关于基础底面零应力区的问题

《抗震规范》第4.2.4条规定基础底面的零应力区问题，按此规定设计时多层建筑基础面积很大，是否合理?

对设置单独基础或联合基础的多层建筑，可适当放宽按地震作用效应标准组合计算的基底零应力区面积的限制，-.般情况下可限制基底零应力区面积不超过30%，确有依据时，可放宽至不超过50%。

[问题分析]

1.基底的零应力区控制问题其本质是结构的整体稳定问题，应根据不同建筑结构(高层建筑、多层建筑)，不同基础形式(箱基和筏基等整体式基础、单独基础或联合基础)和不同效应(荷载效应、地震作用效应)区别对待。对所有建筑，不加分析地套用《抗震规范》第4.2.4条的规定是不合适的。对多层建筑可适当放宽地震作用组合时基底零应力区的限值。

3)当主楼和裙房采用不同基础形式或基础的刚度明显不同时，对低压缩性地基或端承桩基础(注意:是有条件限制的)，裙房与主楼的零应力区可分别控制。

(1)当主楼周边设置小范围裙房且主楼和裙房采用整体式基础时，应验算主楼和裙房共用整体式基础时的基础底面零应力区(见图2. 3. 9-1a);

(2)当主楼周边设置较大范围的裙房时，应调整主楼与裙房的基础形式及刚度，主楼采用整体性强的基础形式，裙楼采用整体性较弱的基础形式或独立基础加防水板，此时，对基础底面零应力区可将主楼和裙房分开验算(见图2.3.9-16、1c)。当裙楼采用整体式基础时，裙楼基础的零应力区验算方法与主楼整体式基础相同;当裙楼采用非整体式基础时，零应力区验算的方法同非整体式基础。

3.有地震作用组合时

1)《抗震规范》第4.2.4条及《高规》第12.1.7条均规定:

(1)对高宽比(H/B)大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区(见图2.3.9-2a);

(2)对高宽比不大于4的高层建筑(对比《高规》第12.1.7条，可知《抗震规范》第4.2.4条规定中的“其他建筑”应理解为高宽比不大于4的高层建筑)，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。质量偏心较大的主楼和裙房可分开计算(参考图2. 3.9-1原则计算，注意:是无限制条件的)。

2)对高层建筑，按房屋的高宽比(H/B)确定基础底面的零应力区限值并不妥当。这是因为，基础底面面积的大小不完全取决于房屋高宽比。地下室的扩展及基础周边适量的“飞挑”都有利于房屋的稳定。因此，对整体式基础，按房屋高度H与基础底面有效宽度b的比值(H/b)来确定应力比的控制要求将更加合理。

3)可适当考虑规定的连续性，建议当H/b>4时，按图2. 3.9-2a控制基础底面的零应力;当H/b≤3时，按图2.3.9-26b控制基础底面的零应力区面积;3<H/b≤4时可按线性内插法确定基础底面的零应力区面积。

4)当高层建筑采用非整体式基础(如单独基础、联合基础等)时，可根据结构的高宽比(H/B)确定基础底面零应力区的限制要求(见图2.3. 9-3a、2. 3.9-36)。

5)对多层建筑，由于结构的高宽比较小，多数情况下，地震作用下结构的稳定问题并不严重。比较《地基规范》第5. 2.2条的规定可以发现，在作用的标准组合下基底的零应力区可以不受控制，而对有地震作用组合的基底零应力区面积进行过分严格的限制，就显得没有太多的道理。因此，适当放宽多层建筑在地震作用组合下基底零应力区面积的限制是合理的。一般情况下可限制基底零应力区面积不超过30%，确有依据且经验算结构的稳定能满足规范要求时，可放宽至不超过50% (见图2.3.9-3c)。举例说明如下:

[例2.3.9-1]北京某工程，地上三层，无地下室，采用柱下独立基础(注意:当独立基础承担柱底弯矩时，基础顶面需配置抗弯钢筋。基础顶面宜水平或同-坡度，不宜设计成台阶状)，对有地震作用组合的基底零应力区面积按30%控制，比基底零应力区面积按15%控制时节约30%以上。

4.注意本条所述之地基的最小应力是指地基的总应力值，而不是指地基净反力。

5.对基础底面的零应力区，有文献称其为“拉应力”区，这并不合适。这是因为在基础与地基的交接面很少出现明显的拉应力。当明显受拉时，地基土塑性开展并与基础底面脱开，形成零应力区。因此，采用零应力区的概念更为恰当。

6.当基础平面为矩形时，零应力区的面积比简化为零应力区宽度与相应基础底面宽度之比。

7.当基础双向受力时，可按两个单向受力基础分别验算(注意:按单向受力基础验算时，每个方向的轴力均应取总轴力)，两向均满足零应力区面积的限值要求。

8.注意对地震作用效应标准组合的把握，以正确确定上部结构传给基础的内力。