关于山地建筑或是类似的下沉广场建筑，其结构设计有诸多需要注意的问题，土木吧曾发布”老羊“（又帅又有才，但不愿公布真名）所写《》（←可点击查看）引起较大反响，今天带来续集，请诸君鉴赏。
基准
基准，就是“簸箕”，呵呵，搞过山地建筑的结构汪都知道，在我家乡称为“筲箕”，也有人喜欢说撮箕，其实这是两种不同的东西，“撮箕”主要指扫地装垃圾的。
撮箕
经典的山地嵌固模型中，有效土体约束范围就象一个簸箕，或者筲箕，更像撮箕，因为边缘方正。
这样的经典，工程中极常遇到，结构汪该如何对付呢？
实用出发，老羊是这样建议的：
将整个簸箕划分为三个区，1. 完整嵌固区；2.欠完整嵌固区；3 不完整嵌固区；其中欠完整嵌固区为有效土体约束高度在H~2/3H(H为底盘结构高度）之间的区域，两侧分别为完整和不完整嵌固区。
a 对于完整嵌固区，可按正常嵌固在底盘顶面的建筑进行结构构造和分析即可；
b 对于欠完整嵌固区，可按嵌固在底盘顶面的模型进行设计挡土墙图集，建议加强底盘刚度，适当提高嵌固端上下刚度比要求；条件较差时，可取嵌固在底盘顶和底盘底的双模型包络强度计算，但不要求满足大底盘多塔楼的诸多构造性要求；
c 对于不完整嵌固区，宜按大底盘多塔楼模型进行设计，必要时设置抗震缝划分结构单元，由此可能带来的建筑防水问题建议按诱导缝方式处理。
几年前，本地的缪升教授曾经对此模型专门给老羊提出过宝贵的意见，斯人已去，在此谨作缅怀。
地震土压力
在老羊还是小羊和中羊的时候，全埋地下室是没有抗震问题的。
直到《建筑抗震规范》多写了一章，“地下建筑”，才使得这个问题复杂起来，坦白交代，老羊并不明白为什么要增加这一章，正文加上条文说明，又让规范多了11页。W主编酒后曾说过想让规范越编越薄，酒醒之后现实冰凉冰凉。
地下建筑的震害所知甚少，震后发现的问题也不一定就是震害，这一点经常大家搞成浆糊，就像第十个烧饼吃饱的那个汉子。
有工程师曾经在震后调查时惊呼发现液化导致建筑不均匀沉降的实例，后来才知道那幢房子原来就已经歪了多年。
地下结构的"震害", 更多和地质条件有关，感觉不是那一点点地震力的问题。
地震土压力这个词来源于支挡结构的抗震验算，但从《抗规》中的意思，地下建筑承受的地震荷载仍然是按惯性力来处理，“14.2.3.3：结构的重力荷载代表值应取结构、构件自重和水、土压力的标准值及各可变荷载的组合值之和。”土压力，似乎准确说应该是土压力的垂直分量，成为结构重力荷载代表值的组成；而土压力的水平分量，加上地震惯性力，成为水平荷载。
噢，是的，规范有时候是会让问题变得更复杂。
纠缠这个估计就写不下去了，就按照老派的理解，讲一讲地震土压力的计算吧。
岩土工程界对地震土压力计算的研究成果有：1）建立在弹性波理论上的求解，如等人的近似弹性解；2）基于土体-结构动力相互作用分析的弹塑性及非线性方法，可概括为理论模型合理，分析因素复杂，是当今该领域研究的热点方向；3）基于古典塑性理论和拟静力概念的方法，如著名的-Okabe地震土压力计算方法（即物部-岗部公式），这种完全塑性的拟静力方法通过计算主动和被动这两种极限破坏状态下的土压力来控制结构安全，不要求精确确定土压力的分布和作用点，并忽略土-结构在地震状态下相互作用以及位移、刚度的变化影响；4）拟动力分析法，可以部分地反映土体与结构系统的动力相互作用，以提高拟静力法的理论完整性和计算准确度。
2.2拟静力法
上述方法中，多数处在研究阶段，数十年来在实际工程运用的主要是拟静力法，相对有限元、数值分析、动力分析等方法虽欠理论上的完美，但岩土自身复杂多变，拟静力法经过国内外无数重大岩土工程的检验，证明实践可行，能够保证涉土工程的结构抗震安全。
我国有关设计规范、标准也主要采用拟静力法计算地震土压力：
1）国标挡土墙图集：见国家建筑标准设计图集《挡土墙》附录G地震土压力计算有关条款；
2）《铁路工程抗震设计规范》-2006第6.1.4：作用于挡土墙上的地震主动土压力，应按库伦理论公式计算。但土的内摩擦角Ф或土的综合内摩擦角φ0、墙背摩擦角δ、土的重度γ，受地震作用的影响，应根据地震角分别按下列公式进行修正：
φE=φ-θ （6.1.5-1）
φ0E=φ0-θ （6.1.5-2）
δE=δ+θ （6.1.5-3）
γE=γ/cosθ （6.1.5-4）
θ---地震角（0），应按表6.1.5采用。
表6.1.5 地震角 （0）
Ag
0.1g0.15g
0.2g
0.3g
