础刚度对高层建筑抗震设计的影响分析-

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1、础刚度对高层建筑抗震设计的影响分析一-傅学怡因为会议时间有限，所以很多内容就精简了，我今天在这里是第一次拿山这篇论文，今天听完了以后会觉得有点震动，这是在国内会议上第一次拿出来讲，我的想法会有大量后续研究和工作跟上。我们中国包括世界各国现在广泛采用的所有的包括抗震计算，大家最近经常在提问题，人为引入了地球以外宇宙中的大祌作为嵌固是否正确呢？很明显，如果考虑了有限基础刚度，而不是嵌固端假定的话，结构周期要加强，地震作用要减小。但是随着假定的改变，地震作用下结构的变形和内力的分布状态发生了变化，有可能造成整体过于保守，

2、局部偏于危险的不利影响。我们展开幵开。关于这方面美国和日本现在已经开始了一部分的工作，美国的ATC-40给出了有限基础刚度的结构抗震计算模型，但是它考虑了有限基础刚度影响的结构计算，但其仅讨论了基础刚度的确定方法，未就基础刚度对建筑结构抗震设计的影响作深入分析研究。基础嵌固端的假定是多年来我们经常做的，包括现在有地T室的，或者没有地下室我们的假定就是嵌固端，但是我们做试状就是公分、两公分这样的。刚度是有限的，我们--个桩放在这桩顶要发生转动的，所以宥限基础刚度应该是像我后面做的这个假定。这个是美国ATC40,我把它

3、反过来。对我们说有地下室的高层建筑，和没有地下室的高层建筑，基础的刚度和基础计算的模型很显然是有所不同的。不管怎么样，我们都可以用一定的简化的方法，这是无地下室的模型，有地K室的可能用一个集中的弹簧模拟地K室周边的主体的嵌固端，我们经常谈到建筑物的嵌固问题，实际上嵌固就是通过这些刚度来实现的。接下来讲第一个问题就是桩基的计算方法。因为在我们目前的规程里面，关于地基础我们着重偏向于承载力，没有涉及到基础刚度问题。那么，因此在这边我会稍微花一点时间介绍一下刚度确定原则。我们国家已经给桩基刚度给出了•-整套的计算方法，我

4、们国家大的复杂的项目里面都是引入了桩基刚度，进行了底板计算分析的，我相信大家也用过的，这里面包括了水平刚度，转动刚度，以及耦合刚度，对桩的刚度就是这么几个参数，有的是通过试验，试装来定。天然地基同样也存在着竖向和水平的刚度，这就是我们天然地基的一些天然刚度。美国的ATC-30给出了基础的数，天然地基的刚度水平计算公式。第三个就是地下室外侧土体水平刚度。这里面实际上本质上都是涉及到一个土体，平面外的，水平方向的一个刚度。4然这个跟土地的减轻模量，地下水的情况都有关。很复杂，但是不管怎么样，这个刚度是客观存在的，而不能

5、把它A己不动脚刚度无穷大进入我们的刚度。我在这里提到三种，我们碰到的桩基，天然地基简化的计算方法，有些并不是简化，是通过试验验证的。这部分工作是一个科研,随着我们的试验不断进行下去，这个是讨以得到正确解的。当我们引入基础刚度的时候，结构的侧移动刚度将会减少，结构自振周期有所增大，高层建筑的总地震作用有所减小。另外-方面，边界条件的改变将导致结构在地震作用下绝对位移有所增大内力分布发生变化。我们先做了-个对框架结构，我们举了-个框架实例。五种典型工程，第一种框架结构是12层的框架结构。我们采用了这样人工挖孔桩，根据这

6、些参数我们可以得到基础嵌固端的数据，那么由于基础刚度的确定是非常复杂的因素，我在这里引入我们按照规范定的中间值，上下各变化两倍，看看谁的基础刚度变化以后带来的结构影响。这也是--种哲学，这个有限元模型在这里，首先看模态，我们可以看到基础嵌闹和基础有限刚度进去以后，把这些刚度引入以后，这个是显而易见的。每个模态的周期都会增大。周期增大，接下去会剪力地震。水平位移可以看到引入基础刚度以后，结构绝对水平位移，和层间水平位移都有所增大，增大的幅度有20%到30%都有。但是基础的平动刚度和基础的转动，这个包括了整体结构的平动

7、。当我们把这两部分的位移扣除了以后，真正地震作用下产生的影响就小了。这就是对变形分析的结论。由于嵌同端假定换成存限刚度数以后，结构的N力变化发生了变化。原来柱里的最大弯度在柱根，现在走到了上端。这个增大了以后可以增加70%以上，下端可以减少40%左右。这个是前面的分析,不管是变形还是内力，基本上都是一样。可以看到基础嵌同端假定并不一定都是偏于安全的，由于基础的嵌固，就把底层柱的上端安全度变小了。同时，底层柱的面积算大了，也是不合理的。我们可以看到汶川震坏的框架是底层的柱底看不到。基础刚度对剪力墙的影响，这也是书里面

8、的第二种类型，剪力墙结构，■•个典型100米高的30多层的住宅，也是我们配的桩基的刚度，模型引入，大家可以看到这样的模型就和我们原来嵌同端的模型就不一样了。在这个模型基础上我们进行了模态分析，可以看到也是周期在增大。增大的量级并不是我们想象的-•下会增加很大，因为毕竞还是有基础刚度的，并不是无刚度的基础。基础如果没有刚度，这个房子就不成立了。扣除了整体平动和