法規名稱: 建築物基礎構造設計規範
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7.3.4 動態主動土壓力地震時,擋土牆承受之主動土壓力合力,依式(7.3-13)式計算。
1 PAE=─‧r.H^2 ‧(1 -kv)‧KAE 式(7.3-13) 2 其中,kAe 為 ...
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法規名稱:
建築物基礎構造設計規範
時間:
中華民國090年10月02日
編章節條文
第七章擋土牆
7.1通則
擋土牆設計應依據其功能要求、行為機制、基地之地形、地質與環境
條件,以及容許變位量等,充分檢討其整體穩定性與牆體結構安全性
,並妥適評析擋土牆之景觀調和性及施工性。
7.2作用力
作用於擋土牆之側向壓力受牆體與地層間之相對變位行為、地下水位
、地層特性、周圍載重狀況及地震等因素之影響。
設計時應考慮之作
用力如下:
(1)側向土壓力,包含如主動土壓力、被動土壓力及靜止土壓力等。
(2)水壓力如靜水壓力、滲流壓力及上浮力等。
(3)地震所產生之土壓力、水壓力及慣性力等。
(4)地表上方超載。
(5)牆背回填土所產生之回脹壓力。
(6)擋土牆結構體之靜載重。
7.3作用力計算
7.3.1靜止土壓力
擋土牆不發生或不容許其產生側向變位時,作用於牆背之側向土壓
力應採靜止土壓力計算。
在h深度處之單位面積靜止土壓力,可
依式(7.3-1)式計算,其合力可依式(7.3-2)式計算,合力作
用點在基礎版底以上三分之一牆高(H)處。
σo=K0‧Y‧h式(7.3-1)
Po=1/2‧Ko‧Y‧H^2式(7.3-2)
式內
σo=單位面積靜止土壓力(tf/m2)
Po=靜止土壓力合力(tf/m)
Ko=靜止土壓力係數,其值得依經驗推估之,但不得小於0.5,
如土壤為過壓密狀態者,應詳加考慮其過壓密性質並酌予提
高值。
h=距擋土牆頂之深度(m)
H=擋土牆總高度(m)
r=土壤單位重,位於地下水位者,以有效單位重計(t/m^3)
7.3.2主動土壓力
擋土牆設計所考慮之主動土壓力係擋土牆向外變位時,作用於牆背
之最小土壓力,如圖7.3-1所示,其值應依下列規定計算之。
牆
背深度處之單位面積主動土壓力,可依式(7.3-3)式計算,其合
力可依式(7.3-4)式計算,合力作用點在基礎版底以上三分之一
牆高(H)處。
σo=K0‧Y‧h式(7.3-3)
Po=1/2‧Ko‧Y‧H^2式(7.3-4)
其中,Ka為主動土壓力係數,可依下列方式考慮之。
1一般狀況時:
cos^2(φ-θ)
KA=─────────────────────────────
┌┌─────────────┐2
cos^2cos(-δ)│1-│sin(φ+δ)sin(φ+α)│
││─────────────│
└cos(θ-δ)cos(θ-α)┘
式(7.3-5)
若φ<α,則假定sin(φ–α)=0
2如地表面呈水平,牆背面為垂直面,且可不考慮牆面摩擦時:
┌φ┐
Kp=tan^2│45°+─│式(7.3-6)
└2┘
如牆背填土具凝聚力者,式(7.3-3)及(7.3-4)式之及應以
及代替,而
2c┌φ┐
Hc=H-─‧tan│45°+─│式(7.3-7)
r└2┘
2c┌φ┐
hc=h-─‧tan│45°+─│式(7.3-8)
r└2┘
上兩式中,如時,以零計算;如時,則應考慮長期效應所造成之
土壓力。
上述各式中
σA=單位面積主動土壓力(tf/m2)
PA=主動土壓力合力(tf/m)
