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《地下结构抗震设计标准》GB/T 51336-2018

1866

1总 则

1 总 则


1.0.1 为贯彻执行国家防震减灾的法律法规,实行以预防为主的方针,规范地下结构的抗震设计,使地下结构经抗震设防后,减轻地震破坏,避免人员伤亡,减少经济损失,制定本标准。

1.0.2 本标准适用于抗震设防烈度为6、7、8和9度地区地下结构的抗震设计。

1.0.3 地下结构所在地区的抗震设防烈度应采用根据现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306确定的地震基本烈度。已完成地震安全性评价的工程场地,可按审定的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防,但不应低于现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306的要求。

1.0.4 地下结构的抗震设计,除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号

2.1 术 语

2.1 术 语


2.1.1 地下结构 underground structure

    地表以下的结构,依据其结构特征与分布形式分为地下单体结构、地下多体结构、隧道结构、下沉式挡土结构和复建式地下结构,其中隧道结构按施工方法分为盾构隧道结构、矿山法隧道结构和明挖隧道结构。

2.1.2 自由场动力分析方法 free-field site response analysis method

    确定自由场土体受动荷作用时任意时刻反应值的方法。

2.1.3 剪切层法 shear layer method

    将土体简化为一系列由剪切弹簧和阻尼器相联的薄层体系,进行动力分析的方法。

2.1.4 动力时程分析法 dynamic time history analysis

    对运动微分方程进行逐步积分求解的动力分析方法。

2.1.5 等效线性化时程分析法 viscous-elastic time history analysis method

    考虑土体的模量和阻尼比与剪应变满足一定的函数关系,并且在每一时段内土体的模量和阻尼比为常数,通过迭代进行求解的动力时程分析方法。

2.1.6 弹塑性时程分析法 elasto-plastic time history analysis method

    考虑土体弹塑性的动力时程分析方法。

2.1.7 反应位移法 seismic displacement method

    以场地土层地震动相对位移为主要因素确定地震作用,对地下结构物进行抗震计算的拟静力方法。

2.1.8 反应位移法Ⅰ seismic displacement method Ⅰ

    适用于均质地层中地下结构的形状简单断面的反应位移法。

2.1.9 反应位移法Ⅱ seismic displacement method Ⅱ

    适用于成层地层中地下结构的形状简单断面的反应位移法。

2.1.10 反应位移法Ⅲ seismic displacement method Ⅲ

    适用于均质或较均质地层的线长形地下结构的纵向反应位移法。

2.1.11 反应位移法Ⅳ seismic displacement method Ⅳ

    适用于沿纵向地层变化明显的线长形地下结构的纵向反应位移法。

2.1.12 整体式反应位移法 integrated seismic displacement method

    适用于均质、水平成层或复杂成层中地下结构的形状复杂断面的反应位移法。

2.1.13 地下单体结构 singular underground structure

    独立的地下结构。

2.1.14 地下多体结构 complex underground structure

    由两个或以上体量相当的单体结构组成的地下结构。

2.1.15 下沉式挡土结构 sunken earth retaining structure

    由地表下切形成地槽两侧的挡土结构,包括下沉重力式挡土结构和下沉式U型挡土结构。

2.1.16 复建式地下结构 superstructure-integrated underground structure

    与地上建(构)筑物相连的地下结构,包括单体建筑地下结构和复合建筑地下结构,分别对应于地上建、构筑物为单体和复合体结构的情况。

2.1.17 地震液化的四步判别法 four step method for liquefactiontion assessment

    考虑地下结构存在对地震液化深度影响的液化判别方法,分为初判、复判、详判和动力时程分析四步。

2.2 符 号

2.2 符 号


2.2.1 作用和作用效应

    amaxⅡ——Ⅱ类场地地表水平向峰值加速度;

    E0——中性状态时的地震土压力合力;

    F一—地下结构所受上浮荷载设计值;

    FAX——作用于A点水平向的节点力;

    FAY——作用于A点竖直向的节点力;

    FEhk——水平地震作用标准值;

    FEvk——竖向地震作用标准值;

    FGE——重力荷载代表值;

    fi——结构i单元上作用的惯性力;

    Fp——超静孔压引起上浮力标准值的效应;

    Fs——静力条件下的浮力设计值;

    Gso——结构所在空间对应的自由场的土的重量;

    Gst——结构重量;

    Rsf——地下结构壁和桩侧摩阻力设计值;

    S( )——作用组合的效应函数;

    Sd——地下结构构件作用效应设计值;

