。场地覆盖层厚度已于上文作了解释。土层等效剪切波速 Vse 则应按下式计算。 = = n i Vse do di Vsi 1 / ( / ) （2-1） 式中 0 d ——计算深度，取覆盖层厚度和20m两者的较小值； n——计算深度范围内土层的分层数； Vsi——第 i 层土的剪切波速； i d ——第 i 层土的厚度。 对于10层和高度30m以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩 土性状按表2-2划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切 波速。 表 2-1 各类建筑场地的覆盖层厚度(m) 等效剪切波速(m/s) 场地类别 I 类 II 类 III 类 IV 类 Vse ＞500 0 500≥ Vse ＞250 ＜5 ≥5 250≥ Vse ＞140 ＜3 3~50 ＞50 Vse ≤140 ＜3 3~15 ＞15~80 ＞80 表 2-2 土的类型划分 土的类型 岩土名称和性状 土层剪切波速范围(m/s) 坚硬土或岩石 稳定岩石、密实的碎石土 Vs ＞500 中硬土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， ak f >200 的粘性土和粉土, 坚硬黄土 500 ≥ Vs ＞250
稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细粉砂，f。≤250≥V>140中软土200的粘性土和粉土，f。>130的填土、可塑黄土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉V,≤140软弱土土，f≤130的填土，流塑黄土表2-2中，J。为由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值，单位为Kpa。表2.1的分类标准主要适用于剪切波速随深度递增的一般情况。在实际工程中，层状土夹层的影响比较复杂，很难用单一指标反映。地震反应分析的研究结果表明，硬土夹层的影响相对比较小，而埋藏深、厚度较大的软弱土夹层，虽能抑制基岩输入地震波的高频成分，但却能显著放大输入地震波中的低频成分。因此，当计算深度以下有明显的软弱土夹层时，一般应适当提高场地类别。例题2-11已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示，试确定该场地的类别。表 2-3钻孔资料(例2-1)土层底部深度(m)土层厚度(m)）岩土名称土层剪切波速(m/s)1.51.5杂填土1803.52.0粉土2407.54.0细砂31015.58.0砾砂520[解］（1）确定覆盖层厚度因为地表下7.5m以下土层的V，=520m/s>500m/s，故d。=7.5m.。(2)计算等效剪切波速，按式（2-1）有1.5,2.04.0V.=7.5/(180240310=253.6查表2-1，V位于250~500m/s之间，且d。>5m，故属于Ⅱ类场地。2.1.4场地区划对于中等规模以上的城市，我国建筑抗震设计规范允许采用经过批准的抗震设防区划进行抗震设防。这就牵涉到了场地设计地震动的区域划分问题。这种区域划分一般给出城区范围内的场地类别区域划分（又称场地小区划）、设防地震动参数区划和场地地面破坏潜势区划等结果。这里，仅简单介绍场地小区划的基本内容。场地区划的基本方法与过程是：收集城区范围内的工程地质、水文地质、地震地质资料：1.2.依据上述资料作出所考虑区域的控制地质剖面图，确立场地小区划的平面控制点；3.视具体情况适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作：
中软土 稍密的砾、 粗、中砂，除松散外的细粉砂， ak f ≤ 200 的粘性土和粉土， ak f ＞130 的填土、可塑黄土 250≥ Vs ＞140 软弱土 淤泥和淤泥质土, 松散的砂，新近沉积的粘性土和粉 土, ak f ≤130 的填土，流塑黄土 Vs ≤140 表2-2中， ak f 为由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值，单位为Kpa。 表2.1的分类标准主要适用于剪切波速随深度递增的一般情况。在实际工程中，层状土 夹层的影响比较复杂，很难用单一指标反映。地震反应分析的研究结果表明，硬土夹层的影 响相对比较小，而埋藏深、厚度较大的软弱土夹层，虽能抑制基岩输入地震波的高频成分， 但却能显著放大输入地震波中的低频成分。因此，当计算深度以下有明显的软弱土夹层时， 一般应适当提高场地类别。 [例题2-1],已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示，试确定该场地的类别。 表 2-3 钻孔资料(例 2-1) 土层底部深度(m) 土层厚度(m) 岩土名称 土层剪切波速(m/s) 1.5 1.5 杂填土 180 3.5 2.0 粉土 240 7.5 4.0 细砂 310 15.5 8.0 砾砂 520 [解] (1) 确定覆盖层厚度 因为地表下7.5m以下土层的 Vs =520m/s>500m/s，故 0 d =7.5m.。 (2)计算等效剪切波速，按式（2-1）有 253.6 ) 310 4.0 240 2.0 180 1.5 7.5/( = Vse = + + 查表2-1，Vse 位于250～500m/s之间，且 0 d >5m，故属于Ⅱ类场地。 2.1.4 场地区划 对于中等规模以上的城市，我国建筑抗震设计规范允许采用经过批准的抗震设防区划进 行抗震设防。这就牵涉到了场地设计地震动的区域划分问题。这种区域划分一般给出城区范 围内的场地类别区域划分（又称场地小区划）、设防地震动参数区划和场地地面破坏潜势区 划等结果。这里，仅简单介绍场地小区划的基本内容。 场地区划的基本方法与过程是： 1． 收集城区范围内的工程地质、水文地质、地震地质资料； 2． 依据上述资料作出所考虑区域的控制地质剖面图，确立场地小区划的平面控制点； 3． 视具体情况适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作；