带非全埋地下室的高层建筑嵌固端的选取研究

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1、文章编号1000－5269(2013)02－0095－04＊带非全埋地下室的高层建筑嵌固端的选取研究张诚江，肖常安*(贵州大学土木建筑工程学院，贵州贵阳550025)摘要:高层建筑在进行结构分析之前应首先确定结构嵌固端所在的位置。本文采用M法模拟回填土对于高层建筑地下室的约束，并运用有限元分析软件MIDASGEN对结构进行静力弹塑性分析。研究得出，一面开敞的非全埋地下室嵌固端可选在地下室顶板处，并在一定范围内可通过增大连梁及框架梁刚度与增加底层竖向构件配筋的方法来延迟地下一层塑性铰出现的时间，使结构趋于安全。关键词:非全埋地下室;嵌固端;M法;静力弹塑性分析;塑性铰中图分类号:TU973．2

2、1文献标识码:A嵌固端是高层建筑结构进行计算时的一个重要假定，是指除能承受轴力、弯矩、剪力之外，X方向水平位移、Y方向水平位移、竖向位移、转角位移均为零的部位;若按在地震作用下的屈服机制而言，塑性铰出现的部位应该位于嵌固端上部的塔楼底层。贵州山地较多，很多高层建筑依山而建，建筑两侧室外地坪存在高差，使得有些建筑的地下室一面开敞。《建筑抗震设计规范》GB50011－2010第6．1．14条条文说明指出:地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，“所指地下室应为完整的地下室”，即全埋地下室［1］。在多数情况下，新规范的建议不经济并有可能造成基础埋深不足。本文将探讨:当结构满足《抗规》6．1．14条各项

3、规定，且地下室一面开敞时，地下室顶板可否作为结构的嵌固端。图1地下室外墙受力模型P=P1+P2(1)h=∫pdz式中P1(2)0其中p为墙上任意点所受的弹性抗力，其与该点的墙所在平面外的位移y成正比，而与相邻点的位移无关，表达式为:p=Cy(3)式中，C为地基系数，单位为kN/m3，由M法，地基系数C与该点埋深z成正比，即1土体约束的模拟地下室外墙与土体的相互作用较为复杂，本文(4)C=mz采用一种土弹簧的计算模型，将地下室周围的土体视为一系列垂直于墙面且侧面无摩擦的土柱(即一个个独立的弹簧，此弹簧只能是压弹簧而不是拉弹簧)，同时地下室外墙还受到静止土压力的作用。其受力模型如下图:地下室外墙

4、所受的力P等于墙压缩土体产生的弹簧反力P1与静止土压力P2的和，表达式为:式中，m为地基土比例系数。将(3)与(4)带入(2)得:hhhP1=∫0pdz=∫0Cydz=∫0myzdz(5)其中yf(z)，为地下室外墙变形后的挠曲=线方程。同时，由静止土压力的定义可得:*收稿日期:2013－11－12作者简介:张诚江(1987－)，男，山东济南人，在读硕士，研究方向:高层混凝土，Email:chengjiangzhang_21@163．com．*通讯作者:肖常安，Email:ca．caxiao@gzu．edu．cn．贵州大学学报(自然科学版)第30卷·96·hP2=∫0γzdz(6)2静力弹塑

5、性分析2．1算例概况本算例结构类型为框架－核心筒结构，地上部分25层(不含出屋面的电梯维修间)，高度98．4m，其中一至三层使用功能为商业用途，层高为4．2m;四至二十五层使用功能为办公用途，层高为3．9m．地下室1层，层高为4．5m，使用功能为停车场(平面图见图2)．地震工况:抗震设防烈度为7度(设计基本加速度值为0．10g)，Ⅱ类场地，场地特征周期Tg为0．35s，阻尼比为0．05，设计地震分组为第一组。2．2荷载－位移曲线在大震情况下，高层建筑的塑性铰首先出现的部位应该位于嵌固端以上的塔楼底层。本文运用有限元分析软件MIDAS对结构进行静力弹塑性分图2一面开敞地下室平面图析(以X向的静

6、力推覆为例)，将带有四周约束的全埋地下室的高层建筑(模型A)与带有一面开敞的非全埋地下室的高层建筑(模型B)进行对比分析，研究在大震情况下核心筒剪力墙、连梁及框架柱的塑性铰出现的位置、出现的顺序及其发展情况，从而确定嵌固部位的位置。图3为模型A与模型B的静力弹塑性分析的荷载－位移曲线。模型A模型B图3pushover荷载－位移曲线由图3可以看出，模型A与模型B的荷载－位移曲线基本相同，都经历直线上升段，水平段与下降段。直线上升段代表弹性阶段;随着位移增加，结构核心筒出现弯曲塑性铰与剪力塑性铰，剪力墙开始卸荷，内力重分配至外框架部分，此时荷载－位移曲线进入水平段;当框架部分的塑性铰达到极限点时

7、，结构继续卸荷，曲线进入下降段。2．3静力弹塑性分析中塑性铰发展示意图图4至图7为结构塑性铰发展示意图，采用位移加载方式，以0．01m为1步(step)，浅色点代表塑性铰开始产生且处于初期阶段，深色点代表塑性铰达到极限点状态。加载至step8时，模型A与模型B均首先在2－6层核心筒平行推覆方向的连梁处出现了塑性模型A图4模型Bstep10塑性铰发展情况铰。随着加载过程的继续，连梁的塑性铰向上部结第2期张诚江等