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建筑抗震设计标准

我的规范

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3.9.2

结构材料性能指标,应符合下列最低要求:

   1 砌体结构材料应符合下列规定:

       1)普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10,其砌筑砂浆强度等级不应低于M5;

       2)混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5,其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5。

   2 混凝土结构材料应符合下列规定:

       1)混凝土的强度等级,框支梁、框支柱及抗震等级为一、二级的框架梁、柱、节点核芯区,不应低于C30;构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20C25;

       2)抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段),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1.3,且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

   3 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。


3.9.3

结构材料性能指标,尚宜符合下列要求:

   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,也可采用符合抗震性能指标的HRB335级热轧钢筋;箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级的热轧钢筋,也可选用HPB300级热轧钢筋。

   注:钢筋的检验方法应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的规定。

   2 混凝土结构的混凝土强度等级,抗震墙不宜超过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Q345等级B、C、D、E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。

条文说明

   3.9.2、3.9.3 本规范标准对结构材料的要求分为强制性和非强制性两种。  
1 2010年修订时本次修订,将烧结黏土砖改为各种砖,适用范围更宽些。  
2 对钢筋混凝土结构中的混凝土强度等级有所限制,这是因为高强度混凝土具有脆性性质,且随强度等级提高而增加,在抗震设计中应考虑此因素,根据现有的试验研究和工程经验,现阶段混凝土墙体的强度等级不宜超过C60;其他构件,9度时不宜超过C60,8度时不宜超过C70。当耐久性有要求时,混凝土的最低强度等级,应遵守有关的规定。  此次局部修订,根据《建筑与市政工程抗震通用规范》GB 55002-2021、《混凝土结构通用规范》GB 55008-2021的相关规定,补充了抗震等级二级的框架梁、柱、节点核心区混凝土强度等级要求,提高了砌体结构中构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件的混凝土强度等级下限值。
3 2010年修订时本次修订,对一、二、三级抗震等级的框架,规定其普通纵向受力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,这是为了保证当构件某个部位出现塑性铰以后,塑性铰处有足够的转动能力与耗能能力;同时还规定了屈服强度实测值与标准值的比值,否则本规范标准为实现强柱弱梁、强剪弱弯所规定的内力调整将难以奏效。在2008年局部修订的基础上,要求框架梁、框架柱、框支梁、框支柱、板柱-抗震墙的柱,以及伸臂桁架的斜撑、楼梯的梯段等,纵向钢筋均应有足够的延性及钢筋伸长率的要求,是控制钢筋延性的重要性能指标。其取值依据产品标准《钢筋混凝土用钢 第2部分:热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007规定的钢筋抗震性能指标提出,凡钢筋产品标准中带E编号的钢筋,均属于符合抗震性能指标。本条的规定,是正规建筑用钢生产厂家的一般热轧钢筋均能达到的性能指标。从发展趋势考虑,不再推荐箍筋采用HPB235级钢筋;当然,现有生产的HPB235级钢筋仍可继续作为箍筋使用。  
4 钢结构中所用的钢材,应保证抗拉强度、屈服强度、冲击韧性合格及硫、磷和碳含量的限制值。对高层钢结构,按黑色冶金工业标准《高层建筑结构用钢板》YB 4104-2000的规定选用。抗拉强度是实际上决定结构安全储备的关键,伸长率反映钢材能承受残余变形量的程度及塑性变形能力,钢材的屈服强度不宜过高,同时要求有明显的屈服台阶,伸长率应大于20%,以保证构件具有足够的塑性变形能力,冲击韧性是抗震结构的要求。当采用国外钢材时,亦应符合我国国家标准的要求。结构钢材的性能指标,按钢材产品标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879-2005规定的性能指标,将分子、分母对换,改为屈服强度与抗拉强度的比值。  
5 国家产品标准《碳素结构钢》GB/T 700中,Q235钢分为A、B、C、D四个等级,其中A级钢不要求任何冲击试验值,并只在用户要求时才进行冷弯试验,且不保证焊接要求的含碳量,故不建议采用。国家产品标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591中,Q345钢分为A、B、C、D、E五个等级,其中A级钢不保证冲击韧性要求和延性性能的基本要求,故亦不建议采用。

3.9.4 已废止

在施工中,当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时,应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算,并应满足最小配筋率要求。

条文说明

3.9.4 混凝土结构施工中,往往因缺乏设计规定的钢筋型号(规格)而采用另外型号(规格)的钢筋代替,此时应注意替代后的纵向钢筋的总承载力设计值不应高于原设计的纵向钢筋总承载力设计值,以免造成薄弱部位的转移,以及构件在有影响的部位发生混凝土的脆性破坏(混凝土压碎、剪切破坏等)。  
除按照上述等承载力原则换算外,还应满足最小配筋率和钢筋间距等构造要求,并应注意由于钢筋的强度和直径改变会影响正常使用阶段的挠度和裂缝宽度。  
本条在2008年局部修订时提升为强制性条文,以加强对施工质量的监督和控制,实现预期的抗震设防目标。

3.9.5

采用焊接连接的钢结构,当接头的焊接拘束度较大、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。

条文说明

  3.9.5 厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性,由于在焊缝附近常形成约束,焊接时容易引起层状撕裂。国家产品标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313将厚度方向的断面收缩率分为Z15、Z25、Z35三个等级,并规定了试件取材方法和试件尺寸等要求。本条规定钢结构采用的钢材,当钢材板厚大于或等于40mm时,至少应符合Z15级规定的受拉试件截面收缩率。

3.9.6已废止

钢筋混凝土构造柱和底部框架-抗震墙房屋中的砌体抗震墙,其施工应先砌墙后浇构造柱和框架梁柱。

条文说明

3.9.6 为确保砌体抗震墙与构造柱、底层框架柱的连接,以提高抗侧力砌体墙的变形能力,要求施工时先砌墙后浇筑。    
本条在2008年局部修订提升为强制性条文。以加强对施工质量的监督和控制,实现预期的抗震设防目标。

3.9.7

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。对于抗震等级一级的墙体和转换层楼板与落地混凝土墙体的交接处,宜验算水平施工缝截面的受剪承载力。

条文说明

    3.9.7 本条是新增的,将2001规范第6.2.14条对施工的要求移此。抗震墙的水平施工缝处,由于混凝土结合不良,可能形成抗震薄弱部位。故规定一级抗震墙要进行水平施工缝处的受剪承载力验算。验算依据试验资料,考虑穿过施工缝处的钢筋处于复合受力状态,其强度采用0.6的折减系数,并考虑轴向压力的摩擦作用和轴向拉力的不利影响,计算公式如下:
图示暂不可用

3.10 建筑抗震性能化设计

3.10.1

当建筑结构采用抗震性能化设计时,应根据其抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性,建筑使用功能和附属设施的功能的要求、投资大小规模、震后的损失、社会影响和修复难易程度等,对选定的抗震性能目标提出进行技术和经济可行性综合分析和与论证。

条文说明

    3.10.1 考虑当前技术和经济条件,慎重发展性能化目标设计方法,本条明确规定需要进行可行性论证。  
性能化设计仍然是以现有的抗震科学水平和经济条件为前提的,一般需要综合考虑使用功能、设防烈度、结构的不规则程度和类型、结构发挥延性变形的能力、建筑和附属设施的功能要求、造价、震后的各种损失及修复难度等等因素。不同的抗震设防类别,其性能设计要求也有所不同。  
鉴于目前强烈地震下结构非线性分析方法的计算模型及参数的选用尚存在不少经验因素,缺少从强震记录、设计施工资料到实际震害的验证,对结构性能的判断难以十分准确,因此在性能目标选用中宜偏于安全一些。  
对确有需要在处于发震断裂避让区域建造房屋,以及在设防地震下需满足正常使用要求的建筑,抗震性能化设计是可供选择的设计手段之一。