    SEhk——水平地震作用标准值的效应;

    SEvk——竖向地震作用标准值的效应;

    SGE——重力荷载代表值的效应;

    τA——圆形结构上任意点A处的剪应力;

    τB——结构底板剪切力;

    τs——结构侧壁剪力;

    τU——结构顶板剪切力。

2.2.2 材料性能和抗力

    fa——深宽修正后的地基承载力特征值;

    faE——调整后的地基抗震承载力;

    fak——地基承载力特征值;

    IL一—液性指数;

    IIE——液化指数;

    IP——塑性指数;

    IW——结构底面所在土层震动弱化指数;

    R——地下结构构件承载力设计值;

    RF—— 地下结构抗浮力设计值;

    Rg一—地下结构自重设计值;

    Rsg——上覆地层有效自重设计值;

    △ue——基本地震作用标准值产生的地下结构层内最大的弹性层间位移;

    △up——弹塑性层间位移;

    △δf——震陷变形标准;

    [θe]一—弹性层间位移角限值;

    [θp]——弹塑性层间位移角限值。

2.2.3 几何参数

    Ahi一—结构表层单元i外表面面积;

    B——结构宽度;

    d——地层沿地下结构纵向的计算长度;

    D——结构上覆地层厚度;

    Df——自由场液化深度;

    ds——饱和土标准贯入点深度;

    Ds——存在地下结构时的液化深度;

    dW——地下水位深度;

    h——地下结构层高;计算点到自由水面的竖向距离;

    H——结构高度;地表至地震作用基准面的距离;

    L——地基的集中弹簧间距;

    lmax——网格单元竖向最大尺寸;

    u(z)——地震时深度z处地层相对设计基准面的水平位移;

    U'(z)一—深度z处相对于结构底部的自由地层相对位移;

    u(zB)一—结构底部深度zB处相对设计基准面的自由地层地震反应位移;

    uA(x,z)——坐标(x,z)处地震时的地层纵向位移;

    umax——场地地表最大位移;

    uT(x,z)——坐标(x,z)处地震时的地层横向位移;

    W——隧道横向平均宽度或直径;

    z—一深度;

    zB——结构底板埋深;

    zU——结构顶板埋深;

    λ——地层变形的波长;

    λ1——表面地层的剪切波波长;

    λ2—一计算基准面地层的剪切波波长。

2.2.4 计算系数

    KE——中性状态时的地震土压力系数;

    Wi—一i地层单位地层厚度的层位影响权函数值;

    γEh——水平地震作用分项系数;

    γEv——竖向地震作用分项系数;

    γG——重力荷载分项系数;

    γRE——承载力抗震调整系数;

    γRF——地震抗浮安全系数;

    ζa——地基抗震承载力调整系数;

    Ψa—一峰值加速度调整系数;

    ψe—一地震弱化修正系数;

    Ψu——峰值位移调整系数。

2.2.5 其他

    e一一自然对数底数;

    g——重力加速度;

    G——地层动剪切模量;

    k——压缩、剪切地基弹簧刚度;

    K——基床系数;

    mi—一结构i单元的质量;

    n一—判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数;横截面螺栓的个数;

    N0——液化判别标准贯入锤击数基准值;

    Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值;

    Ncri——i点标准贯入锤击数的临界值;

    N1——标准贯入锤击数的实测值;

    Ts——考虑地层应变水平的场地特征周期;

    üi——结构i单元的加速度;

    VSD一—表面地层的平均剪切波速;

    VSDB—一计算基准面地层的平均剪切波速;

    WL一液限含水率;

    WS一—天然含水率;

    α——墙后填土表面与水平面的夹角;

    β——调整系数;结构壁与竖直方向夹角;

    γ——墙后填土的重度;

    δ0——中性状态时的墙背摩擦角;

    ηgs一—结构等效比重;

    θ——挡土墙的地震角;土与结构的界面A点处的法向与水平向的夹角;

    θi——结构表层单元i外表面外法向与竖直向下方向的夹角;

    λmin——输入地震波在该地层中向上传播的最小波长;

    ξs一—结构影响因子;

    ρc——黏粒含量百分率;

    σz——采用弹塑性动力时程分析时相应深度处竖向有效应力为最小值σ'zmin时刻的竖向总应力值;

    σ'zmin——采用弹塑性动力时程分析时相应深度处竖向有效应力的最小值;

