砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

張志俊

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院，湖北黃岡438002)

砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中常用淺基礎(chǔ)的類型主要有柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)。由于基礎(chǔ)是埋在地基中建筑物的下部結(jié)構(gòu)，損壞后不易修復(fù)，要在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中正確進(jìn)行淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，必須明確淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)類型，理解淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)遵循的地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)原則，掌握淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算及構(gòu)造應(yīng)滿足的地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)要求。

1 砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)類型應(yīng)采用彈性基礎(chǔ)

我國(guó)在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)1.0.1中提出了以二階段設(shè)計(jì)方法去實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)三個(gè)烈度水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)要求，基本的抗震設(shè)防目標(biāo)是:當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用;當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般＇性修理仍可繼續(xù)使用;當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞［1］。使建筑物在使用期間對(duì)不同頻率和強(qiáng)度的地震應(yīng)具有不同的抵抗能力，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)二階段設(shè)計(jì)方法中，對(duì)于第一階段眾值烈度(多烈度)下延性框架設(shè)計(jì)很重要，眾值烈度下砼框架結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，應(yīng)通過抗震措施的采取來設(shè)計(jì)延性框架，遵循延性框架四強(qiáng)四弱(強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉、強(qiáng)柱弱梁)設(shè)計(jì)原則，建立梁式側(cè)移機(jī)構(gòu)的砼框架結(jié)構(gòu)抗震機(jī)制，使其在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，砼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，梁端形成塑性鉸，滿足第二水準(zhǔn)的設(shè)防要求，做到中震可修;在遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，滿足第三水準(zhǔn)罕遇烈度設(shè)計(jì)要求(不發(fā)生倒塌)，砼框架結(jié)構(gòu)破壞時(shí)形成梁式側(cè)移機(jī)構(gòu)［2］。砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)實(shí)際上是通過上部框架結(jié)構(gòu)在眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)的延性框架設(shè)計(jì)，使砼框架結(jié)構(gòu)在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度和遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，砼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，梁端形成塑性鉸，產(chǎn)生大量的非彈性變形，吸收和耗散地震能量，降低砼框架結(jié)構(gòu)剛度，減少地震作用，讓下部淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仍處于眾值烈度下的彈性狀態(tài)，去承受和傳遞遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度和遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)經(jīng)過上部延性框架非彈性變形降低后的地震作用。

砼框架結(jié)構(gòu)在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度和遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，上部眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)的延性框架通過塑性鉸區(qū)域的變形，有效地吸收和耗散地震能量，降低了結(jié)構(gòu)的剛度，致使結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)減小，也就是使地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力減小，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力仍為眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)經(jīng)內(nèi)力調(diào)整設(shè)計(jì)的延性框架內(nèi)力，降低了設(shè)防烈度和罕遇地震影響時(shí)產(chǎn)生的地震作用，使上部眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)的延性框架結(jié)構(gòu)中內(nèi)力并未因砼框架結(jié)構(gòu)在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度和遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)增大，只是達(dá)到眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)經(jīng)內(nèi)力調(diào)整設(shè)計(jì)的延性框架內(nèi)力。

綜上所述，砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)仍然是眾值烈度下的彈性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，柱根設(shè)計(jì)內(nèi)力為眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)最不利組合內(nèi)力經(jīng)內(nèi)力調(diào)整設(shè)計(jì)的延性框架柱根內(nèi)力。

2 砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)原則

在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，地基基礎(chǔ)抗震設(shè)防應(yīng)遵循的原則是:

選擇有利的建筑場(chǎng)地。宜選擇對(duì)建筑物抗震有利的場(chǎng)地，如開闊平坦的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻的中硬場(chǎng)地土等場(chǎng)地。宜避開對(duì)建筑物抗震不利的場(chǎng)地，如易液化土地基、軟弱土地基和不均勻地基。如果無法避開對(duì)建筑物抗震不利的場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?/p>

加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性。如采取在基底配置構(gòu)造鋼筋，柱的下端與地梁固結(jié)等措施加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性。