3.11 建筑物地震反应观测系统

3.11.1 抗震设防烈度为7、8、9度时,高度分别超过160m、120m、80m的大型公共建筑,应按规定设置建筑结构的地震反应观测系统,建筑设计应留有观测仪器和线路的位置。

条文说明

3.11.1 2001规范提出了在建筑物内设置建筑物地震反应观测系统的要求。建筑物地震反应观测是发展地震工程和工程抗震科学的必要手段,我国过去限于基建资金,发展不快,这次在规范中予以规定,以促进其发展。

4场地、地基和基础

4.1 场 地

4.1.1

选择建筑场地时,应按表4.1.1划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。

条文说明

4.1.1 有利、不利和危险地段的划分,基本沿用历次规范的规定。本条中地形、地貌和岩土特性的影响是综合在一起加以评价的,这是因为由不同岩土构成的同样地形条件的地震影响是不同的。2001规范只列出了有利、不利和危险地段的划分,本次修订,明确其他地段划为可进行建设的一般场地。考虑到高含水量的可塑黄土在地震作用下会产生震陷,历次地震的震害也比较重,当地表存在结构性裂缝时对建筑物抗震也是不利的,因此将其列入不利地段。  
关于局部地形条件的影响,从国内几次大地震的宏观调查资料来看,岩质地形与非岩质地形有所不同。1970年云南通海地震和2008年汶川大地震的宏观调查表明,非岩质地形对烈度的影响比岩质地形的影响更为明显。如通海和东川的许多岩石地基上很陡的山坡,震害也未见有明显的加重。因此对于岩石地基的陡坡、陡坎等,本规范未列为不利的地段。但对于岩石地基的高度达数十米的条状突出的山脊和高耸孤立的山丘,由于鞭鞘效应明显,振动有所加大,烈度仍有增高的趋势。因此本规范均将其列为不利的地形条件。  
应该指出:有些资料中曾提出过有利和不利于抗震的地貌部位。本规范在编制过程中曾对抗震不利的地貌部位实例进行了分析,认为:地貌是研究不同地表形态形成的原因,其中包括组成不同地形的物质(即岩性)。也就是说地貌部位的影响意味着地表形态和岩性二者共同作用的结果,将场地土的影响包括进去了。但通过一些震害实例说明:当处于平坦的冲积平原和古河道不同地貌部位时,地表形态是基本相同的,造成古河道上房屋震害加重的原因主要因地基土质条件很差所致。因此本规范将地貌条件分别在地形条件与场地土中加以考虑,不再提出地貌部位这个概念。

4.1.2

建筑场地的类别划分,应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。


4.1.3

土层剪切波速的测量,应符合下列要求:

   1 在场地初步勘察阶段,对大面积的同一地质单元,测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于3个。

   2 在场地详细勘察阶段,对单幢建筑,测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个,测试数据变化较大时,可适量增加;对小区中处于同一地质单元内的密集建筑群,测试土层剪切波速的钻孔数量可适量减少,但每幢高层建筑和大跨空间结构的钻孔数量均不得少于1个。

   3 对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层、高度不超过24m的多层建筑,当无实测剪切波速时,可根据岩土名称和性状,按表4.1.3划分土的类型,再利用当地经验在表4.1.3的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。

4.1.4

建筑场地覆盖层厚度的确定,应符合下列要求:

   1 一般情况下,应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。

   2 当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层,且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时,可按地面至该土层顶面的距离确定。

   3 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体,应视同周围土层。

   4 土层中的火山岩硬夹层,应视为刚体,其厚度应从覆盖土层中扣除。

4.1.5

土层的等效剪切波速,应按下列公式计算:

4.1.6 已废止

建筑的场地类别,应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4.1.6划分为四类,其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4.1.6所列场地类别的分界线附近时,应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。

条文说明

4.1.2~4.1.6 89规范中的场地分类,是在尽量保持抗震规范延续性的基础上,进一步考虑了覆盖层厚度的影响,从而形成了以平均剪切波速和覆盖层厚度作为评定指标的双参数分类方法。  
为了在保障安全的条件下尽可能减少设防投资,在保持技术上合理的前提下适当扩大了Ⅱ类场地的范围。另外,由于我国规范中Ⅰ、Ⅱ类场的Tg值与国外抗震规范相比是偏小的,因此有意识地将Ⅰ类场地的范围划得比较小。  
在场地划分时,需要注意以下几点:  
1 关于场地覆盖层厚度的定义。要求其下部所有土层的波速均大于500m/s,在89规范的说明中已有所阐述。执行中常出现一见到大于500m/s的土层就确定覆盖厚度而忽略对以下各土层的要求,这种错误应予以避免。2001规范补充了当地面下某一下卧土层的剪切波速大于或等于400m/s且不小于相邻的上层土的剪切波速的2.5倍时,覆盖层厚度可按地面至该下卧层顶面的距离取值的规定。需要注意的是,只有当波速不小于400m/s且该土层以上的各土层的波速(不包括孤石和硬透镜体)都满足不大于该土层波速的40%时才可按该土层确定覆盖层厚度;而且这一规定只适用于当下卧层硬土层顶面的埋深大于5m时的情况。    
2 关于土层剪切波速的测试。2001规范的波速平均采用更富有物理意义的等效剪切波速的公式计算,即:
vse=do/t  
式中,do为场地评定用的计算深度,取覆盖层厚度和20m两者中的较小值,t为剪切波在地表与计算深度之间传播的时间。本次修订,初勘阶段的波速测试孔数量改为不宜小于3个。多层与高层建筑的分界,参照《民用建筑设计通则》改为24m。  
3 关于不同场地的分界。  
为了保持与89规范的延续性并与其他有关规范的协调,2001规范对89规范的规定作了调整,Ⅱ类、Ⅲ类场地的范围稍有扩大,并避免了89规范Ⅱ类至Ⅳ类的跳跃。作为一种补充手段,当有充分依据时,允许使用插入方法确定边界线附近(指相差±15%的范围)的Tg值。图7给出了一种连续化插入方案。 该图在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速vse平面上用等步长和按线性规则改变步长的方案进行连续化插入,相邻等值线的Tg值均相差0.01s。


本次修订,考虑到fak<200的黏性土和粉土的实测波速可能大于250m/s,将2001规范的中硬土与中软土地基承载力的分界改为fak>150。考虑到软弱土的指标140m/s与国际标准相比略偏低,将其改为150m/s。场地类别的分界也改为150m/s。  
考虑到波速为(500~800)m/s的场地还不是很坚硬,将原场地类别Ⅰ类场地(坚硬土或岩石场地)中的硬质岩石场地明确为Ⅰ0类场地。因此,土的类型划分也相应区分。硬质岩石的波速,我国核电站抗震设计为700m,美国抗震设计规范为760m,欧洲抗震规范为800m,从偏于安全方面考虑,调整为800m/s。  
4 高层建筑的场地类别问题是工程界关心的问题。按理论及实测,一般土层中的地震加速度随距地面深度而渐减。我国亦有对高层建筑修正场地类别(由高层建筑基底起算)或折减地震力建议。因高层建筑埋深常达10m以上,与浅基础相比,有利之处是:基底地震输入小了;但深基础的地震动输入机制很复杂,涉及地基土和结构相互作用,目前尚无公认的理论分析模型更未能总结出实用规律,因此暂不列入规范。深基础的高层建筑的场地类别仍按浅基础考虑。  
5 本条中规定的场地分类方法主要适用于剪切波速随深度呈递增趋势的一般场地,对于有较厚软夹层的场地,由于其对短周期地震动具有抑制作用,可以根据分析结果适当调整场地类别和设计地震动参数。  
6 新黄土是指Q3以来的黄土。

4.1.7

场地内存在发震断裂时,应对断裂的工程影响进行评价,并应符合下列要求:

   1 对符合下列规定之一的情况,可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响:

       1)抗震设防烈度小于8度;

       2)非全新世活动断裂;

