10栋典型高层建筑土—结构相互作用地震反应分析

1、】；O 栋典型高层建筑土一结构相互作用地震反应分析张令心刘洁平中屠地茬商工程力拳研究所黑龙江哈尔滨，5 0 0 8 0摘要：本文选择了不目高度、不阿鳍撺类型和不固场地条件盼位于厚和深厚地基土层土的z 口栋典型钢筋混凝土高屡建筑，研究这些典型建筑考虑土一结构相互作用的等效输入地震动，将其与厨一维场地橇型计算出盼地面地震动进行对比分析，研究在厚或深厚地基土层条件下，考虑土一结构梧豆作罱辱地震动输入特桂；昔愆、分柝考虑与不考虑土一结梅相互作忍下运些典型结捣的地震反应，进而评价在厚巍深厚地基土层条件下，土一结梅相互作用对高层建筑结梅地震反应的影响关键诲；土一结构相互作用；高层建筑；地勇巳反应l 前言爵前，现行建筑抗震设计规范中采用瞬抗麓设计方法是以刚性地基假定为前提盼，这种方法比较蔺革易行，盈对地基鼬尉魔比上帮结梅大得多豹情况建近似合理鼢。但对重大建筑物。如蔫层建筑这秭商、犬、重游结擒体系，与结橼之同肫相互作删谁常瞬显，上部结粉通过基础对地基 奉鲍反作腮会改变地基t 七体的逸震动秘地面地震动随时间的变化蓬程。特剐是龟特殊场地条件一f ；，鳓软、深厚土层等，长厨嬲她震动寝蕊鲍放大效度会对屠嬲较长

2、熙赢层建筑产生严重影鹃。为了砚究土一结构相互作用( 以下简称相互作_ 毛 ) 对高层建筑地震反应的影响，本文选择了不同高度、不同结构类型和不同场地条件的位于厚承f 深厚地基土层上的t O 栋典跫钢筋混凝土高层建筑，采用文献f l 、2 瑙? 豳的考虑一结梅耀互终恩地震反应整体分析方法对其进行分柝。通过对基岩地震动、地面地震动藕等效输入地震穗的加速度峰值及加速度反应谱的对比分析，以及对不考虑栅考虑相互作腑结梅及土层自振特性和结梅反应酶对眈分析，研究了土一绻构相互作甩对高屡建筑地震反应的影响。21 0 栋高层建篱基本概况按照不同结构类型、不同高度及层数、不阿场地条件的原财选择了协栋位于厚和深厚地基土层 上鸵商层建筑。这1 e 拣建筑鲍抗震设防烈度坞为V 国度，屡数从1 3 层到2 9 层不等。其中，5 栋为锅筋漓凝框架一剪力墙结梅，5 栋为钢筋混凝土框架一筒体结构；3 栋位子珏类场地。7 橼位子I 类场地；4 栋采用桩一箱基础，6 栋采增桩一筏基础。桩长均在1 5 - - 2 6 m 之间；l 栋没有地下室，5栋带有l 层地下室，4 捺带套2 层地一乒室：4 掾位丁厚度为4 Q 一卯皿盼厚

3、地基层上。6 栋位于厚度为9 啦I 恤的深厚逸基屡上。l O 栋建筑的概况见表l 。裹 I j o 梳_ 趣型高廑建筑基本信息 序蛩萎蓑萎誓层数訾盖嚣冀鬻萋萎桩艮I商层一框一筒E ge 5 7 31 2 7 3 9珏钧。桩箱2 黯层二框一势1 95 7 9I f 3 7 6 - 7瑶撕2犏箱3商层三框一剪M ( 2 5 0 02 1 ；8 7 3珊4 4 2桩筏4高层暇框一剪2 9e I ，6 4 51 4 9 4 3强蛳O桩筏，高层五褪一筒2 融6 9 B3 0 9 t 瞰9 5 9桩箱6高层六框一剪2 7 伪l 龟董l4 7 2 6 9聃9 3 ，4桩筏7 魂层七桓一俺黔协啪脚琳9 5 3桩筏&尚履八挺一镑2 5 盼争1 62 7 7 0 2跗9 2 7桩箱基金项置回家每然科学鍪龟硬爵( 5 蝴淞) ；云南省虬 五”重点项日 6 2 3筋悸啪蚶巧盯观侈g商层九框一剪l ，l 4 7 51 3 7 6 7m8 5 1檐一筏2 4 ：6 2 3 01 0高层十框一筒1 9 ( 1 7 I 1 8 6 0 8l 【l O t 0桩一筏2 5 5注：第4 歹括号外的数值为地上层数：括号内的