    φ——墙后填土的有效内摩擦角。

3基本规定

3.1 抗震设防分类和目标

3.1 抗震设防分类和目标


3.1.1 地下结构的抗震设防类别应按表3.1.1确定。

表3.1.1 抗震设防类别划分

3.1.2 地下结构的抗震性能要求应按表3.1.2划分等级。

表3.1.2 地下结构的抗震性能要求等级划分

3.1.3 地下结构的抗震设防应分为多遇地震动、基本地震动、罕遇地震动和极罕遇地震动4个设防水准。设计地震动参数的取值可按现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306的规定执行。

3.1.4 地下结构抗震设防目标应符合表3.1.4的规定。

表3.1.4 地下结构抗震设防目标

3.2 地震作用

3.2 地震作用


3.2.1 地下结构的地震作用应符合下列规定:

    1 甲类地下结构,除有特殊规定外,应按高于本地区设防烈度的要求确定其地震作用:

    2 乙类和丙类地下结构,除有特殊规定外,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。

3.2.2 地下结构所在地区遭受的地震影响,应采用相应于抗震设防烈度的设计基本地震加速度表征。抗震设防烈度与设计基本地震加速度取值的对应关系应符合表3.2.2的规定。场地地表水平向设计地震动加速度反应谱可按现行国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB 50909的规定执行。

表3.2.2 抗震设防烈度与设计基本地震加速度取值的对应关系 

    注:g为重力加速厦。

3.2.3 地下结构施工阶段可不计地震作用影响。

3.3 结构体系

3.3 结构体系


3.3.1 地下结构可分为地下单体结构、地下多体结构、隧道结构、下沉式挡土结构、复建式地下结构5类,其中隧道结构可分为盾构隧道结构、矿山法隧道结构、明挖隧道结构。各类地下结构的结构体系应根据地下结构的抗震设防类别、抗震设防烈度、结构尺寸、场地条件、地基、结构材料和施工等因素,经技术、经济和使用条件综合比较确定。

3.3.2 结构体系应符合下列规定:

    1 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;

    2 不宜因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或承载能力;

    3 应具备必要的抗震承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力;

    4 对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力;

    5 不应影响近旁既有建筑、构筑物或地下结构的抗震安全性。

3.3.3 结构体系尚宜符合下列规定:

    1 宜具有多道抗震防线;

    2 宜具有合理的刚度和承载力分布。

3.3.4 结构构件应符合下列规定:

    1 混凝土结构构件应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置,剪切破坏不宜先于弯曲破坏、混凝土的压溃不宜先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏不宜先于钢筋破坏;

    2 钢结构构件的尺寸应合理控制,不应出现局部失稳或整个构件失稳。

3.3.5 结构各构件之间的连接应符合下列规定:

    1 构件节点的破坏不应先于共连接的构件;

    2 预埋件的锚固破坏不应先于连接件;

    3 装配式结构构件的连接应能保证结构的整体性。

3.4 地震反应计算

3.4 地震反应计算


3.4.1 地下结构地震反应计算方法宜依据地层条件和地下结构几何形体条件按下列规定确定:

    1 地下结构抗震计算方法宜按表3.4.1采用;

表3.4.1 地下结构抗震计算方法

 2 复建式地下结构宜对地下结构与地面建、构筑物进行整体计算;

    3 岩质隧道地震反应计算方法宜按表3.4.1采用,亦可按现行国家标准《铁路工程抗震设计规范》GB 50111的规定选取。

3.4.2 地下结构抗震计算应符合下列规定:

    1 简化计算模型应反映结构在地震作用下的实际工作状态,简化结构体系应与原工程结构体系的传力路径相符、节点功能相同、构件受力相似,构件的简化计算模型应符合本标准附录A的规定;

    2 计算分析时应考虑地下结构体形及地震输入方向等最不利工况的影响;

    3 计算结果应经分析判断,确认其合理且有效后方可用于工程设计。

3.5 抗震措施

3.5 抗震措施


3.5.1 地下结构应根据抗震设防类别、烈度和结构类型采用不同的抗震等级,并应符合相应的构造措施要求。

3.5.2 地下结构体系复杂、结构平面不规则或者施工工法、结构形式、地基基础、荷载发生较大变化处的不同结构单元之间,宜根据实际需要设置变形缝。

3.5.3 地下结构抗震设计中,变形缝的设置应符合下列规定:

    1 变形缝应贯通地下结构的整个横断面;

    2 当结构布置、基础、地层或荷载发生变化,变形缝两侧可能产生较大的差异沉降时,宜通过地基处理、结构措施等方法,将差异沉降控制在地下结构及其功能允许的范围内;