r=土壤單位重,位於地下水位以下者,以浸水重計(tf/m3)
c=土壤凝聚力(tf/m2)
H=牆之垂直高度(m)
h=牆頂地表面至欲求土壓力點之垂直深度(m)
φ=牆背土壤之內摩擦角(度)
δ=牆背面與土壤間之摩擦角(度)
α=牆背地表面與水平面之交角(度)
θ=牆背面與垂直面交角,以逆時針方向為正,順時針方向為
負(度)
7.3.3被動土壓力
擋土牆設計所考慮之被動土壓力係指擋土牆向內變位時,作用於牆
背之最大側向土壓力,如圖7.3-2所示,其值應依下列規定計算
之。
牆背h深度處之單位面積被動土壓力,可依式(7.3-9)式計算
,其合力可依式(7.3-10)式計算,合力作用點在基礎版底以上
三分之一牆高(H)處。
σP=KP‧Y‧h式(7.3-9)
Pp=1/2‧Kp‧Y‧H^2式(7.3-10)
其中,Kp為被動土壓力係數,可依下列方式考慮之:
(1)一般狀況時:
cos^2(θ-φ)
Kp=─────────────────────────────
┌┌─────────────┐2
cos^2cos(-δ)│1-│sin(φ+δ)sin(φ+α)│
││─────────────│
└cos(θ-δ)cos(θ-α)┘
式(7.3-11)
(2)如地表面呈水平,牆背面為垂直面,且可不考慮牆面摩擦時:
┌φ┐
Kp=tan^2│45°+─│式(7.3-12)
└2┘
式內Pp=牆背之被動土壓力合力(tf/m)
αp=牆背深度處之單位面積被動土壓力(tf/m2)
其餘符號與第7.3.2節之符號說明相同。
7.3.4動態主動土壓力
地震時,擋土牆承受之主動土壓力合力,依式(7.3-13)式計算。
1
PAE=─‧r.H^2‧(1-kv)‧KAE式(7.3-13)
2
其中,kAe為地震時之主動土壓力係數,可依下列方式計算:
cos^2(φ-θ-ψ)
KAE=────────────────────────────
┌┌───────────────┐2
cos^2φcos^2cos│1+│sin(φ+δ)sin(φ+ψ+α)│
(α+ψ+θ)││───────────────│
└cos(α+ψ-θ)cos(θ-α)┘
式(7.3-14)
式內
PAE=地震時,牆背之主動土壓力合力(tf/m)
H=擋土牆高度(m)
┌kh┐
φ=tan^-1│────│
└1-kv┘
kv=垂直向地震係數
kh=水平向地震係數
其餘符號與第7.3.2節之符號說明相同。
7.3.5動態被動土壓力
地震時,擋土牆承受之被動土壓力PPe,可依式(7.3-15)計算。
1
PPE=─‧r.H^2)‧(1-kv)‧KPE式(7.3-15)
2
其中KPE,為地震時之被動土壓力係數,可依下列方式計算:
cos^2(φ+θ-φ)
KPE=────────────────────────────
┌┌───────────────┐2
cos^2ψcos^2cos│1-│sin(φ+δ)sin(φ-ψ+α)│
(δ-θ+ψ)││───────────────│
└cos(α-θ+φ)cos(α-θ)┘
式(7.3-16)
式內
PPE=地震時,牆背之被動土壓力合力(tf/m)
H=擋土牆高度(m)
┌kh┐
φ=tan^-1│────│
└1-kv┘
kv=垂直向地震係數
kh=水平向地震係數
其餘符號與第7.3.3節之符號說明相同。
7.3.6水壓力
1當擋土牆背後上層中有高度之水位時,擋土牆背除承受側向土壓
力之外,亦應依式(7.3-17)計算牆背水位造成之水壓力,其合
力作用點位於基礎底面以上水位高度(Hw)之三分之一處。
1
