2008年5月12日14点28分，大地痉挛，山崩地裂，四川汶川发生八级特大地震，灾难使近7万同胞遇难，近1万8千同胞失踪，37万多人不同程度受伤，1000多万人失去家园。地震造成的直接经济损失达8451亿元人民币。为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，促进经济社会的可持续发展，应当普及地震知识，下面简要介绍一下建筑地基基础的抗震设计。

一、地震的概念

地震是地壳在内部或外部因素作用下产生强烈振动的地质现象。产生地震的原因很多，火山爆发可引起火山地震，地下溶洞或地下采空区的塌陷会引起陷落地震，强烈的爆破、山崩、陨石坠落等也可引起地震。但这些地震一般规模小，影响范围也小。地球上地震的绝大多数是由地壳自身运动造成的，此类地震称为构造地震。

地震的发源处称为震源。震源在地表面的垂直投影点称为震中。震中附近的地区称为震中区域。震中与某观测点间的水平距离称为震中距。震源到震中的距离称为震源深度。震源深度一般为几公里至300公里不等，最大深度可达720公里。地震震源深度小于70km时称为浅源地震，70km~300km之间称为中源地震，大于300km时称为深源地震。对于同样大小的地震，由于震源深度不一样，对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅，破坏越大，但波及范围也越小，反之亦然。

破坏性地震一般是浅源地震。如1976年的唐山地震的震源深度为12公里，2008年汶川地震的震源深度为14公里，2011年3月11日本本州岛海域地震的震源深度为20公里。

千余年的地震历史资料及近代地震学研究表明，地球上的地震分布极不均匀，主要分布于新构造运动较为活跃的两条地震带上：一条是环太平洋地震带，另一条是地中海至南亚的欧亚地震带。我国正处在这两大地震带的中间，属于多地震活动的国家，其中台湾省大地震最多，新疆、四川、西藏地区次之。近几十年来，我国宁夏、辽宁、河北和云南等省先后发生过大地震。

二、震级与烈度

震级和烈度是两个不同的概念。震级标志着某一次地震本身的能量大小，而烈度则指某一地点在该次地震时所受到的影响程度。

（一）震级

震级是对地震中释放能量大小的度量。地震中震源释放的能量越大，震级也就越高。目前，国际上比较通用的是里氏震级，即地震震级M = lgA。公式中的A是标准地震仪在距震中100km处记录的以μｍ为单位的最大水平地动位移，里氏震级共分9个等级。震级每增加一级，能量增大约30倍。每相差2级，能量相差约900多倍。比如说，一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。一个7级地震相当于32个6级地震，1000个5级地震。

一般来说，小于2.5级的地震，人们感觉不到；5级以上的地震开始引起不同程度的破坏，称为破坏性地震或强震；7级以上的地震称为大震。地球上记录到的最大地震震级是2011年3月11日发生在日本本州岛的海域地震，地震震级是9级。

（二）烈度

烈度是指发生地震时地面及建筑物遭受破坏的程度。地震烈度划分为12度。烈度越高，表明受影响的程度越强烈。地震烈度不仅与震级有关，同时还与震源深度、震中距以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。在一次地震中，地震的震级是确定的，但地面各处的烈度各异，距震中越近，烈度越高；距震中越远，烈度越低。也就是说，一次地震，可以划分出若干个烈度不同的地区。例如，1990年2月10日，常熟-太仓发生了5.1级地震，有人说在苏州是4级，在无锡是3级，这是错的。无论在何处，只能说常熟-太仓发生了5.1级地震，但这次地震，在太仓的沙溪镇地震烈度是6度，在苏州地震烈度是4度，在无锡地震烈度是3度。

为了评定地震烈度，就需要建立一个标准。这个标准称为地震烈度表。在中国地震烈度表上，对：①人的感觉；②一般房屋震害程度；③其他现象作了描述，可以作为确定烈度的基本依据。

