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)計大多使用剛性地基假設(shè)，事實上此種假設(shè)忽略了高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用對抗震分析結(jié)果的影響，制約了工程抗震安全性評價的精度和可靠性。在實際建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中，考慮上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用對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運動，此種假定只對結(jié)構(gòu)質(zhì)量不大，構(gòu)件尺寸較小且建造于堅硬地基土上的建筑物有所適用。而對位于高烈度區(qū)軟土場地的高層建筑來講，上部結(jié)構(gòu)與地基土之間存在較為復(fù)雜的相對運動，特別是基礎(chǔ)與地基土在地震作用下的相對滑移及摩擦等現(xiàn)象，往往直接影響上部結(jié)構(gòu)

3、的動力特性。
　　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例進行相關(guān)研究，該工程實例所采用框架-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進行三維立體模型建立，并對相關(guān)有限元模型進行模態(tài)分析和地震時程分析計算，得出相關(guān)結(jié)論。著重分析相互作用對上部框架-核心筒結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)及動力特征的影響，并與假定在剛性地基情況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形等計算結(jié)果進行對比。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力加速度時程上的相瓦作用，同時比較了在不同場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。地震動力作用下樁基礎(chǔ)與地基土相互作用加強，接觸面滑移增大，周邊地基土形變明顯。⑵考慮動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;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)，場地類別越