       3)抗震设防烈度为8度和9度时,隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。

   2 对不符合本条1款规定的情况,应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表4.1.7对发震断裂最小避让距离的规定。在避让距离的范围内确有需要建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时,应按提高一度采取抗震措施,并提高基础和上部结构的整体性,且不得跨越断层线。
图示暂不可用

条文说明

    4.1.7 断裂对工程影响的评价问题,长期以来,不同学科之间存在着不同看法,经过近些年来的不断研究与交流,认为需要考虑断裂影响,这主要是指地震时老断裂重新错动直通地表,在地面产生位错,对建在位错带上的建筑,其破坏是不易用工程措施加以避免的。因此规范中划为危险地段应予避开。至于地震强度,一般在确定抗震设防烈度时已给予考虑。    
在活动断裂时间下限方面已取得了一致意见:即对—般的建筑工程只考虑1.0万年(全新世)以来活动过的断裂,在此地质时期以前的活动断裂可不予考虑。对于核电、水电等工程则应考虑10万年以来(晚更新世)活动过的断裂,晚更新世以前活动过的断裂亦可不予考虑。  
另外一个较为一致的看法是,在地震烈度小于8度的地区,可不考虑断裂对工程的错动影响,因为多次国内外地震中的破坏现象均说明,在小于8度的地震区,地面一般不产生断裂错动。  
目前尚有看法分歧的是关于隐伏断裂的评价问题,在基岩以上覆盖土层多厚,是什么土层,地面建筑就可以不考虑下部断裂的错动影响。根据我国近年来的地震宏观地表位错考察,学者们看法不够一致。有人认为30m厚土层就可以不考虑,有些学者认为是50m,还有人提出用基岩位错量大小来衡量,如土层厚度是基岩位错量的(25~30)倍以上就可不考虑等等。唐山地震震中区的地裂缝,经有关单位详细工作证明,不是沿地下岩石错动直通地表的构造断裂形成的,而是由于地面振动,表面应力形成的表层地裂。这种裂缝仅分布在地面以下3m左右,下部土层并未断开(挖探井证实),在采煤巷道中也未发现错动,对有一定深度基础的建筑物影响不大。  
为了对问题更深入的研究,由北京市勘察设计研究院在建设部抗震办公室申请立项,开展了发震断裂上覆土层厚度对工程影响的专项研究。此项研究主要采用大型离心机模拟实验,可将缩小的模型通过提高加速度的办法达到与原型应力状况相同的状态;为了模拟断裂错动,专门加工了模拟断裂突然错动的装置,可实现垂直与水平二种错动,其位错量大小是根据国内外历次地震不同震级条件下位错量统计分析结果确定的;上覆土层则按不同岩性、不同厚度分为数种情况。实验时的位错量为1.0m~4.0m,基本上包括了8度、9度情况下的位错量;当离心机提高加速度达到与原型应力条件相同时,下部基岩突然错动,观察上部土层破裂高度,以便确定安全厚度。根据实验结果,考虑一定的安全储备和模拟实验与地震时震动特性的差异,安全系数取为3,据此提出了8度、9度地区上覆土层安全厚度的界限值。应当说这是初步的,可能有些因素尚未考虑。但毕竟是第一次以模拟实验为基础的定量提法,跟以往的分析和宏观经验是相近的,有一定的可信度。2001规范根据搜集到的国内外地震断裂破裂宽度的资料提出了避让距离,这是宏观的分析结果,随着地震资料的不断积累将会得到补充与完善。  
近年来,北京市地震局在上述离心机试验基础上进行了基底断裂错动在覆盖土层中向上传播过程的更精细的离心机模拟,认为以前试验的结论偏于保守,可放宽对破裂带的避让要求。本次修订,考虑到原条文中“前第四纪基岩隐伏断裂”的含义不够明确,容易引起误解;这里的“断裂”只能是“全新世活动断裂”或其活动性不明的其他断裂。因此删除了原条文中“前第四纪基岩”这几个字。还需要说明的是,这里所说的避让距离是断层面在地面上的投影或到断层破裂线的距离,不是指到断裂带的距离。  
综合考虑历次大地震的断裂震害,离心机试验结果和我国地震区、特别是山区民居建造的实际情况,本次修订适度减少了避让距离,并规定当确实需要在避让范围内建造房屋时,仅限于建造分散的、不超过三层的丙、丁类建筑,同时应按提高一度采取抗震措施,并提高基础和上部结构的整体性,且不得跨越断层。  
严格禁止在避让范围内建造甲、乙类建筑。对于山区中可能发生滑坡的地带,属于特别危险的地段,严禁建造民居。

4.1.8 已废止

当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时,除保证其在地震作用下的稳定性外,尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用,其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值应根据不利地段的具体情况确定,在1.1~1.6范围内采用。

条文说明

4.1.8 本条考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用,主要依据宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。所谓局部突出地形主要是指山包、山梁和悬崖、陡坎等,情况比较复杂,对各种可能出现的情况的地震动参数的放大作用都作出具体的规定是很困难的。从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总趋势,大致可以归纳为以下几点:①高突地形距离基准面的高度愈大,高处的反应愈强烈;②离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大,反应相对减小;③从岩土构成方面看,在同样地形条件下,土质结构的反应比岩质结构大;④高突地形顶面愈开阔,远离边缘的中心部位的反应是明显减小的;⑤边坡愈陡,其顶部的放大效应相应加大。基于以上变化趋势,以突出地形的高差H,坡降角度的正切H/L以及场址距突出地形边缘的相对距离L1/H为参数,归纳出各种地形的地震力放大作用如下:

条文中规定的最大增大幅度0.6是根据分析结果和综合判断给出的。本条的规定对各种地形,包括山包、山梁、悬崖、陡坡都可以应用。  
本条在2008年局部修订时提升为强制性条文。

4.1.9

场地岩土工程勘察,应根据实际需要划分的对建筑有利、一般、不利和危险的地段,提供建筑的场地类别和岩土地震稳定性(含滑坡、崩塌、液化和震陷特性)评价,对需要采用时程分析法补充计算的建筑,尚应根据设计要求提供土层剖面、场地覆盖层厚度和有关的动力参数。

条文说明

4.1.9 本条属于强制性条文。  
勘察内容应根据实际的土层情况确定:有些地段,既不属于有利地段也不属于不利地段,而属于一般地段;不存在饱和砂土和饱和粉土时,不判别液化,若判别结果为不考虑液化,也不属于不利地段;无法避开的不利地段,要在详细查明地质、地貌、地形条件的基础上,提供岩土稳定性评价报告和相应的抗震措施。  
场地地段的划分,是在选择建筑场地的勘察阶段进行的,要根据地震活动情况和工程地质资料进行综合评价。对软弱土、液化土等不利地段,要按规范的相关规定提出相应的措施。  
场地类别划分,不要误为“场地土类别”划分,要依据场地覆盖层厚度和场地土层软硬程度这两个因素。其中,土层软硬程度不再采用89规范的“场地土类型”这个提法,一律采用“土层的等效剪切波速”值予以反映。

4.2 天然地基和基础

4.2.1

下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算:

   1 本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:

       1)一般的单层厂房和单层空旷房屋;

       2)砌体房屋;

       3)不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋;

       4)基础荷载与3)项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。

   注:软弱黏性土层指7度、8度和9度时,地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层。

条文说明

   4.2.1 我国多次强烈地震的震害经验表明,在遭受破坏的建筑中,因地基失效导致的破坏较上部结构惯性力的破坏为少,这些地基主要由饱和松砂、软弱黏性土和成因岩性状态严重不均匀的土层组成。大量的一般的天然地基都具有较好的抗震性能。因此89规范规定了天然地基可以不验算的范围。  
本次修订的内容如下:  
1 将可不进行天然地基和基础抗震验算的框架房屋的层数和高度作了更明确的规定。考虑到砌体结构也应该满足2001规范条文第二款中的前提条件,故也将其列入本条文的第二款中。  
2 限制使用黏土砖以来,有些地区改为建造多层的混凝土抗震墙房屋,当其基础荷载与一般民用框架相当时,由于其地基基础情况与砌体结构类同,故也可不进行抗震承载力验算。条文中主要受力层包括地基中的所有压缩层。

