考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的核電站廠房樓層反應(yīng)譜分析

[摘要]樓層反應(yīng)譜是設(shè)備抗震計算的基礎(chǔ)，而核電規(guī)范也規(guī)定了在一定情況下需要考慮土與結(jié)構(gòu)的相互作用，以下簡稱SSI效應(yīng)。本文以坐落在較軟土地基的某廠房為例，分析是否考慮SSl效應(yīng)和不同埋置深度對上部結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的影響。為樓層反應(yīng)譜的研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]樓層反應(yīng)譜；土與結(jié)構(gòu)相互作用（SSl效應(yīng)）

GB 50267-97《核電廠抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定核電廠的安全殼、建筑物、構(gòu)筑物，宜坐落在基巖或剪切波速大于400m/s的巖土上。對地基土平均剪切波速不大于1100m/s的地基，應(yīng)計入地基與結(jié)構(gòu)的相互作用。即將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基作為彼此協(xié)調(diào)工作的整體，在連接點和接觸點上滿足變形協(xié)調(diào)的條件下求解整個系統(tǒng)的變形和內(nèi)力。

本文以坐落在較軟地基的某廠房為例，分析是否考慮SSl效應(yīng)和基礎(chǔ)不同埋置深度對上部結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的影響，為樓層反應(yīng)譜的研究提供參考。

1、工程概況與計算方法介紹

1.1工程概況

本工程為抗震I類物項，采用極限安全地震動（SSE）進行抗震設(shè)計，極限安全地震震動峰值加速度水平方向為0.15g，豎直方向為0.10g。平面尺寸36mx28.5m，高25m，地下一層、地上四層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)。地基參數(shù)見表1。

1.2計算方法介紹

本文共分析了素混凝土換填，箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)三種地基方案，同時，將明臥筏板基礎(chǔ)作為SSI效應(yīng)對比分析方案。

不考慮SSl效應(yīng)的計算是利用ANSYS建立計算模型，對結(jié)構(gòu)進行整體分析?？紤]SSl效應(yīng)計算利用SASSl建立計算模型。加速度時程持續(xù)時間為20s，步長0.005s。加速度時程的反算譜均能滿足包絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)譜和功率譜的要求。

2、是否考慮SSl效應(yīng)對上部結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的影響

以箱基方案20.0m層，5%臨界阻尼比的樓層反應(yīng)譜為例，對比結(jié)果見下圖。

從上圖可以看出，考慮SSI的峰值比不考慮SSI效應(yīng)的峰值要小。另外，由于軟地的濾波作用，使考慮SSl效應(yīng)的反應(yīng)譜在低頻段的譜值大于不考慮SSl效應(yīng)的譜值，且主頻段偏向低頻段。對于建造在較軟場地的工程，如果不考慮SSl效應(yīng)，計算結(jié)果在低頻段是不安全的。

3、基礎(chǔ)埋置深度對上部結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的影響

通過明臥筏礎(chǔ)與深埋的換填基礎(chǔ)的對比計算來研究基礎(chǔ)埋深的影響。對比結(jié)果如下圖。

由圖可知，在水平方向上兩種方案的峰值差別不大，但主頻段相差約3～5Hz，認為是深埋的換填基礎(chǔ)剛度大，可避開軟土地基的長周期段，故主頻向高頻段偏移。豎向筏基的峰值比換填基礎(chǔ)大，認為是埋置效應(yīng)降低了峰值，偏安全，筏基的豎向反應(yīng)譜能包絡(luò)埋置基礎(chǔ)。

結(jié)論：

本文通過計算，分析了是否考慮SSI效應(yīng)和埋置深度對樓層反應(yīng)譜的影響，結(jié)論如下：

（1）低頻段考慮SSl效應(yīng)的譜值較高，高頻段不考慮SSl效應(yīng)的譜值較高，故軟土地基應(yīng)考慮SSI效應(yīng)。

（2）埋置效應(yīng)降低了反應(yīng)譜的峰值，明臥基礎(chǔ)的豎向樓層反應(yīng)譜能夠包絡(luò)埋置基礎(chǔ)。