4、数值为地下层数。采甩文献D 、2 1 给出的考虑士一结构相互作用高层建筑地震反应整体分析方法，分别对这盼栋高层建筑建立了相应的建筑结构平面计算模型、土层平面计算模型、土一结构相互作腻体系平面计算模型。由予基础形式为桩一筏的6 栋高层建筑都有l 2 层的地下室。爵此本文把筏基和地下室合在一起按照箱基的简化方法统一简化为冈l J 块。分别计算了土层、建筑结梅、一结构体系的自振特性，并进行了对比分析。通过土层反应分柝由基岩地震动生成了地面地震动，通过七一结构相互作用分析给出了考虑土一结构橘互作甩情况下箱基( 或筏基) 顶点加速度噼程哇抒线，该曲线可作为上鄢结构地震反应分析时由莫基底输入的地震动，或称为等效输入地震动。将地面她震动与等效输入地震动和给定的基岩地震动进行对比分析，研究考虑梧互作用的地震动确 丸特性。进行了考虑与不考虑相互作用下这些典型建筑绪梅的地震反应分析，即结构体系在地丽地震动作用下得到了不考虑相互作甩的地震反应，和一鳐；梅体系在基岩地震动作脚下得到考虑相互作飚的地震反应。对比二者的分析结果，进而研究土一结构相互作蹯对位于厚袒深厚地基土层上的高层建筑地震反应盼影嚷。另外，采助的

5、基岩地震动详见“昆呱高( 超高) 层建筑中近场强震地震晦鹿研究专题二：慰瞬盆地地震效应研究报告恻。31 9 栋高屡建筑一结梅裙互作用分析结果为了研究士一结构相互作用对位于厚和深厚地基土层上的高层建筑结构地震反应的影响，分掰对这t O 栋高层进行了详细鲍计算分析，由于篇幅限制，详细盼分柝结果不能一一列出，请详见文献e 1 】：。本文只将这l O 栋典型高层建筑的分析结果汇总并进行讨论。土层厚度定义如下表2 所示。襄2 屡厚度定义3 土基岩地震动、地面地震动、等效输入地震动加蘧度峰值硬反应谱表3 为基岩地震动、地面地震动和等效输入地震动栅速度峰值及相互作甩影喻因数。其中相互作用影响因数的定义为：相互作用影响瞅= 笪堇! 堡舞亳裂攀堂( 1 )从表中可看出，地面地震动和等效辕入地震动的力B 速度峰值都火于基岩地震动的加速度峰值。t Q 栋高层建筑地蘑地震动与基岩地震动加速度峰值的比值处于毫7 酐 2 4 , 4 8 之阍，平均值为2 0 4 t ：等效输入地震动与基岩地震动加逮度峰值隐比值处于1 8 9 7 - 2 6 0 5 之间，平均值为2 1 7 0 。其中高层五、高层七、高层九秘高层

6、十这4 栋高层的等效输入地震动加速度峰值小于地面地燧动加速度峰值，其余高层建筑等效输入地震动姗速度峰值均大予地面地震动加速度峰值。从上面盼两个平均值来看，总体上等效输入地震动加速度峰值耕地面地震动峰值榴差不大且基本上是基岩地震动值臼勺_ 2 倍。袭3 基岩地雹魏，地蔷a 塾震动秘等效输入地震动加速度峰值及格互作甩影晌目数建筑基岩地震动A ，名称( m 谚燧燃( m Z t s 蛔)辙f C 霎蒜动叭叭篓淼兹黑) ( m 醇影哺l 蕃数自振周册( s l高层一高层二离屡三高层四莹 4 5t 2 9 4 2 0 亏 陀92 5 9 82 Z r 92 2 5 52 4 1 26 2 42 6 9 73 62 - 8 5 92 9 4 l2 2 6 争k 7 6 l1 8 7 42 3 62 3 5 52 3 6 争2 3 7 72 6 0 5O O 基g融3 5 40 。2 6 8O 2 91 ：6 9 |h 3 6 8h 2 6 6n l 与a席层五高层六高层七高层八高层九高层十I 0 9 2 0 8 31 3 _ O OI 1 0 6b | 3 2k 3 42 加62 O 幸2 8 0