4.2.2 已废止

天然地基基础抗震验算时,应采用地震作用效应标准组合,且地基抗震承载力应取地基承载力特征值乘以地基抗震承载力调整系数计算。

4.2.3

地基抗震承载力应按下式计算:

条文说明

    4.2.2、4.2.3 在天然地基抗震验算中,对地基土承载力特征值调整系数的规定,主要参考国内外资料和相关规范的规定,考虑了地基土在有限次循环动力作用下强度一般较静强度提高和在地震作用下结构可靠度容许有一定程度降低这两个因素。  
在2001规范中,增加了对黄土地基的承载力调整系数的规定,此规定主要根据国内动、静强度对比试验结果。静强度是在预湿与固结不排水条件下进行的。破坏标准是:对软化型土取峰值强度,对硬化型土取应变为15%的对应强度,由此求得黄土静抗剪强度指标Cs、φs值。    
动强度试验参数是:均压固结取双幅应变5%,偏压固结取总应变为10%;等效循环数按7、7.5及8级地震分别对应12、20及30次循环。取等价循环数所对应的动应力σd,绘制强度包线,得到动抗剪强度指标Cd及φd。  
动静强度比为:

4.2.4

验算天然地基地震作用下的竖向承载力时,按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应符合下列各式要求:

高宽比大于4的高层建筑,在地震作用下基础底面不宜出现脱离区(零应力区);其他建筑,基础底面与地基土之间脱离区(零应力区)面积不应超过基础底面面积的15%。

条文说明

  4.2.4 地基基础的抗震验算,一般采用所谓“拟静力法”,此法假定地震作用如同静力,然后在这种条件下验算地基和基础的承载力和稳定性。所列的公式主要是参考相关规范的规定提出的,压力的计算应采用地震作用效应标准组合,即各作用分项系数均取1.0的组合。

4.3 液化土和软土地基

4.3.1

饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的液化判别和地基处理,6度时,一般情况下可不进行判别和处理,但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理,7~9度时,乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。

条文说明

  4.3.1 本条规定主要依据液化场地的震害调查结果。许多资料表明在6度区液化对房屋结构所造成的震害是比较轻的,因此本条规定除对液化沉陷敏感的乙类建筑外,6度区的一般建筑可不考虑液化影响。当然,6度的甲类建筑的液化问题也需要专门研究。    
关于黄土的液化可能性及其危害在我国的历史地震中虽不乏报导,但缺乏较详细的评价资料,在20世纪50年代以来的多次地震中,黄土液化现象很少见到,对黄土的液化判别尚缺乏经验,但值得重视。近年来的国内外震害与研究还表明,砾石在一定条件下也会液化,但是由于黄土与砾石液化研究资料还不够充分,暂不列入规范,有待进一步研究。

4.3.2

地面下存在饱和砂土和饱和粉土时,除6度外,应进行液化判别;存在液化土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级,结合具体情况采取相应的措施。

   注:本条饱和土液化判别要求不含黄土、粉质黏土。

条文说明

4.3.2 本条是有关液化判别和处理的强制性条文。  
本条较全面地规定了减少地基液化危害的对策:首先,液化判别的范围为,除6度设防外存在饱和砂土和饱和粉土的土层;其次,一旦属于液化土,应确定地基的液化等级;最后,根据液化等级和建筑抗震设防分类,选择合适的处理措施,包括地基处理和对上部结构采取加强整体性的相应措施等。

4.3.3

饱和的砂土或粉土(不含黄土),当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(Q3)及其以前时,7、8度时可判为不液化。

   2 粉土的黏粒(粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率,7度、8度和9度分别不小于10、13和16时,可判为不液化土。

   注:用于液化判别的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定,采用其他方法时应按有关规定换算。

   3 浅埋天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时,可不考虑液化影响:

条文说明

  4.3.3 89规范初判的提法是根据20世纪50年代以来历次地震对液化与非液化场地的实际考察、测试分析结果得出来的。从地貌单元来讲这些地震现场主要为河流冲洪积形成的地层,没有包括黄土分布区及其他沉积类型。如唐山地震震中区(路北区)为滦河二级阶地,地层年代为晚更新世(Q3)地层,对地震烈度10度区考察,钻探测试表明,地下水位为3m~4m,表层为3m左右的黏性土,其下即为饱和砂层,在10度情况下没有发生液化,而在一级阶地及高河漫滩等地分布的地质年代较新的地层,地震烈度虽然只有7度和8度却也发生了大面积液化,其他震区的河流冲积地层在地质年代较老的地层中也未发现液化实例。国外学者T. L. Youd和Perkins的研究结果表明:饱和松散的水力冲填土差不多总会液化,而且全新世的无黏性土沉积层对液化也是很敏感的,更新世沉积层发生液化的情况很罕见,前更新世沉积层发生液化则更是罕见。这些结论是根据1975年以前世界范围的地震液化资料给出的,并已被1978年日本的两次大地震以及1977年罗马尼亚地震液化现象所证实。  
89规范颁发后,在执行中不断有些单位和学者提出液化初步判别中第1款在有些地区不适合。从举出的实例来看,多为高烈度区(10度以上)黄土高原的黄土状土,很多是古地震从描述等方面判定为液化的,没有现代地震液化与否的实际数据。有些例子是用现行公式判别的结果。  
根据诸多现代地震液化资料分析认为,89规范中有关地质年代的判断条文除高烈度区中的黄土液化外都能适用。为慎重起见,2001规范将此款的适用范围改为局限于7、8度区。

4.3.4

当饱和砂土、粉土的初步判别认为需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面下20m范围内土的液化;但对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑,可只判别地面下15m范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数(未经杆长修正)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。

   在地面下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:

条文说明

    4.3.4 89规范关于地基液化判别方法,在地震区工程项目地基勘察中已广泛应用。2001规范的砂土液化判别公式,在地面下15m范围内与89规范完全相同,是对78版液化判别公式加以改进得到的:保持了15m内随深度直线变化的简化,但减少了随深度变化的斜率(由0.125改为0.10),增加了随水位变化的斜率(由0.05改为0.10),使液化判别的成功率比78规范有所增加。  
随着高层及超高层建筑的不断发展,基础埋深越来越大。高大的建筑采用桩基和深基础,要求判别液化的深度也相应加大,判别深度为15m,已不能满足这些工程的需要。由于15m以下深层液化资料较少,从实际液化与非液化资料中进行统计分析尚不具备条件。在20世纪50年代以来的历次地震中,尤其是唐山地震,液化资料均在15m以内,图4.3.4中15m下的曲线是根据统计得到的经验公式外推得到的结果。国外虽有零星深层液化资料,但也不太确切。根据唐山地震资料及美国H.B. Seed教授资料进行分析的结果,其液化临界值沿深度变化均为非线性变化。为了解决15m以下液化判别,2001规范对唐山地震砂土液化研究资料、美国H. B. Seed教授研究资料和我国铁路工程抗震设计规范中的远震液化判别方法与89建筑规范判别方法的液化临界值(Ncr)沿深度的变化情况,以8度区为例做了对比,见图8。

