框架式地下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析

■洪 偉 ■南昌市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江西 南昌 330000

地震屬于自然界中常會(huì)出現(xiàn)的自然災(zāi)害，因?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)的數(shù)量和規(guī)模的建構(gòu)存在一定的限制。但是隨著地下空間和結(jié)構(gòu)不斷的增加，地下結(jié)構(gòu)也逐漸涌現(xiàn)出很多類型的震害。所以框架式地下建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工方面，應(yīng)更加注重抗震方面的設(shè)計(jì)，從而降低地震對(duì)于建筑的危害性。

1 當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)抗震研究的概述

地下結(jié)構(gòu)通常情況，均會(huì)被認(rèn)為具有一定的抗震性能。但是，現(xiàn)階段來看地震的震害方面一直受到地震的作用，其結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重的破壞。探究地下的結(jié)構(gòu)的形式和動(dòng)態(tài)特征，能夠看出地下的結(jié)構(gòu)具有一定的震動(dòng)星河地面的結(jié)構(gòu)有一定差異。地下結(jié)構(gòu)抗震方式日顯重要，近幾年獲取很大的進(jìn)步。

框架式地下的建筑受到地震方面的作用，由于建筑的四周有很多的巖土介質(zhì)，地下的結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)與地面不同的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的地震方面的反應(yīng)。地震方面，一般來講，多以地震波的方式進(jìn)行傳播能量。地震波自基巖傳播與場(chǎng)地的過程，地基土壤的介質(zhì)會(huì)受到地震波的作用不斷運(yùn)動(dòng)，土壤方面的介質(zhì)將這種運(yùn)動(dòng)的方式傳播與框架式的地下結(jié)構(gòu)。若為較小斷面的地下結(jié)構(gòu)，在受到動(dòng)力荷載的作用地下的結(jié)構(gòu)和土壤的作用方面可給予忽視?？蚣苁降叵陆Y(jié)構(gòu)會(huì)隨著土壤的介質(zhì)變化做以運(yùn)動(dòng)，因此其動(dòng)應(yīng)力比較小。然而，框架式地下結(jié)構(gòu)具有顯著的作用力，這時(shí)建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)變形，造成地下結(jié)構(gòu)方面的破壞。地下結(jié)構(gòu)的抗震性能，主要途徑包括許多的類型，常見的途徑有:①原型觀測(cè)的方式，主要是針對(duì)原型進(jìn)行具體的觀測(cè)。②模型方面應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，針對(duì)試驗(yàn)操作進(jìn)行具體的模擬。③針對(duì)數(shù)值進(jìn)行模擬，這種方式可以和試驗(yàn)?zāi)M有效的區(qū)分。因?yàn)槠浯嬖诘膯栴}非常復(fù)雜，現(xiàn)階段還沒有具體的方法可以達(dá)到地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的模擬和準(zhǔn)確的解釋。

2 框架式地下結(jié)構(gòu)抗震性能方面的分析

2.1 地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的分析

(1)框架式地下的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容體現(xiàn)為:抗震、人防、材料方面的等級(jí)，地基、承載力和活荷載值等方面的內(nèi)容。地下結(jié)構(gòu)在施工過程的注意事項(xiàng)，應(yīng)該選擇詳圖的方式和施工圖的方式表現(xiàn)，以施工的說明表現(xiàn)相關(guān)的信息等。

(2)框架式地下結(jié)構(gòu)的種類包括:建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)、建筑的設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的年限、建筑抗震的設(shè)防方面的分類、防震設(shè)防的強(qiáng)度和建筑施工場(chǎng)地、鋼筋方面的混凝土結(jié)構(gòu)的抗震的等級(jí)，以及人防工程抗力方面和地基設(shè)計(jì)方面的等級(jí)等。

(3)框架式的地下結(jié)構(gòu)中地基持力層土層方面的分類和承載力方面的特征，以及工程施工過程中地基液化不良反應(yīng)和地基的凍結(jié)的深度。

(4)建筑結(jié)構(gòu)的活荷載。

(5)地下結(jié)構(gòu)在施工過程，受力鋼筋混凝土實(shí)際的保護(hù)層的厚度。同時(shí)應(yīng)保證辦正式工的結(jié)構(gòu)和預(yù)先的方案中的方法一致，結(jié)合相關(guān)要求和規(guī)定進(jìn)行施工。

(6)地下建筑物應(yīng)具有耐火方面的等級(jí)。

(7)施工中的注意事項(xiàng)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)待，如施工過程后澆帶方面的設(shè)置、工程完工后的質(zhì)量方面的驗(yàn)收工作等。

2.2 地下結(jié)構(gòu)抗震性能方法的分析

(1)靜力方法;即為隨著時(shí)間的變化，通過等代方式的靜地震荷載計(jì)算模型結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。等代方面的靜地震的荷載為:結(jié)構(gòu)自身、洞頂上的土柱慣性力、側(cè)向土壓力等。

(2)地基抗力系數(shù)方法;即為在相互作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)橫斷面地震反應(yīng)的方式。一般情況下，適合應(yīng)用于半埋設(shè)以及全埋設(shè)方面的地下結(jié)構(gòu)，通過剪切彈簧及多點(diǎn)壓縮彈簧取代地下結(jié)構(gòu)四周的巖土介質(zhì)，如梁元素能夠模擬結(jié)構(gòu)。具體操作步驟為:四周巖土介質(zhì)彈簧方面使用常數(shù)進(jìn)行計(jì)算、四周巖土地震通過變位進(jìn)行計(jì)算、結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算等。其四周的巖土抗力彈簧的常數(shù)，一般會(huì)通過靜力有限元法進(jìn)行類似或相近常數(shù)方面的計(jì)算。側(cè)面和下方邊界應(yīng)做好固定工作，可結(jié)合地震反應(yīng)進(jìn)行具體的探析，從而獲取應(yīng)變幅度彈性方面的常數(shù)。其次獲取空洞所有方向方面的均衡荷載，以獲取準(zhǔn)確的地基抗力方面的系數(shù)，通過抗力方面的系數(shù)計(jì)算彈簧方面的常數(shù)值。