Pw=─‧rw.Hw^2式(7.3-17)式內
2
Pw=牆背之水壓力(tf/m)
Hw=牆背水位高度(m)
rw=水單位重(tf/m3)
如牆背及牆底有滲流狀況時,應考慮滲流造成之影響。
2地震時,牆背地下水所造成之動態水壓力增量△Pwe及其合力之
作用點位置應妥予計算。
7.3.7地表上方載重
1擋土牆背地表受有均佈超載重時,該載重得折算成等值填土高度
,並依前節計算方法計算其對擋土牆造成之側向壓力。
2擋土牆背地表受有線形超載重或集中超載重時,得依據主動土壓
破壞面之影響範圍,依圖7.3-3計算其增加之側向壓力。
7.3.8其他考慮
1擋土牆背回填土或牆背之地層非為均質時,應採用其他適當方法
,計算擋土牆所受之土壓力。
2採用其他較複雜型式之擋土牆時,應考慮該擋土牆本身之特性及
其與牆背土壤間之互制關係。
3採用地錨作為擋土牆之穩定安全輔助設施時,須依據錨碇段地層
之性質、強度、地下水狀況,以及擋土牆之型式、規模、性質等
資料進行設計,同時應符合以下各項規定:
(1)地錨之間隔、長度與容許拉拔力等,可參考中國土木水利工程
學會之「地錨設計與施工準則暨解說」中之相關規定進行設計
。
(2)其他有關端錨等之設計,應依建築技術規則建築構造編第488
條至491條之規定辦理。
7.4擋土牆牆體穩定性
7.4.1牆體滑動
擋土牆抵抗滑動之安全係數,於長期載重狀況應大於1.5,於地震
時應大於1.2。
安全係數之計算原則為:
作用於牆前被動土壓力+牆底摩擦力
安全係數=────────────────
作用於牆背之側壓力
7.4.2牆體傾覆
擋土牆抵抗傾覆之安全係數,於長期載重狀況時應大於2.0,於地
震時應大於1.5,安全係數之計算原則為:
對牆前趾產生之抵抗力矩
安全係數=───────────
對牆前趾產生之傾覆力矩
7.4.3基礎容許支承力
擋土牆基礎支承力之安全係數,應符合本規範第4.3.5節之規定
。
7.4.4整體穩定性
擋土牆設計時應檢核沿擋土牆底部土層滑動之整體穩定性,其安全
係數於長期載重狀況時應大於1.5,於地震時應大於1.2,考慮最
高水位狀況之安全係數應大於1.1。
惟考慮最高水位狀況時,可不
同時考慮地震狀況。
7.4.5土壤液化評估
擋土牆設計時應評估牆背面土壤及牆基礎下方土壤在受地震作用時
之液化潛能,並研判其對牆體穩定性之影響,必要時應採行適當之
防制措施。
7.5地下牆設計
7.5.1設計側壓力
1建築物四周與地層直接接觸之地下構造牆,其設計除應考慮上部
構造物所傳遞之作用力外,尚應考慮作用於地下牆之側向土壓力
及最大水壓力。
牆體背面地表面上如有超載重,應考慮其所增加
之側向壓力。
2若基地位於地震區,尚應適當考量因地震作用而增加之動態側向
壓力。
7.5.2材料強度
1鋼筋混凝土地下牆如採用與地上構造物相同施工方法構築時,其
設計及材料容許強度應比照建築構造編第六章混凝土構造之各項
規定。
2鋼筋混凝土地下牆如採用場鑄式地下連續壁之方式施工時,混凝
土之容許壓應力不得大於規定壓力強度之四分之一,且不得大於
70kgf/c㎡,於泥水中灌注混凝土而成之地下連續壁,其混凝土
之規定壓力強度不得小於210kgf/c㎡。
且最小水泥量不得低於
375kgf/m3。
混凝土之容許剪應力強度及鋼筋握持長度,應分別
依建築構造編第六章混凝土構造之相關規定計算,惟剪應力強度
應折減百分之二十五,而鋼筋握持長度應增加百分之三十。
3地下牆若兼做施工時期之擋土設施,其設計應對施工過程可能加
諸於牆體之殘餘應力作適當考慮。
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