    3 变形缝的设置位置宜避开地下结构公共区及出入口、风道结构范围,同时宜避开不能跨缝设置的设备;

    4 变形缝的宽度宜采用20mm~30mm,同时应采取措施满足地下结构的防水要求。

3.5.4 地下结构刚度突变、结构开洞处等薄弱部分应加强抗震构造措施。

3.5.5 地下结构内部构件的抗震构造措施可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定执行。

3.6 结构材料与施工

3.6 结构材料与施工


3.6.1 抗震结构对材料和施工质量的特别要求应在设计文件上注明。 

3.6.2 结构材料性能指标应符合下列规定:

    1 混凝土结构材料应符合下列规定:

      1)框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区的混凝土的强度等级不应低于C30;构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件的混凝土的强度等级不应低于C20;

      2)抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件,其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30,且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

    2 钢结构的钢材应符合下列规定:

      1)钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85;

      2)钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%;

      3)钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

3.6.3 结构材料性能指标尚宜符合下列规定:

    1 普通钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋;普通钢筋的强度等级,纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB400级的热轧钢筋,箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级的热轧钢筋。

    2 混凝土结构的混凝土强度等级,主体结构不宜超过C60;其他构件,9度时不宜超过C60,8度时不宜超过C70。

    3 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q355等级B、C、D的低合金高强度结构钢;当有可靠依据时,尚可采用其他钢种和钢号。

3.6.4 采用焊接连接的钢结构,当接头的焊接拘束较大、钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时,钢板厚度方向截面收缩率不应小于现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313关于Z15级规定的容许值。

3.6.5 混凝土墙体、框架柱的水平施工缝,应采取措施加强混凝土的结合性能。

3.7 减震隔震设计

3.7 减震隔震设计


3.7.1 地下结构可采用减震和隔震设计。

3.7.2 采用减震和隔震设计的地下结构,其抗震设防性能目标不应低于本标准第3.1.4条的规定。

3.8 地震反应观测

3.8 地震反应观测


3.8.1 抗震设防烈度为7、8、9度的甲类和乙类地下结构,宜设置结构的地震反应观测系统,结构设计宜留有观测设备的位置。

3.8.2 对于甲类和有特殊要求的乙类地下结构宜进行试验验证。

4场 地

4.1 场地分类与评价

4.1 场地分类与评价


4.1.1 选择地下结构场地时,对抗震有利、一般、不利和危险地段的划分应符合表4.1.1的规定。

表4.1.1 有利、一般、不利和危险地段的划分

4.1.2 选择地下结构场地时,应根据工程需要,综合判定其场地的地段类别属于抗震有利、一般、不利、危险地段。对不利地段、危险地段应提出避开要求。

4.1.3 场地类别的划分应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定。

4.1.4 场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,除本标准另有规定外,宜分别按抗震设防烈度8度和9度时各抗震设防类别地下结构的要求采取抗震构造措施。

4.1.5 含有饱和砂土或粉土、软弱黏性土、新近堆积和晚更新世饱和砂黄土及砂质粉黄土土层的场地,应估计其不利影响并采取相应措施。

4.1.6 对于可能产生滑坡、塌陷、崩塌和位于采空区影响范围内等的场地,应进行地震作用下岩土体稳定性的评价。

4.1.7 场地内存在发震断裂时,宜避开主断裂带,其避让距离不宜小于表4.1.7的规定。不能避开主断裂带时,应对其影响进行专门研究,并采取抗变形的结构、构造措施。

表4.1.7 发震断裂的最小避让距离(m)

4.1.8 对处于抗震不利和危险地段的场地,地下结构的抗震验算应包括土体与结构动力相互作用分析。采用时程分析法进行场地地震反应分析时,应根据设计要求,提供地层剖面、场地覆盖层厚度和剪切波速、动剪切模量、动弹性模量、动泊松比、阻尼比等动力参数。

4.1.9 下沉式挡土结构和复建式地下结构天然地基的抗震承载力应按下式计算:

faE=ζafa     (4.1.9)

    式中:faE——调整后的地基抗震承载力(kPa);

           ζa——地基抗震承载力调整系数,应按表4.1.9采用;

          fa——深宽修正后的地基承载力特征值,应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007采用。

表4.1.9地基抗震载力调整系数

4.1.10 地震作用下天然地基的竖向承载力应根据地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定确定。

4.2 场地地震液化的判别及其处理措施

4.2 场地地震液化的判别及其处理措施


4.2.1 场地地震液化的判别和处理应符合下列规定:

    1 当抗震设防地震动分档为0.05g时,对丙类地下结构可不进行场地地震液化判别和处理;对甲类、乙类地下结构可按抗震设防地震动分档为0.10g的要求进行场地地震液化判别和处理;

    2 当抗震设防地震动分档为0.10g及以上时,乙类、丙类地下结构可按本地区的抗震设防地震动分档的要求进行场地地震液化判别;甲类地下结构应进行专门的场地液化和处理措施研究;

    3 对甲类、乙类地下结构,宜对遭遇罕遇或极罕遇地震作用时的场地液化效应进行评价。

4.2.2 地下结构场地的地震液化判别应采用四步判别法,按下列步骤进行判别:

    1 先按本标准第4.2.3条进行初步判别;

    2 当初步判别认为有液化可能时,应按本标准第4.2.4条的经验方法进行复判,当距结构物底部10m深度范围内的地层存在饱和砂土、粉土或黄土时,尚应进行详判;

    3 当距结构物底部10m深度范围内的地层存在饱和砂土、粉土或黄土时,应按本标准第4.2.5条的方法进行详判;

    4 当详判认为有液化可能时,应对结构物和土层整体进行动力时程分析。

4.2.3 当饱和砂土、粉土或黄土土层符合下列条件之一时,可初步判别为不液化或可不考虑液化影响:

    1 地质年代为第四纪晚更新世及其以前的饱和砂土、粉土和第四纪中更新世及其以前的饱和黄土,地震烈度为7、8度时可判为不液化;

    2 粉土和黄土的黏粒含量百分率当地震烈度为7、8和9度分别不小于10、13、16和12、15、18时,可判为不液化土。

4.2.4 当饱和砂土、粉土或黄土的初步判别认为要进一步进行液化判别时,应采用标准贯入试验判别法判别地表下20m深度范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时,应判为液化土。当有成熟经验时,尚可采用其他判别方法。在地表下20m深度范围内,液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算:

    式中:Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值;

          N0——液化判别标准贯入锤击数基准值,应按表4.2.4采用;

          ds——饱和土标准贯入点深度(m);

          ρc——黏粒含量百分率,当小于3或者为砂土时,取3;

          dW——地下水位深度(m);

          β——调整系数,设计地震第一组取0.80,第二组取0.95,第三组取1.05。

表4.2.4 液化判别标准贯入锤击数基准值N0

4.2.5 地下结构底部位于饱和砂土或粉土层时,应对场地液化深度进行详判,并应符合下列规定:

    1 可按下列公式计算液化深度:

式中:Ds——存在地下结构时的液化深度(m);

          Df——按本标准第4.2.2条中复判得到的自由场液化深度(m);

          H——结构高度(m);

          ηgs——结构等效比重;

          ξs——结构影响因子;

          Gst——结构重量(N),对于复建式地下结构和地表存在堆载的情况,宜考虑地上结构重量和堆载;

          Gso——结构所在空间对应的自由场的土的重量(N);

          B——结构宽度(m);

          D——结构上覆地层厚度,即埋深(m);

          e——自然对数底数。

    2 考虑液化影响的土层范围不应含经本标准第4.2.3条判别为不液化或可不考虑液化影响的土层。

4.2.6 对存在饱和砂土、粉土或黄土层的场地,应探明各饱和砂土、粉土或黄土层的深度和厚度,应按下式计算每个钻孔的液化指数,并按表4.2.6综合划分场地的液化等级:

    式中:IIE——液化指数; 

          n——判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数;

          Ni、Ncri——分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值,当实测值大于临界值时应取临界值的数值;

          di——i所代表的土层厚度(m),可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的1/2,但上界不高于地下水位深度,下界不深于液化深度;

          Wi——i地层单位地层厚度的层位影响权函数值(m-1)。当该层中点深度不大于5m时应采用10,大于等于20m时应采用零值,5m~20m时应按线性内插法取值。

表4.2.6 场地的液化等级

4.2.7 存在地震液化引起的地基侧向流动的影响时,应采取防土体滑动措施或结构抗裂措施。当饱和砂土、粉土和黄土层比较平坦且均匀时,宜按表4.2.7选用抗液化措施。

表4.2.7 抗液化措施

4.2.8 消除结构液化上浮或沉陷的措施应符合下列规定:

    1 对因土层液化而可能产生上浮或沉陷的结构,可采用桩基,桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度,应按计算确定,且对碎石土、砾砂、粗砂、中砂、坚硬黏性土和密实粉土尚不应小于0.5m,对其他土类尚不宜小于1.5m;