(3)反應(yīng)變位的方法;由于共振響應(yīng)一般不會(huì)出現(xiàn)于地下結(jié)構(gòu)中，因此忽略結(jié)構(gòu)自身震動(dòng)的慣性力，對(duì)計(jì)算方面的最后結(jié)構(gòu)沒有過多影響。計(jì)算地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)動(dòng)力的方程的過程，應(yīng)將靜計(jì)算方面的公式簡化。因?yàn)檫@樣地下結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)就會(huì)和地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際位置相聯(lián)系，這種方式可以將地震變位和抗力系數(shù)具體化。

(5)有限元的方法;地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能方面的分析過程，需要對(duì)其抗震方面的特征和一些特別的部分或突發(fā)情況進(jìn)行進(jìn)一步的研究。如建筑地下室分支部分、拐角的位置均適用于這種方法。模型的便捷可通過能量傳遞邊界，如萊斯默完善的粘性邊界、斯密斯改進(jìn)的迭加邊界，以及廖振鵬設(shè)計(jì)的透射性邊界等，其使用的效果均為較佳。

2.3 地下結(jié)構(gòu)的抗震性能方面的分析

如果地震產(chǎn)生的過程，框架式地下結(jié)構(gòu)的框架柱，因?yàn)槌惺苓^多土體方面的壓力，就會(huì)和四周的土體產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的效力。地震波傳來，通過基巖向軟土層傳到結(jié)構(gòu)的柱梁，就會(huì)產(chǎn)生框架結(jié)構(gòu)的變形，很多地震波反射于土層，這時(shí)土層就會(huì)出現(xiàn)相反的作用。現(xiàn)將地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特征進(jìn)行分析:

(1)框架式的地下結(jié)構(gòu)震動(dòng)變形，主要因?yàn)槌惺苓^多的地基土壤方面的約束力，使其受到動(dòng)力的作用，呈現(xiàn)出自震的特征。

地下建筑結(jié)構(gòu)對(duì)四周地基振動(dòng)的影響非常小。

(2)地震波入射的方向會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)震動(dòng)的方式造成直接的影響，地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形和應(yīng)力方面明顯的變化。

(3)地下結(jié)構(gòu)震動(dòng)相位差距非常大，且各點(diǎn)在振動(dòng)過程的相位也非常明顯。

(4)地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)過程的應(yīng)變和地震實(shí)際的速度沒有過多的聯(lián)系。

(5)地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)和埋深變化很小。

3 框架式地下結(jié)構(gòu)抗?fàn)幮阅艿耐晟撇呗?/h2>

現(xiàn)階段，我國還缺少對(duì)于地下結(jié)構(gòu)抗震方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，特別為抗震施工的設(shè)計(jì)和處理策略。很多建筑單位的地下結(jié)構(gòu)因?yàn)槭艿降讓臃矫娴南拗疲M(jìn)而就會(huì)造成一些問題出現(xiàn)。還有一種觀點(diǎn)需要結(jié)合地下結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。由此可見，這兩者觀點(diǎn)均有一定的偏差，如地震對(duì)于建筑物的損害沒有得以重視、將地下結(jié)構(gòu)和地上結(jié)構(gòu)混淆。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于建筑的抗震性能要求也更加嚴(yán)格，而減震和抗震的設(shè)計(jì)也應(yīng)該滿足市場(chǎng)和實(shí)際的需求，以防不時(shí)之需。為不斷將建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能提升，就需要認(rèn)真落實(shí)隔震和消能減震方面的抗震工作。因?yàn)檫@方面的抗震工作，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)來講，有著重要的意義和價(jià)值。所以，應(yīng)結(jié)合各個(gè)國家地下結(jié)構(gòu)對(duì)地震方面的具體分析，并加強(qiáng)地下架構(gòu)抗震方面的能力，通過適宜的方式和措施完善地下結(jié)構(gòu)的抗震性能。

(1)把框架式地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在平整度良好的地基位置，同時(shí)要確保遠(yuǎn)離斷層，防止建筑設(shè)置在近山坡的坡面或是地面平整度較差的地域，盡可能防止設(shè)置在飽和砂土方面的地基。

(2)框架式地下結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工的過程，相同的條件應(yīng)盡可能選擇埋深更大的線路，避免設(shè)置于風(fēng)化巖層的地段。

(3)如果施工條件允許，地下建筑應(yīng)利用暗挖的方式進(jìn)行施工。

(4)框架柱和中柱、梁、頂板等節(jié)點(diǎn)的位置需要利用具有一定彈性的節(jié)點(diǎn)，禁止使用剛性的節(jié)點(diǎn)。

4 總結(jié)

當(dāng)前，框架式地下建筑的設(shè)計(jì)、施工的環(huán)節(jié)為建筑工程中的重點(diǎn)內(nèi)容。框架式的地下結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到高層建筑對(duì)于地下室方面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。由于框架式地下結(jié)構(gòu)的抗震性能的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，所以應(yīng)給予建筑結(jié)構(gòu)更多的關(guān)注，給予地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)更多的重視。從而提高建筑物的整體質(zhì)量，并達(dá)到一定的抗震性能。

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