中国地震烈度表

1度：无感，仅仪器能记录到；

2度：微有感，个别敏感的人在完全静止中有感；

3度：少有感，室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动；

4度：多有感，室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响；

5度：惊醒，室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹；

6度：惊慌，人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡；

7度：房屋损坏，房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水；

8度：建筑物破坏，房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂；

9度：建筑物普遍破坏，房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲；

10度：建筑物普遍摧毁，房屋倾倒，道路毁坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸；

11度：毁灭，房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化；

12度：山川易景，切建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化，动植物遭毁灭；

震级和烈度虽然都是衡量地震强烈程度的指标，但烈度直接反映了地面建筑物受破坏的程度，因而与工程设计有着更密切的关系。工程中涉及到的烈度概念有以下几种：

1．基本烈度

基本烈度是指在今后一定时期内，某一地区在一般场地条件下可能遭受的最大地震烈度。基本烈度所指的地区，是一个较大的区域范围。因此，又称为区域烈度。

2．场地烈度

所谓场地是指建筑物所在的局部区域，大体相当于厂区，居民点和自然村的范围。场地烈度即指区域内一个具体场地的烈度。通常在烈度高的区域内可能包含烈度较低的场地，而在烈度低的区域内也可能包含烈度较高的场地。这主要是因为局部场地的地质构造、地基条件、地形变化等因素与整个区域有所不同，这些局部性控制因素称为小区域因素或场地条件。一般在场地选址时，应进行专门的工程地质和水文地质调查工作，查明场地条件，确定场地烈度，选择对抗震有利的地段布置工程。

3．设防烈度

设防烈度是指按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。设防烈度是针对一个地区而不是针对某一建筑物确定，也不随建筑物的重要程度提高或降低。我国2010年颁布的《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）提供了我国主要城镇的抗震设防烈度，如临汾、永济、洪洞、霍州、襄汾、汾西抗震设防烈度为8度，运城、芮城、侯马、新绛、稷山、绛县、河津、万荣、平陆、夏县、临猗、垣曲、闻喜抗震设防烈度为7度。

三、 建筑地基基础抗震设计

（一）抗震设计的任务与要求

在进行建筑抗震设计时，根据其使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果，《建筑抗震设计规范》将建筑分为甲类、乙类、丙类、丁类：

甲类建筑属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；

乙类建筑属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑；

丙类建筑属于甲、乙、丁类以外的一般建筑；

丁类建筑属于抗震次要的建筑。

各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：

（1）甲类建筑。地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为 6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为 9度时，应符合比 9度抗震设防更高的要求。

（2）乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求，当为 9度时，应符合比 9度抗震设防更高的要求。

（3）丙类建筑，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用。

（4）丁类建筑，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但当抗震设防烈度为 6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。

（二）抗震设计的目标和方法

1．抗震设计的目标

《建筑抗震设计规范》将建筑物的抗震设防目标确定为“三个水准”，其具体表述为：一般情况下，遭遇第一水准烈度（众值烈度）的地震时，建筑物处于正常使用状态；遭遇第二水准烈度（基本烈度）的地震时，结构体系的损坏控制在可修复的范围；遭遇第三水准烈度地震（预估的罕遇地震）时，结构控制在规定的范围内，以免倒塌。工程中通常将上述抗震设计的三个水准简要地概括为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

为保证实现上述抗震设防目标，《建筑抗震设计规范》规定在具体的设计工作中采用两阶段设计步骤。第一阶段的设计是承载力验算。第二阶段设计是弹塑性变形验算，对特殊要求的建筑，地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，以实现第三水准的设防要求。

上述设防原则和设计方法可简短地表述为“三水准设防，两阶段设计”。

2．地基基础的概念性设计

结构的抗震设计包括计算设计和概念设计两个方面。计算设计是指确定合理的计算简图和分析方法，对地震作用效应作定量计算及对结构抗震进行验算。概念设计是指从宏观上对建筑结构作合理的选型、规划和布置，选用合格的材料，采取有效的构造措施等。20世纪70年代以来，人们在总结大地震灾害的经验中发现：对结构抗震设计来说“概念设计”比“计算设计”更为重要。由于地震动的不确定性和结构在地震作用下的响应和破坏机理的复杂性，“计算设计”很难全面有效地保证结构的抗震性能，因而必须强调良好的“概念设计”。地震作用对地基基础影响的研究，目前还很不足，因此地基基础的抗震设计更应重视概念设计。由于场地条件对结构物的震害和结构的地震反应都有很大影响，因此，场地的选择、处理、地基与上部结构动力相互作用的考虑以及地基基础类型的选择等都是概念设计的重要方面。

（三）场地选择

任何一个建筑物都坐落和嵌固在建设场地特定的岩土地基上，地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传递给上部结构的；同时，场地与地基在地震时又支承着上部结构。因此，选择适宜的建筑场地对于建筑物的抗震设计至关重要。为了有效地减轻地震的破坏作用，《建筑抗震设计规范》采取场地选择和地基处理相结合的措施来减轻场地破坏效应。

建筑工程系 陈东佐