高烈度區(qū)高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用對(duì)其抗震性能影響.pdf

1、眾所周知，在各類自然災(zāi)害中，地震給建筑物帶來的損害是巨大的，隨著現(xiàn)代城市化的不斷發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)的興建及使用日益廣泛，其抗震性能的研究得到了廣大專家學(xué)者的關(guān)注。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)大多使用剛性地基假設(shè)，事實(shí)上此種假設(shè)忽略了高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用對(duì)抗震分析結(jié)果的影響，制約了工程抗震安全性評(píng)價(jià)的精度和可靠性。在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，考慮上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用對(duì)抗震性能的影響能有效準(zhǔn)確的反映出結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的內(nèi)力及

2、變形狀態(tài)。特別是對(duì)位于地震設(shè)防高烈度區(qū)的高層建筑來講，考慮在地震作用下上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的相互作用更是不容忽視。通常情況下，傳統(tǒng)的剛性地基假設(shè)僅考慮上部結(jié)構(gòu)嵌固與地基土之上，忽略結(jié)構(gòu)與地基土之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此種假定只對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量不大，構(gòu)件尺寸較小且建造于堅(jiān)硬地基土上的建筑物有所適用。而對(duì)位于高烈度區(qū)軟土場(chǎng)地的高層建筑來講，上部結(jié)構(gòu)與地基土之間存在較為復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，特別是基礎(chǔ)與地基土在地震作用下的相對(duì)滑移及摩擦等現(xiàn)象，往往直接影響上部結(jié)構(gòu)

3、的動(dòng)力特性。
　　本文首先介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀以及共同作用的研究背景和發(fā)展過程，并介紹了上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)相互作用的相關(guān)理論。然后選取有限元數(shù)值模擬分析的方法，并對(duì)有限元分析方法中存在的一些問題予以解決，如結(jié)構(gòu)與地基土彈塑性本構(gòu)關(guān)系模型的選取以及所截取地基土計(jì)算模型人工邊界的選取等。最后以位于銀川市的韋司德大廈為工程實(shí)例進(jìn)行相關(guān)研究，該工程實(shí)例所采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)，建筑所在場(chǎng)地位于地震設(shè)防高烈度區(qū)，利用

4、有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行三維立體模型建立，并對(duì)相關(guān)有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析和地震時(shí)程分析計(jì)算，得出相關(guān)結(jié)論。著重分析相互作用對(duì)上部框架-核心筒結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)及動(dòng)力特征的影響，并與假定在剛性地基情況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形等計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。并研究了微觀層面上局部樁基礎(chǔ)與地基土接觸模型在靜力條件下的相互作用和地震動(dòng)力加速度時(shí)程上的相瓦作用，同時(shí)比較了在不同場(chǎng)地土的情況下相互作用體系的地震反應(yīng)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴作為研究基礎(chǔ)與地

5、基土動(dòng)力相互作用的前提，樁基礎(chǔ)與地基土接觸面在靜力作用下會(huì)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，接觸面附近地基土?xí)l(fā)生形變現(xiàn)象。地震動(dòng)力作用下樁基礎(chǔ)與地基土相互作用加強(qiáng)，接觸面滑移增大，周邊地基土形變明顯。⑵考慮動(dòng)力相互作用的體系其結(jié)構(gòu)自振頻率減小，周期延長，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的等效剛度減小，自振效果增強(qiáng);上部結(jié)構(gòu)各位置的最大位移和加速度較剛性地基假設(shè)下均有增大，且層間剪力變化明顯。⑶在不同場(chǎng)地土情況下，上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的相互作用現(xiàn)象差別較為明顯。分析發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地類別越