0.4g
地震角
θ
水上
1.5
4.5
水下
2.5
7.5
10
库伦主动土压力计算公式：
EE（Ea）=0.5γ0γcH(H+2h0）KE（Ka）
KE（Ka）=cos2φE/cosθcosδE（1+(sin(φE+δE）sinφE/cosδE)1/2
3）《公路工程抗震设计规范》-89第3.1.6条对支挡结构地震土压力的计算规定与《铁路工程抗震设计规范》几乎相同，仅地震角修正表略异；
4）上海市工程建设规范《地下铁道建筑结构抗震设计规范》DG/T08-2064-2009对地铁车站提出：可采用土层-结构时程分析法，等代地震荷载-等代水平地震加速度法或惯性力法，或反应位移法进行计算。（第5.5.3条）
等代法的主要内容是考虑土层性状、埋深等因素对水平地震荷载进行简化修正，直接作用于各个结构节点，再按平衡条件得出三角形分布的土层水平抗力（并以此替代地震土压力），共同作用于结构。
5）美国采用的Seed和简化公式：（墙背土摩擦角φ=35o）
KE=Ka（1+3Kh/4）
Kh—水平地震系数；相应我国抗震设防七度时取值0.1，八度时0.2，九度时0.4；
以上第4）款是针对完整地下建筑的抗震设计，类似的有日本土木工程协会JSCE《沉管隧道抗震设计规范》，其对地下结构地震作用采用地震系数法计算，直接用结构和相关土体的质量与设计地震系数相乘，得到结构水平惯性力，概念十分简明，对地震土压力则明确采用-Okabe公式计算。
国内外各种计算简化公式以及修正参数虽有不同，但对比计算结果就有意思。选取墙背直立路肩墙，墙背土内摩擦角按35度进行计算比较，可以发现，用《铁路工程抗震设计规范》计算得到的地震主动土压力在抗震设防烈度七度、八度、九度的情况下，相应比非抗震时的主动土压力分别增大7.2%，14.8%，32.1%，与Seed和简化公式的7.5%，15%，30%几乎相同；而相应设防烈度的地震最大影响系数为0.08,0.16,0.32，即地震系数法将地震土压力理解为在非地震土压力上附加一个惯性力，结果与简化公式也完全一致。
“按各个规范的简化计算公式计算出的由于地震引起的主动土压力的增加量虽然存在明显的差别，但地震土压力的最终结果仍只较非地震条件下的土压力增加一个很小的百分数。。。如考虑综合影响系数的折减和地基容许承载力的提高，则其影响更小。”见《公路工程抗震设计规范》-89第4.2.10款条文说明。
注：《公路工程抗震规范》的2013版有一些修订，从附录A来看，对地震土压力的问题基本上是一致的。
由此可以看出，关于地震土压力的计算在岩土工程界的认识是比较一致的，虽然地震状态下土的本构关系和土与结构的非线性关系复杂而多解，但就工程本身而言，用拟静力法安全可靠，实践可行。
所以，羊以为，对地震土压力的研究肯定继续，但对它带来的安全方面的担心可以休止，工程实践中用静止土压力再乘上一个小小的大于1的系数，夜晚可以入睡。
上回书说到老羊对《抗规》新增的“地下建筑”一节不甚了了，隔日就有不老羊老师专门留言解惑，在此专门谢过！
原来当初也是形势所迫，彼时直到今日，地铁在全国大中小城市落地开花，很多重要的地铁站点成为地下交通枢纽加上地下商业中心，人流聚集，建筑规模也日渐庞大，就有意见反映上来，没有针对的规范规定，设计院不知如何设计，图审公司不知如何审查，真出了问题也不知道如何追责。国内的规范体制，的确也给规范编制平添了不少压力，此处省略三五百字。于是挡土墙图集，虽然地下建筑的震害很少，经验不多，研究不尽充分，规范组还是决定补上这块空白，至少可以给工程师提个醒，别忘了这事，也算尽职免责的一种。
不老羊老师特别强调，对地下建筑抗震问题，“重要的是工程措施，地震力乘个系数实在是中学生就可以做的。”老羊极为赞成，咳咳，不过心里其实有点暗暗叫苦，对画图匠结构汪来说，乘个系数不难，难的是乘多大的系数。
地下建筑的抗震问题虽然难解，但还是有几点共识，不必再赘言。既然规范这一章源出地铁，老羊联想而发，谈一点其它。
类似工程，政府工程，民生工程，发展工程，项目看上去都很有钱，手笔很大，其实业主都负债累累，老话也说，债多不愁。
地铁项目由于埋深很大，又多处城市建成区，因此轨道部分多用盾构，而建筑的基坑基本上都是地下连续墙，少数用内支撑。地下连续墙厚度约一米，深度几十米，超过地下建筑深度一倍，有些内外两侧还有保护幕墙，相当于给地下建筑套上一个硬盒子。
