基础埋深对某高层建筑结构响应影响的数值分析研究

发布时间：2020-03-18 00:49

【摘要】：基础埋深对结构的整体稳定性有较大影响,当基础埋深不足时,会导致结构抗倾覆弯矩不足而引起整体性倒塌,针对基础埋深不满足规范要求而引起的问题急需研究。本文采用数值分析的方法对比分析结构模型中埋深一层(模型一)与埋深二层(模型二)的结构响应,提出一些建议,解决基础埋深不足引起的部分问题。本文结合实际工程案例,采用多种有限元软件,通过反应谱及弹性时程分析在常遇地震、设防地震及罕遇地震下的结构层间位移角、结构顶点位移、基底剪力等宏观参数,来比较不同埋深对建筑物整体结构响应的影响。运用温克尔地基模型理论建立基础筏板,加载后得出基础筏板的应力分布,通过观察应力分布确认建筑物整体稳定性是否满足规范要求。本文主要开展以下几个方面的研究工作:(1)为了研究埋深一层与埋深二层模型在相同工况下的结构响应,在进行结构反应谱分析后,通过对比研究模型一与模型二在同一工况下的宏观参数得到以下结论:在结构自振方面,由于两模型的土体约束的不同,模型二自振周期比模型一小。在反应谱分析中,结构的顶点位移及最大层间位移角均会减小。在常遇地震作用下,模型一与模型二几乎都处于弹性变形阶段,且模型二的基底剪力与层间位移角相比于模型一小5%左右,而结构顶点位移则相差20%左右。在设防地震中,模型二的抗震性能明显优于模型一。模型二的基底剪力、层间位移角、顶点位移及筏板最小应力值均小于模型一。模型二的层间位移角与基底剪力相比于模型一小3%~5%左右,因此,基础埋深达到要求对于结构抗震具有极大的意义。在基底应力分布方面,模型二的基底剪力最小值在七种工况下均小于模型一。因此可知,在常遇和设防地震作用下,当基础埋深越大时,结构偏向于越安全,基础出现拉应力的机会也越小。(2)为了更全面的评估两模型的抗震性能及损伤模式,采用Abaqus建立计算模型并设置塑性及损伤因子。在罕遇地震中,模型一与模型二的顶点位移及加速度均表现为10%左右的差异。在层间位移角方面,模型二相比于模型一仅减小4%左右,且二者位移曲线基本一致,而位移角最大值所在的层数也几乎相同。模型一的地下室剪力墙损伤严重,而模型二的剪力墙损伤情况相比于模型一小得多。在结构损伤方面,模型一的地下结构破坏最主要集中于结构最底部,且出现了整墙贯穿性破坏。而当采用满足规范要求的模型二时,地下结构集中破坏处则转移至地下结构的顶部。在上部结构中,两模型的损伤位置及程度几乎相同。(3)为了研究筏板基础面积对结构响应的影响,在模型一的基础上在地下室外围加入一圈框架并将基础筏板的面积扩大至框架边缘(模型三),通过在罕遇地震作用下分析比较模型一与模型三的不同。通过比较两模型的结构响应得出以下结论,其中,结构顶点位移、加速度、底部弯矩几乎不变,但结构剪力墙破坏模式却大有不同。在七条工况下,模型一地下室底部破坏最为严重,当地下室周围增加一圈框架后,其破坏最严重处转移至地下室顶部。因此当结构埋深不足时,可以适当增加地下结构的刚度。但加固地下室时需考虑相邻层的刚度,防止刚度差过大而造成局部破坏。通过结构塑性耗能及损伤耗能可知,模型三的破坏情况不如模型一严重。而通过基础筏板应力云图可知相比于模型一,由于模型三筏板面积增大,因此基底拉应力的最大值有所减小,但没有完全消除。而在结构塑性耗能及结构损伤耗能方面,模型三基本上都比模型一小。因此,当基础埋深不足时,通过增加基础筏板面积与地下结构的刚度,可以有效的提高结构的抗震性能。
【图文】：

示意图,埋置深度

防止自然条件直接对外露的基础造成影响[11]。具体如图1-1 所示。在确定基础埋深时，最先需要考虑的就是结构的使用要求，若结构需要设置地下室、地下车库等全埋式或半埋式部分时，则往往需采用深基础。当建筑物存在地下结构时，则需考虑室内地坪标高，若采用局部地下室，则基础需按台阶式放坡，高度与宽度之比取 1:2，其中高度小于 0.5m[11]，，其示意图见图 1-2。在基础设计中还需考虑外部因素的影响，如高温或低温对地基土层引起的热胀或冷胀等诸多不利影响。理论上气管与水管不可穿过基础下方，若必须穿过基础，则需弯至基础上方且与基础需保持一定的距离，以防止基础对管道造成影响。当结构为炉窑、冷冻库等特殊建筑物时，需考虑高温或低

墙基础,埋深,做法,建筑物

图 1-1 基础的最小埋置深度图 1-2 墙基础埋深变化时的做当结构受到上拔力时，在基础设计时需考虑结构的抗滑性，若结构内部，则需考虑荷载对基础内侧的不利影响[12]。当新建建筑物周围由其他的建筑物时，为了不使得原有的建筑物受到干
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU973

【参考文献】