    2 对饱和砂土、粉土和黄土层埋深较浅的情形,结构基础底面可埋入液化深度以下的稳定土层中,其深度不应小于0.5m;

    3 采用加密法加固时,应处理至液化深度下界;振冲或挤密碎石桩加固后,桩间土的标准贯入锤击数不宜小于本标准第4.2.4条中的液化判别标准贯入锤击数临界值;

    4 采用加密法或换土法处理时,在结构边缘以外的处理宽度,应超过结构底面下处理深度的1/2且不应小于结构宽度的1/5;

    5 采用注浆、旋喷或深层搅拌等方法进行加固时,处理深度应达到饱和砂土、粉土或黄土层的下界。

4.2.9 可采用下列措施减轻场地地震液化的影响:

    1 选择合适的地下结构埋置深度;

    2 加强地下结构单体的整体性和刚度;

    3 地下结构间的连接处采用柔性接头等;

    4 合理设置沉降缝,不应采用对不均匀位移敏感的结构形式等;

    5 将永久性围护结构嵌入非液化地层;

    6 对液化土层采取注浆加固和换土等消除或减轻液化的措施。

4.3 场地震陷评价及处理措施

4.3 场地震陷评价及处理措施


4.3.1 场地中含有非饱和结构性粉土、砂黄土及砂质粉黄土或饱和粉质黏土时,应进行场地震陷变形评价和处理,并应符合下列规定:

    l 当抗震设防地震动分档为0.05g时,对丙类地下结构可不进行场地震陷评价和处理;对甲类、乙类地下结构可按抗震设防地震动分档为0.10g的要求进行场地震陷评价和处理;

    2 当抗震设防地震动分档为0.10g及以上时,乙类、丙类地下结构可按本地区的抗震设防地震动分档的要求进行场地地震震陷评价;甲类地下结构应进行专门的场地震陷评价和处理措施研究;

    3 对甲类、乙类地下结构,宜对遭遇罕遇或极罕遇地震作用场地的震陷危害性进行评价;

    4 设计基本加速度为0.30g和0.40g时,对塑性指数小于15且符合下列公式规定的饱和粉质黏土应判定为震陷性软土:

WS≥0.9WL       (4.3.1-1)

IL≥0.75      (4.3.1-2)

    式中:WS——天然含水率;

          WL——液限含水率,采用液、塑限联合测定法测定;

          IL一—液性指数。

4.3.2 非饱和结构性粉土、砂黄土及砂质粉黄土场地的震陷变形可按本标准附录B进行计算。场地震陷变形程度应按表4.3.2划分震陷等级。

表4.3.2 地基震陷等级

4.3.3 地基主要受力范围内存在非饱和结构性粉土、砂黄土及砂质粉黄土时,应同时考虑其湿陷和震陷,且应符合下列规定:

    1 应采用整片或局部垫层、强夯、挤密或其他复合地基进行地基处理,消除土层的全部或部分湿陷量和震陷量,或采用桩基础将荷载传至较深的非湿陷性、非震陷性土层中;

    2 应采取防止雨水和生产、生活用水及环境水渗入未处理的湿陷性、震陷性土层的防水措施;

    3 对地下结构可采取设置桩基础等措施,以提高地下结构适应场地土层不均匀下沉的能力。对震陷等级为中等和严重的地区,应计入震陷引起的桩基的负摩阻力。

4.3.4 消除非饱和结构性粉土、砂黄土及砂质粉黄土场地震陷的措施应符合下列规定:

    1 对地基震陷等级为严重的结构,可采用桩基,桩端伸入震陷土层深度以下稳定土层深度不应小于0.5m;

    2 对震陷土层埋深较浅的场地,结构基础底面可埋入震陷土层深度以下的稳定土层中,其深度不应小于0.5m;

    3 采用加密法加固时,应处理至震陷土层深度下界;

    4 采用加密法或换土法处理时,在结构边缘以外的处理宽度,应超过结构底面下处理深度的1/2且不应小于结构宽度的1/5;

    5 采用注浆、旋喷或深层搅拌等方法进行加固时,处理深度应达到震陷土层的下界。

4.3.5 地基主要受力层范围内存在震陷性软土时,应采用桩基或对地基进行加固处理,并采取下列结构措施:

    1 选择合适的地下结构埋置深度;

    2 地下结构间的连接处采用柔性接头等;

    3 不应采用对不均匀沉降敏感的结构形式,并合理设置变形缝;