7、 02 柏1 8Z 7 7 2 7 0 - 72 0 7 1 -2 1 8 72 7 8 62 1 I O2 3 9 92 5 2 3 9 2 9I 8 7 62 1 5 4￥9 0 62 牟车82 0 6 01 8 9 72 O 善O2 1 4 31 9 0 _ 82 静9k 兜吩o O K - 0 0 7 2- 0 0 0 50 O Q 疆I j 4- 0 ：0 6 83 7 93 1 ：! - 23 5 6 33 0 5 32 0 4 , 5 , 曼蝴F 均值一一一2 0 4 t2 t 7 0一一 扶文献( 1 】给出的 e 栋高层建筑的夔岩地震动、地面地震动和等效输入地震动加速度卜化反应谱的对比可以番如，等效输入地震动掘速度反应谱基本上当周舰小于0 5 秒时，与基岩地震动加速度反应谱很接近；当周期大于Z O 秒时，与地面地震动加速度反应谱很接近。3 ：2 自振周鞲袭4 为主结构相互作鼹体系、上韶结构裙土层前5 阶自振周期对比。从表中可看i 主l ，考虑相互作用时一结构体系的第1 阶自振周期比不考虑相互作牌结橼的第，阶自振厨麟穗大。但二者第2 阶至第，除良学要腮魉榴差显著，有的考

8、虑辊互作尉一结梅体系的第S 阶自振周期甚至是不考虑 相I 互作腊结构盼哟潞以上。与- 七层自振周期裙比，其中有6 栋高层考虑相互作甩时一结构体系的第l 阶岛振厨勰眈土屡瞬第t 阶色振周嬲稍小，其余均稍犬。且二者盼第2 阶至第5 阶岛振周期也是榴差显著。由扰可见，考虑相互作J j ：改交了高层建筑绪梅盼自振特性。裹 上韶结构、土层和土一结构体系觇鲁摄周期对比建筑第t 阶自振厮辫第2 阶自振刷髑第3 阶自振周舰 名称鬻篙慧椭A C 嚣嚣葛舳A C 篙篙篙m 们离i 匿卜l 二6 6 8 2 9 81 磅lM 瞎50 9 8 6 - v 2 80 O0 4 5 73 0 , 7 1 ) 2 6 8 7 吼妫20 2 0 9f f 2 6 4 ：2 1 6 3h 7 1 , 2璃屠二k 6 8 3 。6 5 2 1 3 蟮8 ，O 挎L 2 3 0 ，0 1 70 3 1 50 6 1 7 3 _ - = 2 9 - L 6 4 80 4 0 70 1 1 6 & 2 5 3 5 0 91 、6 2 2穗萎三1 ：2 5 7 2 I t 2 6 6l 。0 3 j 80 ，9 9 31 1 3

9、 6 融3 4 09 5 1 43 3 4 2 2 1 00 ：7 4 , 20 1 , 5 qO 2 3 4 龟7 2 63 F t高甚舀t 8 7 2I & 4 9I 硒31 O p 21 6 t 0O ：盼60 4 0 8 4 7 31 8 8 01 9 7 90 4 9 8 ( k 2 l ，B 2 1 92 3 3 82 2 7 4 ,赢甚五3 7 5 5 8 唾73 。7 8 92 0 3 30 t 9 9 , 1 b 。题6O 。5 移l1 撼3 弛多I h Y 7 7k 2 9 7 及2 2 lO ：8 2 5 “ 8 6 9k 5 口6谭瞬墓穴2 9 7 ，2 4 9 4 女昭郴鲫o 9 5 72 4 2 00 7 昕 1 0 93 4 2 3 2 1 8 20 9 酗0 3 2 5g 6 7 02 9 5 71 4 3 4高 i 七3 出蝌I 6 3 63 j 5 互2 2 乳I 0 2 3I 8 1 , 80 4 0 0 2 5 43 7 l _ oI 4 巧01 毖F 融2 4 4 ，良? 5 95 0 0 4I 6 0 9向影弋3 1 3 22 0 8 0 0 5 31 5 0 6I 0 9 62 0 3 20 i 6 9 3I 0 9 22 9 - 3 , 21 I 8 6 1 0 4 80 - 3 7 1 0 6 6 72 8 2 5I , 5 7 1 1建筑第4 阶自振卿魍第5 阶自振恩勰 鱼整鏊鲎鲎竺竺董鲎鲎竺竺 i 寄i 爱I _ 0 3 9 6 便1 2 9o

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