从图8可以明显看出:在设计地震一组(或89规范的近震情况,N0=10),深度为12m以上时,各种方法的临界锤击数较接近,相差不大;深度15m~20m范围内,铁路抗震规范方法比H.B.Seed资料要大1.2击~1.5击,89规范由于是线性延伸,比铁路抗震规范方法要大1.8击~8.4击,是偏于保守的。经过比较分析,2001规范考虑到判别方法的延续性及广大工程技术人员熟悉程度,仍采用线性判别方法。15m~20m深度范围内取15m深度处的Ncr值进行判别,这样处理与非线性判别方法也较为接近。铁路抗震规范N0值,如8度取10,则Ncr值在15m~20m范围内比2001规范小1.4击~1.8击。经过全面分析对比后,认为这样调整方案既简便又与其他方法接近。  
本次修订的变化如下:  
1 液化判别深度。一般要求将液化判别深度加深到20m,对于本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑,可只判别地面下15m范围内土的液化。  
2 液化判别公式。自1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震以来,北美和日本都对其使用的地震液化简化判别方法进行了改进与完善,1996、1997年美国举行了专题研讨会,2000年左右,日本的几本规范皆对液化判别方法进行了修订。考虑到影响土壤液化的因素很多,而且它们具有显著的不确定性,采用概率方法进行液化判别是一种合理的选择。自1988年以来,特别是20世纪末和21世纪初,国内外在砂土液化判别概率方法的研究都有了长足的进展。我国学者在H.B.Seed的简化液化判别方法的框架下,根据人工神经网络模型与我国大量的液化和未液化现场观测数据,可得到极限状态时的液化强度比函数,建立安全裕量方程,利用结构系统的可靠度理论可得到液化概率与安全系数的映射函数,并可给出任一震级不同概率水平、不同地面加速度以及不同地下水位和埋深的液化临界锤击数。式(4.3.4)是基于以上研究结果并考虑规范延续性修改而成的。选用对数曲线的形式来表示液化临界锤击数随深度的变化,比2001规范折线形式更为合理。  
考虑一般结构可接受的液化风险水平以及国际惯例,选用震级M=7.5,液化概率PL=0.32,水位为2m,埋深为3m处的液化临界锤击数作为液化判别标准贯入锤击数基准值,见正文表4.3.4。不同地震分组乘以调整系数。研究表明,理想的调整系数β与震级大小有关,可近似用式β=0.25M-0.89表示。鉴于本规范规定按设计地震分组进行抗震设计,而各地震分组之间又没有明确的震级关系,因此本条依据2001规范两个地震组的液化判别标准以及β值所对应的震级大小的代表性,规定了三个地震组的β数值。  
以8度第一组地下水位2m为例,本次修订后的液化临界值随深度变化也在图8中给出。可以看到,其临界锤击数与2001规范相差不大。

4.3.5

对存在液化砂土层、粉土层的地基,应探明各液化土层的深度和厚度,按下式计算每个钻孔的液化指数,并按表4.3.5综合划分地基的液化等级:
图示暂不可用

条文说明

  4.3.5 本条提供了一个简化的预估液化危害的方法,可对场地的喷水冒砂程度、一般浅基础建筑的可能损坏,作粗略的预估,以便为采取工程措施提供依据。  
1 液化指数表达式的特点是:为使液化指数为无量纲参数,权函数W具有量纲m-1;权函数沿深度分布为梯形,其图形面积判别深度20m时为125。  
2 液化等级的名称为轻微、中等、严重三级;各级的液化指数、地面喷水冒砂情况以及对建筑危害程度的描述见表4,系根据我国百余个液化震害资料得出的。

2001规范中,层位影响权函数值Wi的确定考虑了判别深度为15m和20m两种情况。本次修订明确采用20m判别深度。因此,只保留原条文中的判别深度为20m情况的Wi确定方案和液化等级与液化指数的对应关系。对本规范第4.2.1条规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑,计算液化指数时15m地面下的土层均视为不液化。

4.3.6

当液化砂土层、粉土层较平坦且均匀时,宜按表4.3.6选用地基抗液化措施;尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响,根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。

   不宜将未经处理的的液化土层作为天然地基持力层。

条文说明

   4.3.6 抗液化措施是对液化地基的综合治理,89规范已说明要注意以下几点:    
1 倾斜场地的土层液化往往带来大面积土体滑动,造成严重后果,而水平场地土层液化的后果一般只造成建筑的不均匀下沉和倾斜,本条的规定不适用于坡度大于10°的倾斜场地和液化土层严重不均的情况;  
2 液化等级属于轻微者,除甲、乙类建筑由于其重要性需确保安全外,一般不作特殊处理,因为这类场地可能不发生喷水冒砂,即使发生也不致造成建筑的严重震害;  
3 对于液化等级属于中等的场地,尽量多考虑采用较易实施的基础与上部结构处理的构造措施,不一定要加固处理液化土层;  
4 在液化层深厚的情况下,消除部分液化沉陷的措施,即处理深度不一定达到液化下界而残留部分未经处理的液化层。  
本次修订继续保持2001规范针对89规范的修改内容:  
1 89规范中不允许液化地基作持力层的规定有些偏严,改为不宜将未加处理的液化土层作为天然地基的持力层。因为:理论分析与振动台试验均已证明液化的主要危害来自基础外侧,液化持力层范围内位于基础直下方的部位其实最难液化,由于最先液化区域对基础直下方未液化部分的影响,使之失去侧边土压力支持。在外侧易液化区的影响得到控制的情况下,轻微液化的土层是可以作为基础的持力层的,例如:    
  例1,1975年海城地震中营口宾馆筏基以液化土层为持力层,震后无震害,基础下液化层厚度为4.2m,为筏基宽度的1/3左右,液化土层的标贯锤击数N=2~5,烈度为7度。在此情况下基础外侧液化对地基中间部分的影响很小。    
  例2,1995年日本阪神地震中有数座建筑位于液化严重的六甲人工岛上,地基未加处理而未遭液化危害的工程实录(见松尾雅夫等人论文,载“基础工”96年11期,P54):      
   ①仓库二栋,平面均为36m×24m,设计中采用了补偿式基础,即使仓库满载时的基底压力也只是与移去的土自重相当。地基为欠固结的可液化砂砾,震后有震陷,但建筑物无损,据认为无震害的原因是:液化后的减震效果使输入基底的地震作用削弱;补偿式筏式基础防止了表层土喷砂冒水;良好的基础刚度可使不均匀沉降减小;采用了吊车轨道调平,地脚螺栓加长等构造措施以减少不均匀沉降的影响。        
  ②平面为116.8m×54.5m的仓库建在六甲人工岛厚15m的可液化土上,设计时预期建成后欠固结的黏土下卧层尚可能产生1.1m~1.4m的沉降。为防止不均匀沉降及液化,设计中采用了三方面的措施:补偿式基础+基础下2m深度内以水泥土加固液化层+防止不均匀沉降的构造措施。地震使该房屋产生震陷,但情况良好。      
例3,震害调查与有限元分析显示,当基础宽度与液化层厚之比大于3时,则液化震陷不超过液化层厚的1%,不致引起结构严重破坏。  
因此,将轻微和中等液化的土层作为持力层不是绝对不允许,但应经过严密的论证。  
2 液化的危害主要来自震陷,特别是不均匀震陷。震陷量主要决定于土层的液化程度和上部结构的荷载。由于液化指数不能反映上部结构的荷载影响,因此有趋势直接采用震陷量来评价液化的危害程度。例如,对4层以下的民用建筑,当精细计算的平均震陷值SE<5cm时,可不采取抗液化措施,当SE=5cm~15cm时,可优先考虑采取结构和基础的构造措施,当SE>15cm时需要进行地基处理,基本消除液化震陷;在同样震陷量下,乙类建筑应该采取较丙类建筑更高的抗液化措施。  
依据实测震陷、振动台试验以及有限元法对一系列典型液化地基计算得出的震陷变化规律,发现震陷量取决于液化土的密度(或承载力)、基底压力、基底宽度、液化层底面和顶面的位置和地震震级等因素,曾提出估计砂土与粉土液化平均震陷量的经验方法如下:

采用以上经验方法计算得到的震陷值,与日本的实测震陷基本符合;但与国内资料的符合程度较差,主要的原因可能是:国内资料中实测震陷值常常是相对值,如相对于车间某个柱子或相对于室外地面的震陷;地质剖面则往往是附近的,而不是针对所考察的基础的;有的震陷值(如天津上古林的场地)含有震前沉降及软土震陷;不明确沉降值是最大沉降或平均沉降。  
鉴于震陷量的评价方法目前还不够成熟,因此本条只是给出了必要时可以根据液化震陷量的评价结果适当调整抗液化措施的原则规定。

