建筑结构抗震设计地基基础抗震设计

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５．１
地基基础抗震设计原则及要求
在地震作用下 ， 建筑物的破坏机理和过程是 一个十分复杂的综合问 题 ， 进行精确的抗震设计 是比较困难的 。 汶川地震震害尤其表明了 这一点 。 ２０ 世纪 ７０ 年代以 来 ， 人们在总 结大地 震灾害经验中提出 了 “ 概念设计 ”， 即 除必 要 的 计算外 ， 更重要的 是概念设计 ， 包括场地选 择 、 合理的规划布局及结构体系 、 正确的材料使 用 及构造措施等 。
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５．２．２ 地基抗震验算 １ ） 不需要进行天然地基基础抗震验算的建 筑 房屋震害调查统计资料表明 ， 建造于一般土 质天然地基上的房屋 ， 遭遇地震时极少 （ 不到 １０ ％ ） 因地基承载力不足或较大沉陷而引 起上 部结构破坏 。 鉴于这种情况 ， 为简化地基基础抗 震验算的工作量 ，《 抗震规范 》 规定以下建筑可 不进行天然地基及基础的抗震承载力验算 ：
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１ ） 选择对抗震有利的建筑场地 在地震区选择建筑场地时 ， 应根据工程需要 ， 掌握地震活动情况及场地工程地质 、 水文地 质的资料 ， 对场地做出 综合评价 。 应调查建筑 场地范围内有无断裂通过 ， 是否为 活动断裂 ， 并应评价其对建筑物产生的影响 。 必要时 ， 还应 对断裂带进行专门的勘察工作 。 应尽可能选择对 抗震有利的地段 ， 避开不利地段 ， 不得在危险地 段进行建设 。
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（ ２ ） 选择合理的基础类型 不同基础类型 ， 其抗震性能不同 ， 通过对震 害的大量调查 ， 取得如下资料以供参考 。 ① 桩基础 。 一般的低承台桩基础 ， 具有足 够抗水平剪力的能力 ， 抗震性能良好 。 ② 箱形基础 、 筏板基础和带地下室基础 。 ③ 钢筋混凝土柱下独立基础 。 ④ 砖石条形基础 。 砖石条形基础作为 一种刚 性基础 ， 其抗震性能不及桩基 、 箱基和 筏基等 ， 但在一般条件下仍有足够的抗震能力 。
５ 地基基础抗震设计
地基基础包括基础结构、支承桩和作为建筑 物持力层的地基土层。地基在地震作用下的稳定 性对基础结构乃至上部结构的内 力分布是比较敏 感的，因此确保地震时地基基础始终能够承受上 部结构传下来的竖向 和水平地震剪力 以 及倾覆力 矩而不发生过大的沉降和不均匀沉降，是地基基 础抗震设计的基本要求。
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图５．２
地震中 的地裂
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３ ） 液化 饱和松散的砂土和粉土在地震的强烈振动下趋 于密实 ， 导致孔隙水压力 迅速升高 ， 有效应力 减小 ， 当土体完全丧失其抗剪强度时 ， 土体呈现 液体状态 ， 这种现象称为液化 。 地基土发生液化 的宏观标志是 ： 地面喷砂冒 水 ， 地面下陷 ， 建 筑物产生不均匀沉降甚至倾斜失稳 ， 地下轻型构 筑物如水池 、 地下罐等则可能上浮 。
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５．２地基抗震验算地基是指建筑物基础下面受力层范围内 的土 层 。 对历史震害资料的统计分析表明 ： 一般土层 地基在地震时很少发生问 题 ， 地基破坏或沉降等 原因造成的建筑震害在一般平原地区仅建筑破坏总 数的一小部分 ， 但在山 区由 于地基原因 造成上 部建筑物破坏的比例相对较高 。 一般造成上部建 筑物破坏的主要是松软土地基和不均匀 土地基 ， 对砂土液化 、 软土震陷和 不均匀土地基沉降等给 上部结构带来的破坏是不能忽视的 ， 因 为 地基一 旦发生破坏 ， 震后修复加固是很困难的 ， 有时甚 至是不可能的 。
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２ ） 加强基础与上部结构的整体性 加强基础与上部结构的连接 ， 能增加建筑物 的稳定性 ， 减轻其振动 。 对钢筋混凝土结构 、 钢结构等整体性较好的结构 ， 一般无需特殊的整 体性措施 。 对砌体结构 ， 可采取如下措施 ： ① 对一般砖混结构 ， 不宜采用油毡防潮层 ， 而应采用防水砂浆 ； ② 在内 外墙下室内地坪标高处加一道连续闭 合的基础梁 。
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５．２．１ 天然地基的震害特点 因地基失效造成的基础或上部结构震害 ， 称为地基震害 ， 包括滑坡 、 地裂 、 液化 及震陷等 。 １ ） 滑坡 滑坡 、 山 崩 及泥石流是地震时常见的 地基破坏现象 ， 其原因主要是在地震加速度 作用下产生附加惯性力 ， 使边坡滑楔下滑力 增大 ， 同时抗滑的内 摩擦力 降低 ， 这两个 不利因素均可能造成边坡失稳 。
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图５．３
地基土液化
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４ ） 震陷 地震引 起的地面沉陷称为震陷 。 此现象往往 发生在软土 、 松散砂类土 、 不均匀地基及人工填 土中 。 软土受振动后因触变而强度剧降 ， 产生附 加下沉 ； 饱和散砂粪土振动液化后 ， 造成地面巨 大沉陷或不均匀沉降 。 对严重不均匀地基 （ 如半 挖半填地带 ， 有古河道 、 暗藏沟坑的地带及明显 软硬不匀的地层 ）， 往往会加剧震陷及不均匀 沉 降而发生较重的震害 。
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图５．１
汶川地震中的滑坡震害
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２ ） 地裂 地震时还常常在地面产生裂缝 ， 即 地裂 。 根据产生的机理不同 ， 地裂缝可分为构造性地 裂和非构造性地裂 。 构造性地裂起自 地壳深部 断层错动 ， 裂缝一般延至地面 ， 这种地裂往往 出 现于震中区 。 非构造性地裂则是与地震滑坡 引 起的地层相对错动 有关 ， 多 发生在河谷地区 、 河漫滩 、 低级阶地前缘地带 、 古河道的河岸 部分 、 滨海淤泥质土的坑边等 。 图 ５ ． ２ 给 出 地震中的地裂现象 。
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图５．４
汶川地震中的震陷
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① 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建 筑。 ② 地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土 层的下列建筑 ： ａ． 一般的单层厂房或单层空旷房屋 ； ｂ． 砌体房屋 ； ｃ． 不超过 ８ 层且高度在 ２４ ｍ 以下的一 般民用框架和框架 抗震墙房屋 ； ｄ． 基础荷载与 ｃ 相当的多层框架厂房和多 层混凝土抗震墙房屋 。
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３ ） 加强地基基础的抗震性能 出 现因地基失效而导致上部结构破坏的地基 ， 一般为 液化地基 、 易震陷的软黏土地基或不均 匀地基 ； 大量的一般性地基是具有较好的抗震能 力的 。 （ １ ） 合理加大基础的埋臵深度 加大基础埋深可增强地基土对建筑物的嵌固作 用 ， 从而减少建筑物的振幅 。 所以在条件许可时 ， 基础应尽量埋深一些 ， 若能结合建造地下室加 深基础则更好 。