老羊见过应用于工程实践的地下建筑抗震分析，以有限元计算土体与结构的耦合等等，自然是看不懂的，不过计算模型中却没有支护方案的事，难免让人生疑。相问之下，原来结构设计阶段还不知道基坑支护的详情，也无法考虑。
解释似乎可以理解，但也让人慨叹，模型是人为简化的，而且肯定和实际不符，算出来的东西又如何应用呢？
地下建筑，还是该归于岩土工程，以上部结构的思路来处理岩土，总是有些不对劲。
因为提笔写系列之一时酒后心大，标题中有“大全”这样的泡沫，所以无法收场，只得继续下去。
这次有张工提醒，对于地下建筑的耐震设计，在一本《结构设计统一技术措施》上也有提及，我特地请他截了图来看，主要内容有两条：1. 原文的3.4.9，单建式地下建筑的抗震设计计算，可采用地下室基础顶面嵌固的地上建筑模型进行近似计算。说明比较详细，摘录如下：说明 1.结构设计中应注意区分单建式地下室与附建式地下室，单建式地下室一般没有地面以上建筑或地面以上仅有为地下室服务的出口建筑；附建式地下室属于地面以上建筑的附属建筑，且地面以上建筑是结构抗震设计的主体。2.依据《建筑抗震设计规范》的规定，单建式地下建筑的抗震计算应采用考虑地下室及其周围土体共同作用的计算模型。3.地面以下设计基本地震加速度值随地表的深度增加而减少，一般在基岩面可取地表加速度的1/2，基岩至地面之间按线性内插确定。4.现有条件下，单建式地下室的抗震设计计算常采用简化模型计算，取基础顶面作为嵌固端，不考虑地下室周围土体的地震作用，也不考虑地下室埋深的有利作用，按等效地上建筑考虑。
老羊细嚼慢咽，尝出点味道，和大家分享。
《抗规》在地下建筑这一章节中，并没有明确提出“考虑地下室及其周围土体共同作用”，正文中要求“应能较准确地反映周围挡土结构和内部各构件的实际受力状况”，在条文说明中谈到，“需要正确模拟周围土层的影响”，其间的技术内涵应该是有差异的，相同的就是实际上都很难做到。
《措施》的规定，特别是说明4更清楚的表明，在现有条件下，可以不按《抗规》设计，
。别打我。这里的简化模型，是否包括挡土结构还不清楚，如果包括将带来巨大的结构刚度以及体系的问题，如果不包括吧，好像步子又太大了一点，不知道编者的本意。同行有按这款执行并通过图审的吗？请赶快分享。
说明3基本上是《抗规》14.2.3第2款的内容，本款规定是为了让设计人员好操作，但也有不同的解释，有一个三层地下室，被要求按各层的深度分别考虑地震动的衰减，设计人员当场晕倒。
前文说到地下建筑抗震的事，有同行也和老羊交流，现手上正有一本日本学者滨田政则所著《地下结构抗震分析及防灾减灾措施》，书名不尽准确，也许是翻译的问题。文中介绍到，通过各种地下工程的地震动力特性实测，发现地震时地下结构“没有按照自身固有周期振动，而是保持与地基相同的卓越周期，振幅逐渐减小。”，这一认识改变了日本早期的地下工程抗震设计模式，早期模式是按地下结构物与地基共同作用体系考虑，将地下结构物与地基随深度视为多质点体系，把周围地基与地下结构的相互作用视为地基弹簧，中国现在大概就是这样做的。新的设计方法被称为反应位移法，即认为地下结构物地震时的变形主要是由周围地基的应变决定，通过求解地基变形和地基与结构物的刚度关系从而求解结构变形，再求解结构内力。此处省去千字。
老羊印象蛮深的倒是他的工程实测，数据相当丰富，虽然日本国土面积小，地震频率高，有利于取得实测资料，但你也得去测啊。不知道台湾如何，但大陆的现状极不理想，要在实际工程中搞一点类似工作十分困难，举个例子，我们已建成的减隔震项目数量大约已经世界第一了，但安装有强震观测仪的凤毛麟角，数量过少严重限制了数据的技术意义，弄不好还成了瞎子摸象。所以老羊的退休理想就是发明造价低于千元的地震观测仪，走到哪里装到哪里，自费！
文中有意思的还两点，其中一个项目分析和实测的对象居然是支护用的地下连续墙！并认为结构底板和地下连续墙是结构分离的，这种情况下我们结构工程师一般都看不见地连墙，不是我们的菜，可以叫“熟视无睹”，但别人看得见。另外就是认为地下结构是大地的一部分，按土体的周期来振动，这让老羊想远了一点，每份岩土工程地勘报告都有一个内容是地脉动测试，然后提出一个该场地的卓越周期，但这个数值对结构工程师毫无用处，因为规范对各类场地已经规定了具体数值，既然可以实测，又为什么要规定呢？反过来也可以说，既然规定了，又何必要实测呢？
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