4.3.7

全部消除地基液化沉陷的措施,应符合下列要求:

   1 采用桩基时,桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度(不包括桩尖部分),应按计算确定,且对碎石土,砾、粗、中砂,坚硬黏性土和密实粉土尚不应小于0.8m,对其他非岩石土尚不宜小于1.5m。

   2 采用深基础时,基础底面应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(如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等)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规范第4.3.4条规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。

   4 用非液化土替换全部液化土层,或增加上覆非液化土层的厚度。

   5 采用加密法或换土法处理时,在基础边缘以外的处理宽度,应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。


4.3.8

部分消除地基液化沉陷的措施,应符合下列要求:

   1 处理深度应使处理后的地基液化指数减少,其值不宜大于5;大面积筏基、箱基的中心区域,处理后的液化指数可比上述规定降低1;对独立基础和条形基础,尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。

   注:中心区域指位于基础外边界以内沿长宽方向距外边界大于相应方向1/4长度的区域。

   2 采用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按本规范第4.3.4条规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。

   3 基础边缘以外的处理宽度,应符合本规范第4.3.7条5款的要求。

   4 采取减小液化震陷的其他方法,如增厚上覆非液化土层的厚度和改善周边的排水条件等。

4.3.9

减轻液化影响的基础和上部结构处理,可综合采用下列各项措施:

   1 选择合适的基础埋置深度。

   2 调整基础底面积,减少基础偏心。

   3 加强基础的整体性和刚度,如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条形基础,加设基础圈梁等。

   4 减轻荷载,增强上部结构的整体刚度和均匀对称性,合理设置沉降缝,避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等。

   5 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。

条文说明

  4.3.7~4.3.9 在这几条中规定了消除液化震陷和减轻液化影响的具体措施,这些措施都是在震害调查和分析判断的基础上提出来的。  
采用振冲加固或挤密碎石桩加固后构成了复合地基。此时,如桩间土的实测标贯值仍低于本规范4.3.4条规定的临界值,不能简单判为液化。许多文献或工程实践均已指出振冲桩或挤密碎石桩有挤密、排水和增大桩身刚度等多重作用,而实测的桩间土标贯值不能反映排水的作用。因此,89规范要求加固后的桩间土的标贯值应大于临界标贯值是偏保守的。  
新的研究成果与工程实践中,已提出了一些考虑桩身强度与排水效应的方法,以及根据桩的面积置换率和桩土应力比适当降低复合地基桩间土液化判别的临界标贯值的经验方法,2001规范将“桩间土的实测标贯值不应小于临界标贯锤击数”的要求,改为“不宜”。本次修订继续保持。  
注意到历次地震的震害经验表明,筏基、箱基等整体性好的基础对抗液化十分有利。例如1975年海城地震中,营口市营口饭店直接坐落在4.2m厚的液化土层上,震后仅沉降缝(筏基与裙房间)有错位;1976年唐山地震中,天津医院12.8m宽的筏基下有2.3m的液化粉土,液化层距基底3.5m,未做抗液化处理,震后室外有喷水冒砂,但房屋基本不受影响。1995年日本神户地震中也有许多类似的实例。实验和理论分析结果也表明,液化往往最先发生在房屋基础下外侧的地方,基础中部以下是最不容易液化的。因此对大面积箱形基础中部区域的抗液化措施可以适当放宽要求。

4.3.10

在故河道以及临近河岸、海岸和边坡等有液化侧向扩展或流滑可能的地段内不宜修建永久性建筑,否则应进行抗滑动验算、采取防土体滑动措施或结构抗裂措施。

条文说明

    4.3.10 本条规定了有可能发生侧扩或流动时滑动土体的最危险范围并要求采取土体抗滑和结构抗裂措施。    
1 液化侧扩地段的宽度来自1975年海城地震、1976年唐山地震及1995年日本阪神地震对液化侧扩区的大量调查。根据对阪神地震的调查,在距水线50m范围内,水平位移及竖向位移均很大;在50m~150m范围内,水平地面位移仍较显著;大于150m以后水平位移趋于减小,基本不构成震害。上述调查结果与我国海城、唐山地震后的调查结果基本一致:海河故道、滦运河、新滦河、陡河岸波滑坍范围约距水线100m~150m,辽河、黄河等则可达500m。  
2 侧向流动土体对结构的侧向推力,根据阪神地震后对受害结构的反算结果得到的:1)非液化上覆土层施加于结构的侧压相当于被动土压力,破坏土楔的运动方向是土楔向上滑而楔后土体向下,与被动土压发生时的运动方向一致;2)液化层中的侧压相当于竖向总压的1/3;3)桩基承受侧压的面积相当于垂直于流动方向桩排的宽度。  
3 减小地裂对结构影响的措施包括:1)将建筑的主轴沿平行河流放置;2)使建筑的长高比小于3;3)采用筏基或箱基,基础板内应根据需要加配抗拉裂钢筋,筏基内的抗弯钢筋可兼作抗拉裂钢筋,抗拉裂钢筋可由中部向基础边缘逐段减少。当土体产生引张裂缝并流向河心或海岸线时,基础底面的极限摩阻力形成对基础的撕拉力,理论上,其最大值等于建筑物重力荷载之半乘以土与基础间的摩擦系数,实际上常因基础底面与土有部分脱离接触而减少。

4.3.11

地基中软弱黏性土层的震陷判别,可采用下列方法。饱和粉质黏土震陷的危害性和抗震陷措施应根据沉降和横向变形大小等因素综合研究确定,8度(0.30g)和9度时,当塑性指数小于15且符合下式规定的饱和粉质黏土可判为震陷性软土。

4.3.12

地基主要受力层范围内存在软弱黏性土层和高含水量的可塑性黄土时,应结合具体情况综合考虑,采用桩基、地基加固处理或本规范第4.3.9条的各项措施,也可根据软土震陷量的估计,采取相应措施。

条文说明

4.3.11、4.3.12 从1976年唐山地震、1999年我国台湾和土耳其地震中的破坏实例分析,软土震陷确是造成震害的重要原因,实有明确判别标准和抗御措施之必要。  
我国《构筑物抗震设计规范》GB 50191的1993年版根据唐山地震经验,规定7度区不考虑软土震陷;8度区fak大于100kPa,9度区fak大于120kPa的土亦可不考虑。但上述规定有以下不足:    
(1)缺少系统的震陷试验研究资料。    
(2)震陷实录局限于津塘8、9度地区,7度区是未知的空白;不少7度区的软土比津塘地区(唐山地震时为8、9度区)要差,津塘地区的多层建筑在8、9度地震时产生了15cm~30cm的震陷,比它们差的土在7度时是否会产生大于5cm的震陷?初步认为对7度区fk<70kPa的软土还是应该考虑震陷的可能性并宜采用室内动三轴试验和H.B.Seed简化方法加以判定。    
(3)对8、9度规定的fak值偏于保守。根据天津实际震陷资料并考虑地震的偶发性及所需的设防费用,暂时规定软土震陷量小于5cm者可不采取措施,则8度区fak>90kPa及9度区fak>100kPa的软土均可不考虑震陷的影响。    
对少黏性土的液化判别,我国学者最早给出了判别方法。1980年汪闻韶院士提出根据液限、塑限判别少黏性土的地震液化,此方法在国内已获得普遍认可,在国际上也有一定影响。我国水利和电力部门的地质勘察规范已将此写入条文。虽然近几年国外学者[Bray et al.(2004)、Seed et al.(2003)、Martin et al.(2000)等]对此判别方法进行了改进,但基本思路和框架没变。本次修订,借鉴和考虑了国内外学者对该判别法的修改意见,及《水利水电工程地质勘察规范》GB 50478和《水工建筑物抗震设计规范》DL 5073的有关规定,增加了软弱粉质土震陷的判别法。  
对自重湿陷性黄土或黄土状土,研究表明具有震陷性。若孔隙比大于0.8,当含水量在缩限(指固体与半固体的界限)与25%之间时,应该根据需要评估其震陷量。对含水量在25%以上的黄土或黄土状土的震陷量可按一般软土评估。关于软土及黄土的可能震陷目前已有了一些研究成果可以参考。例如,当建筑基础底面以下非软土层厚度符合表5中的要求时,可不采取消除软土地基的震陷影响措施。