增強(qiáng)基礎(chǔ)的防震性能。如通過合理加大基礎(chǔ)的埋置深度，增加基礎(chǔ)側(cè)面土體對(duì)地震的抑制作用，從而減少建筑物的振幅增強(qiáng)基礎(chǔ)的防震性能;通過正確選擇基礎(chǔ)類型，選擇整體性好的基礎(chǔ)類型，減輕震陷引起的不均勻沉降，從而減少上部建筑物的破壞，增強(qiáng)基礎(chǔ)的防震性能。

3 砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算及構(gòu)造應(yīng)滿足地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)要求

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)4.2.1規(guī)定:下列建筑可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算:1、本規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。2、地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱黏性土層的下列建筑:1)一般的單層廠房和單層空曠房屋;2)砌體房屋;3)不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墻房屋;4)基礎(chǔ)荷載與3)項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。除去上述規(guī)定的建筑外，其余建筑均應(yīng)進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。對(duì)于在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行抗震計(jì)算的淺基礎(chǔ)，多遇地震作用均應(yīng)參與組合，設(shè)計(jì)計(jì)算需要分別滿足眾值烈度下砼結(jié)構(gòu)和地基的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要求，配筋構(gòu)造只需要滿足砼結(jié)構(gòu)非抗震要求。

對(duì)于在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行抗震計(jì)算的淺基礎(chǔ)中地基的承載能力極限狀態(tài)，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)4.2.2規(guī)定:天然地基基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)采用地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，且地基抗震承載力應(yīng)取地基承載力特征值乘以地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)計(jì)算［3］。對(duì)于砼框架結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)非抗震設(shè)計(jì)中的地基的正常使用極限狀態(tài)，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)3.0.2規(guī)定:設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì);3.0.4規(guī)定:計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用［4］。對(duì)于砼框架結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)中地基的正常使用極限狀態(tài)，由于地震作用下地基變形過程十分復(fù)雜，在滿足砼框架結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)非抗震設(shè)計(jì)中的地基的正常使用極限狀態(tài)條件下，應(yīng)通過對(duì)砼框架結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)或地基基礎(chǔ)采取抗震措施去彌補(bǔ)。如對(duì)液化土地基、軟弱土地基和不均勻地基采取抗震措施去滿足砼框架結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)中地基的正常使用極限狀態(tài)。

對(duì)于在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行抗震計(jì)算的淺基礎(chǔ)中基礎(chǔ)的承載能力極限狀態(tài)，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)3.0.4規(guī)定:在確定基礎(chǔ)截面、計(jì)算基礎(chǔ)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合。對(duì)于在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行抗震計(jì)算的淺基礎(chǔ)中基礎(chǔ)的正常使用極限狀態(tài)，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)3.0.4規(guī)定:當(dāng)需要驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度時(shí)，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。也就是說，對(duì)于在砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行抗震計(jì)算的淺基礎(chǔ)，無論是承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合還是正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，多遇地震作用均應(yīng)參與組合，柱根設(shè)計(jì)內(nèi)力為眾值烈度(多遇烈度)下處于彈性狀態(tài)時(shí)最不利組合內(nèi)力經(jīng)內(nèi)力調(diào)整設(shè)計(jì)的延性框架柱根內(nèi)力。

由于砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)仍然是眾值烈度下的彈性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，在抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)不允許出現(xiàn)塑性鉸，因此淺基礎(chǔ)的構(gòu)造要求不需要考慮基礎(chǔ)的延性要求，只需要滿足砼結(jié)構(gòu)非抗震構(gòu)造要求。

總而言之，砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是眾值烈度下的彈性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，多遇地震作用均應(yīng)參與組合，柱根設(shè)計(jì)內(nèi)力為眾值烈度下處于彈性狀態(tài)時(shí)，最不利組合內(nèi)力經(jīng)內(nèi)力調(diào)整設(shè)計(jì)的延性框架柱根內(nèi)力，淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)按彈性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，不需要考慮基礎(chǔ)的延性要求，設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)遵循地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)原則，滿足地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)要求。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］張志俊.論砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)［J］.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(01):101.

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010:21～22.

［4］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002:6～9.