    4 对震陷等级为中等和严重的地区,采用桩基的抗震计算时,应计入震陷引起的桩基的负摩阻力及因孔压上升而减小的桩基摩阻力,并采用抗震措施。

5设计地震动

5.1 地下结构设计地震动参数

5.1 地下结构设计地震动参数


5.1.1 甲类地下结构抗震设计采用的地震动参数,应采用经审定的工程场地地震安全评价结果或经专门研究论证的结果与本节规定的地震动参数中的较大值。乙类或丙类地下结构抗震设计采用的地震动参数,应采用地震动参数区划的结果与本节规定的地震动参数中的较大值。

5.1.2 抗震设计采用的地震动参数应包括地表和基岩面水平向峰值加速度、竖向峰值加速度、地表峰值位移以及峰值加速度与峰值位移沿深度的分布。

5.1.3 场地的地表水平向设计地震动参数取值应符合下列规定:

    1 场地的地表水平向峰值加速度应根据现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306中规定的地震动峰值加速度分区按表5.1.3取值并乘以场地地震动峰值加速度调整系数гA。гA应按现行国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB 50909的相关规定确定。

表5.1.3 Ⅱ类场地地表水平向峰值加速度amaxⅡ(g)

2 使用反应位移法Ⅰ进行计算时,场地地表水平向峰值位移应按现行国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB 50909的相关规定确定并乘以场地地震动峰值位移调整系数гU,гU应按现行国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB 50909的相关规定确定。对极罕遇地震作用情形应采用时程分析法计算。

5.1.4 当考虑竖向地震动时,场地地表竖向设计地震动峰值加速度应按现行国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB 50909的相关规定确定。

5.1.5 地震动参数沿深度的变化应符合下列规定:

    1 使用反应位移法Ⅰ和反应位移法Ⅲ进行计算时,地表以下的峰值加速度应随深度的增加比地表相应减少。基岩处的地震作用可取地表的1/2,地表至基岩的不同深度处可按插值法确定。

    2 使用反应位移法Ⅱ、整体式反应位移法或时程分析法进行计算时,地表以下一定深度的峰值加速度应根据地表峰值加速度进行反演。

5.2 设计地震动加速度时程

5.2 设计地震动加速度时程


5.2.1 设计地震动加速度时程可人工生成,其加速度反应谱曲线与设计地震动加速度反应谱曲线的误差应小于5%。

5.2.2 工程场地的设计地震动时间过程合成宜利用地震和场地环境相近的实际强震记录作为初始时间过程。

5.2.3 当采用时程分析法进行结构动力分析时,应采用不少于3组设计地震动时程。当设计地震动时程少于7组时,宜取时程法计算结果和反应位移法计算结果中的较大值;当设计地震动时程为7组及以上时,可采用计算结果的平均值。

6抗震计算和验算

6.1 一般规定

6.1 一般规定


6.1.1 根据地下结构类型和地层复杂程度,可采用本标准表3.4.1的计算方法进行地震反应计算。

6.1.2 地下结构抗震计算应明确初始静应力状态。初始静应力状态的确定,可按本标准附录C的方法进行。

6.2 反应位移法Ⅰ

6.2 反应位移法Ⅰ


6.2.1 当地下结构断面形状简单、处于均质地层,且覆盖地层厚度不大于50m的场地时,可采用反应位移法Ⅰ进行地下结构横向断面地震反应计算。设计基准面到地下结构的距离不应小于地下结构有效高度的2倍,且该处岩土体剪切波速不应小于500m/s。

6.2.2 应考虑地层相对变形、结构周围剪力以及结构自身的惯性力等三种地震作用,可将周围岩土体作为支撑结构的地基弹簧,结构可采用梁单元进行建模。

6.2.3 地基弹簧刚度宜按静力有限元方法计算,也可按下式计算:

k=KLd       (6.2.3)

    式中:k——压缩、剪切地基弹簧刚度(N/m);

          K——基床系数(N/m3),可按现行国家标准《城市轨道交通岩土工程勘察规范》GB 50307取值;

          L——地基的集中弹簧间距(m);

          d——地层沿地下结构纵向的计算长度(m)。

6.2.4 场地地表水平向峰值位移可按本标准第5.1.3条确定。对地层均匀、结构断面形状规则无突变,且未进行工程场地地震安全性评价工作的,地层位移和施加在弹簧非结构端的地层相对位移可按下列公式计算:

式中:u(z)——地震时深度z处地层相对设计基准面的水平位移(m);

          z——深度(m);

          umax——场地地表最大位移(m),应按本标准第5.1.3条确定;

          H——地表至地震作用基准面的距离(m);