4.4 桩 基

4.4.1

承受竖向荷载为主的低承台桩基,当地面下无液化土层,且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力特征值不大于100kPa的填土时,下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算:

   1 6度~8度时的下列建筑:

       1)一般的单层厂房和单层空旷房屋;

       2)不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架房屋和框架-抗震墙房屋;

       3)基础荷载与2)项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。

   2 本规范第4.2.1条之1款规定且采用桩基的建筑及砌体房屋。

条文说明

4.4.1 根据桩基抗震性能一般比同类结构的天然地基要好的宏观经验,继续保留89规范关于桩基不验算范围的规定。    
本次修订,进一步明确了本条的适用范围。限制使用黏土砖以来,有些地区改为建造多层的混凝土抗震墙房屋和框架-抗震墙房屋,当其基础荷载与一般民用框架相当时,也可不进行桩基的抗震承载力验算。

4.4.2

非液化土中低承台桩基的抗震验算,应符合下列规定:

   1 单桩的竖向和水平向抗震承载力特征值,可均比非抗震设计时提高25%。

   2 当承台周围的回填土夯实至干密度不小于现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007对填土的要求时,可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用;但不应计入承台底面与地基土间的摩擦力。


条文说明

  4.4.2 桩基抗震验算方法已与《构筑物抗震设计规范》GB 50191和《建筑桩基技术规范》JGJ 94等协调。  
关于地下室外墙侧的被动土压与桩共同承担地震水平力问题,大致有以下做法:假定由桩承担全部地震水平力;假定由地下室外的土承担全部水平力;由桩、土分担水平力(或由经验公式求出分担比,或用m法求土抗力或由有限元法计算)。目前看来,桩完全不承担地震水平力的假定偏于不安全,因为从日本的资料来看,桩基的震害是相当多的,因此这种做法不宜采用;由桩承受全部地震力的假定又过于保守。日本1984年发布的“建筑基础抗震设计规程”提出下列估算桩所承担的地震剪力的公式:  

上述公式主要根据是对地上(3~10)层、地下(1~4)层、平面14m×14m的塔楼所作的一系列试算结果。在这些计算中假定抗地震水平的因素有桩、前方的被动土抗力,侧面土的摩擦力三部分。土性质为标贯值N=10~20,q(单轴压强)为0.5kg/cm2~1.0kg/cm2(黏土)。土的摩擦抗力与水平位移成以下弹塑性关系:位移≤1cm时抗力呈线性变化,当位移>1cm时抗力保持不变。被动土抗力最大值取朗肯被动土压,达到最大值之前土抗力与水平位移呈线性关系。由于背景材料只包括高度45m以下的建筑,对45m以上的建筑没有相应的计算资料。但从计算结果的发展趋势推断,对更高的建筑其值估计不超过0.9,因而桩负担的地震力宜在(0.3~0.9)V0之间取值。    
关于不计桩基承台底面与土的摩阻力为抗地震水平力的组成部分问题:主要是因为这部分摩阻力不可靠:软弱黏性土有震陷问题,一般黏性土也可能因桩身摩擦力产生的桩间土在附加应力下的压缩使土与承台脱空;欠固结土有固结下沉问题;非液化的砂砾则有震密问题等。实践中不乏有静载下桩台与土脱空的报导,地震情况下震后桩台与土脱空的报导也屡见不鲜。此外,计算摩阻力亦很困难,因为解答此问题须明确桩基在竖向荷载作用下的桩、土荷载分担比。出于上述考虑,为安全计,本条规定不应考虑承台与土的摩擦阻抗。  
对于疏桩基础,如果桩的设计承载力按桩极限荷载取用则可以考虑承台与土间的摩阻力。因为此时承台与土不会脱空,且桩、土的竖向荷载分担比也比较明确。

4.4.3

存在液化土层的低承台桩基抗震验算,应符合下列规定:

   1 承台埋深较浅时,不宜计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。

   2 当桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时,可按下列二种情况进行桩的抗震验算,并按不利情况设计:

       1)桩承受全部地震作用,桩承载力按本规范第4.4.2条取用,液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以表4.4.3的折减系数。

2)地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用,桩承载力仍按本规范第4.4.2条1款取用,但应扣除液化土层的全部摩阻力及桩承台下2m深度范围内非液化土的桩周摩阻力。

   3 打入式预制桩及其他挤土桩,当平均桩距为2.5~4倍桩径且桩数不少于5×5时,可计入打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。当打桩后桩间土的标准贯入锤击数值达到不液化的要求时,单桩承载力可不折减,但对桩尖持力层作强度校核时,桩群外侧的应力扩散角应取为零。打桩后桩间土的标准贯入锤击数宜由试验确定,也可按下式计算:

条文说明

4.4.3 本条中规定的液化土中桩的抗震验算原则和方法主要考虑了以下情况:  
1 不计承台旁的土抗力或地坪的分担作用是出于安全考虑,拟将此作为安全储备,主要是目前对液化土中桩的地震作用与土中液化进程的关系尚未弄清。    
2 根据地震反应分析与振动台试验,地面加速度最大时刻出现在液化土的孔压比为小于1(常为0.5~0.6)时,此时土尚未充分液化,只是刚度比未液化时下降很多,因之对液化土的刚度作折减。折减系数的取值与构筑物抗震设计规范基本一致。  
3 液化土中孔隙水压力的消散往往需要较长的时间。地震时土中孔压不会排泄消散,往往于震后才出现喷砂冒水,这一过程通常持续几小时甚至一二天,其间常有沿桩与基础四周排水现象,这说明此时桩身摩阻力已大减,从而出现竖向承载力不足和缓慢的沉降,因此应按静力荷载组合校核桩身的强度与承载力。  
式(4.4.3)主要根据由工程实践中总结出来的打桩前后土性变化规律,并已在许多工程实例中得到验证。

4.4.4

处于液化土中的桩基承台周围,宜用密实干土填筑夯实,若用砂土或粉土则应使土层的标准贯入锤击数不小于本规范第4.3.4条规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。

4.4.5 已废止

液化土和震陷软土中桩的配筋范围,应自桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的深度,其纵向钢筋应与桩顶部相同,箍筋应加粗和加密。

条文说明

4.4.5 本条在保证桩基安全方面是相当关键的。桩基理论分析已经证明,地震作用下的桩基在软、硬土层交界面处最易受到剪、弯损害。日本1995年阪神地震后对许多桩基的实际考查也证实了这一点,但在采用m法的桩身内力计算方法中却无法反映,目前除考虑桩土相互作用的地震反应分析可以较好地反映桩身受力情况外,还没有简便实用的计算方法保证桩在地震作用下的安全,因此必须采取有效的构造措施。本条的要点在于保证软土或液化土层附近桩身的抗弯和抗剪能力。

4.4.6

在有液化侧向扩展的地段,桩基除应满足本节中的其他规定外,尚应考虑土流动时的侧向作用力,且承受侧向推力的面积应按边桩外缘间的宽度计算。

5地震作用和结构抗震验算

5.1 一般规定

5.1.1 已废止

各类建筑结构的地震作用,应符合下列规定:

   1 一般情况下,应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。

   2 有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

   3 质量和刚度分布明显不对称的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。

   4 8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,应计算竖向地震作用。

   注:8、9度时采用隔震设计的建筑结构,应按有关规定计算竖向地震作用。

条文说明

5.1.1 抗震设计时,结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面运动引起的动态作用,包括地震加速度、速度和动位移的作用,按照国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T 50083的规定,属于间接作用,不可称为“荷载”,应称“地震作用”。  
结构应考虑的地震作用方向有以下规定:  
1 某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担,如该构件带有翼缘、翼墙等,尚应包括翼缘、翼墙的抗侧力作用。  
2 考虑到地震可能来自任意方向,为此要求有斜交抗侧力构件的结构,应考虑对各构件的最不利方向的水平地震作用,一般即与该构件平行的方向。明确交角大于15°时,应考虑斜向地震作用。  
3 不对称不均匀的结构是“不规则结构”的一种,同一建筑单元同一平面内质量、刚度分布不对称,或虽在本层平面内对称,但沿高度分布不对称的结构。需考虑扭转影响的结构,具有明显的不规则性。扭转计算应同时“考虑双向水平地震作用下的扭转影响”。  
4 研究表明,对于较高的高层建筑,其竖向地震作用产生的轴力在结构上部是不可忽略的,故要求9度区高层建筑需考虑竖向地震作用。  
5 关于大跨度和长悬臂结构,根据我国大陆和台湾地震的经验,9度和9度以上时,跨度大于18m的屋架、1.5m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重甚至倒塌;8度时,跨度大于24m的屋架、2m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重。

5.1.2

各类建筑结构的抗震计算,应采用下列方法:

   1 高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。

   2 除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱法。

   3 特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2—1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算;当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。

   采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,其加速度时程的最大值可按表5.1.2—2采用。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

4 计算罕遇地震下结构的变形,应按本规范第5.5节规定,采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。

   5 平面投影尺度很大的空间结构,应根据结构形式和支承条件,分别按单点一致、多点、多向单点或多向多点输入进行抗震计算。按多点输入计算时,应考虑地震行波效应和局部场地效应。6度和7度Ⅰ、Ⅱ类场地的支承结构、上部结构和基础的抗震验算可采用简化方法,根据结构跨度、长度不同,其短边构件可乘以附加地震作用效应系数1.15~1.30;7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8、9度时,应采用时程分析方法进行抗震验算。

   6 建筑结构的隔震和消能减震设计,应采用本规范第12章规定的计算方法。

   7 地下建筑结构应采用本规范第14章规定的计算方法。

条文说明

  5.1.2 不同的结构采用不同的分析方法在各国抗震规范中均有体现,底部剪力法和振型分解反应谱法仍是基本方法,时程分析法作为补充计算方法,对特别不规则(参照本规范表3.4.3的规定)、特别重要的和较高的高层建筑才要求采用。所谓“补充”,主要指对计算结果的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较,当时程分析法大于振型分解反应谱法时,相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。  
进行时程分析时,鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同,本条规定一般可以根据小样本容量下的计算结果来估计地震作用效应值。通过大量地震加速度记录输入不同结构类型进行时程分析结果的统计分析,若选用不少于二组实际记录和一组人工模拟的加速度时程曲线作为输入,计算的平均地震效应值不小于大样本容量平均值的保证率在85%以上,而且一般也不会偏大很多。当选用数量较多的地震波,如5组实际记录和2组人工模拟时程曲线,则保证率更高。所谓“在统计意义上相符”指的是,多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。计算结果在结构主方向的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法计算结果的80%,每条地震波输入的计算结果不会小于65%。从工程角度考虑,这样可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。  
正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。  
频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。  
加速度的有效峰值按规范表5.1.2—2中所列地震加速度最大值采用,即以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到。计算输入的加速度曲线的峰值,必要时可比上述有效峰值适当加大。当结构采用三维空间模型等需要双向(二个水平向)或三向(二个水平和一个竖向)地震波输入时,其加速度最大值通常按1(水平1) :0.85(水平2) :0.65(竖向)的比例调整。人工模拟的加速度时程曲线,也应按上述要求生成。  
输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止;不论是实际的强震记录还是人工模拟波形,有效持续时间一般为结构基本周期的(5~10)倍,即结构顶点的位移可按基本周期往复(5~10)次。  
抗震性能设计所需要对应于设防地震(中震)的加速度最大峰值,即本规范表3.2.2的设计基本地震加速度值,对应的地震影响系数最大值,见本规范3.10节。  
本次修订,增加了平面投影尺度很大的大跨空间结构地震作用的下列计算要求:      
1 平面投影尺度很大的空间结构,指跨度大于120m、或长度大于300m、或悬臂大于40m的结构。      
2 关于结构形式和支承条件      
对周边支承空间结构,如:网架,单、双层网壳,索穹顶,弦支穹顶屋盖和下部圈梁-框架结构,当下部支承结构为一个整体、且与上部空间结构侧向刚度比大于等于2时,可采用三向(水平两向加竖向)单点一致输入计算地震作用;当下部支承结构由结构缝分开、且每个独立的支承结构单元与上部空间结构侧向刚度比小于2时,应采用三向多点输入计算地震作用;对两线边支承空间结构,如:拱,拱桁架;门式刚架,门式桁架;圆柱面网壳等结构,当支承于独立基础时,应采用三向多点输入计算地震作用;对长悬臂空间结构,应视其支承结构特点,采用多向单点一致输入、或多向多点输入计算地震作用。      
3 关于单点一致输入、多向单点输入、多点输入和多向多点输入单点一致输入,即仅对基础底部输入一致的加速度反应谱或加速度时程进行结构计算。      
多向单点输入,即沿空间结构基础底部,三向同时输入,其地震动参数(加速度峰值或反应谱最大值)比例取:水平主向:水平次向:竖向=1.00:0.85:0.65。      
多点输入,即考虑地震行波效应和局部场地效应,对各独立基础或支承结构输入不同的设计反应谱或加速度时程进行计算,估计可能造成的地震效应。对于6度和7度Ⅰ、Ⅱ类场地上的大跨空间结构,多点输入下的地震效应不太明显,可以采用简化计算方法,乘以附加地震作用效应系数,跨度越大、场地条件越差,附加地震作用系数越大;对于7度Ⅲ、Ⅳ场地和8、9度区,多点输入下的地震效应比较明显,应考虑行波和局部场地效应对输入加速度时程进行修正,采用结构时程分析方法进行多点输入下的抗震验算。      
多向多点输入,即同时考虑多向和多点输入进行计算。      
4 关于行波效应      
研究证明,地震传播过程的行波效应、相干效应和局部场地效应对于大跨空间结构的地震效应有不同程度的影响,其中,以行波效应和场地效应的影响较为显著,一般情况下,可不考虑相干效应。对于周边支承空间结构,行波效应影响表现在对大跨屋盖系统和下部支承结构;对于两线边支承空间结构,行波效应通过支座影响到上部结构。      
行波效应将使不同点支承结构或支座处的加速度峰值不同,相位也不同,从而使不同点的设计反应谱或加速度时程不同,计算分析应考虑这些差异。由于地震动是一种随机过程,多点输入时,应考虑最不利的组合情况。行波效应与潜在震源、传播路径、场地的地震地质特性有关,当需要进行多点输入计算分析时,应对此作专门研究。      
5 关于局部场地效应      
当独立基础或支承结构下卧土层剖面地质条件相差较大时,可采用一维或二维模型计算求得基础底部的土层地震反应谱或加速度时程、或按土层等效剪切波速对基岩地震反应谱或加速度时程进行修正后,作为多点输入的地震反应谱或加速度时程。当下卧土层剖面地质条件比较均匀时,可不考虑局部场地效应,不需要对地震反应谱或加速度时程进行修正。

5.1.3 已废止

计算地震作用时,建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数,应按表5.1.3采用。

条文说明

5.1.3 按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的原则规定,地震发生时恒荷载与其他重力荷载可能的遇合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值GE”,即永久荷载标准值与有关可变荷载组合值之和。组合值系数基本上沿用78规范的取值,考虑到藏书库等活荷载在地震时遇合的概率较大,故按等效楼面均布荷载计算活荷载时,其组合值系数为0.8。  
表中硬钩吊车的组合值系数,只适用于一般情况,吊重较大时需按实际情况取值。

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