          U'(z)——深度z处相对于结构底部的自由地层相对位移(m);

          u(zB)——结构底部深度zB处相对设计基准面的自由地层地震反应位移(m)。

6.2.5 地下结构的惯性力大小可按下式计算:

fi=miüi      (6.2.5)

    式中:fi——结构i单元上作用的惯性力(N);

          mi——结构i单元的质量(kg);

          üi——结构i单元的加速度,取峰值加速度(m/s2),应按本标准第5.1.3条确定。

6.2.6 矩形结构顶底板剪力作用可按下列公式计算:

式中:τU——结构顶板剪切力(N);

          τB——结构底板剪切力(N);

          zU——结构顶板埋深(m);

          zB——结构底板埋深(m);

          G——地层动剪切模量(Pa)。

6.2.7 矩形结构侧壁剪力作用可按下式计算:

τs=(τU+τB)/2        (6.2.7)

    式中:τs——结构侧壁剪力(N)。

6.2.8 圆形结构周围剪力作用可按下列公式计算:

FAX=τALdsinθ     (6.2.8-1)

FAY=τALdcosθ     (6.2.8-2)

    式中:τA——圆形结构上任意点A处的剪应力(Pa);

          FAX——作用于A点水平向的节点力(N);

          FAY——作用于A点竖直向的节点力(N);

          θ一—土与结构的界面A点处的法向与水平向的夹角(°)。

6.3 反应位移法Ⅱ

6.3 反应位移法Ⅱ


6.3.1 当地下结构断面形状简单、处于非均匀地层,且具有工程场地地震动时程时,可采用反应位移法Ⅱ计算地下结构横向断面的地震反应。计算时,应考虑地层相对变形、结构周围剪力以及结构自身的惯性力等三种地震作用,可将周围岩土体作为支撑结构的地基弹簧,结构可采用梁单元进行建模。

6.3.2 采用反应位移法Ⅱ时,对于覆盖地层厚度小于50m的场地,设计基准面到地下结构的距离不应小于地下结构有效高度的2倍,且该处岩土体剪切波速不应小于500m/s;对于覆盖地层厚度大于50m的场地,可取场地覆盖地层超过50m深度且剪切波速不小于500m/s的岩土层位置。

6.3.3 采用反应位移法Ⅱ进行地下结构地震反应计算时,地下结构所在位置的地层相对位移可由一维地层地震反应分析或自由场地地震时程反应分析确定。地层相对位移可按本标准公式(6.2.4-2)计算。

6.3.4 地下结构加速度可由一维地层地震反应分析或自由场地地震时程反应分析确定,惯性力可按下式计算:

fi=-miü     (6.3.4)

    式中:fi——结构i单元上作用的惯性力(N);

          mi——结构i单元的质量(kg);

          üi——结构i单元的加速度(m/s2)。

6.3.5 矩形结构顶底板剪力、侧壁剪力作用宜按一维地层地震反应分析或自由场地地震时程反应分析确定,侧壁剪力作用也可按本标准第6.2.7条计算。圆形地下结构周围剪力宜按自由场地地震时程反应分析确定。

6.3.6 对场地进行自由场动力分析时,宜根据场地地层情况按表6.3.6选用分析方法。表6.3.6中饱和砂性土土层震动弱化指数IW应按下式计算:

IW=Ncr/N1    (6.3.6)

    式中:N1——标准贯入锤击数的实测值;

          Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值,按本标准第4.2.4条计算。

表6.3.6 场地自由场分析方法

6.3.7 对于非液化的水平成层地层,可采用剪切层法确定地层不同深度处的位移过程、加速度过程等动力反应。使用剪切层法时应按下列步骤进行:

    1 假定各地层的剪切模量和阻尼比,利用动力平衡方程和各层的连续性条件计算出各地层水平位移;

    2 由各地层水平位移计算出各地层的剪应变,利用模量比与剪应变的关系和阻尼比与剪应变的关系计算出各地层的剪切模量和阻尼比;

    3 计算出的各地层的剪切模量和阻尼比与假定值相差在给定误差范围内时,则得到的各地层位移为所需结果;否则,以计算出的各地层的剪切模量和阻尼比作为第1步中假定的各地层的剪切模量和阻尼比,重复1步~3步,直到计算出的各地层的剪切模量和阻尼比与假定值相差在给定误差范围内,得到所需结果。

6.3.8 对于复杂成层、含软土、软硬交错层或含饱和砂土或粉土层的场地,应采用有限元法确定地层中位移、加速度、剪应力等动力时