地下建筑结构抗震性能分析
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作者: 罗国文
【摘要】本文根据地下建筑结构的结构设计说明地下建筑结构抗震设计方法的分析对地下建筑结构抗震方面做出研究和总结并简单阐述了地下建筑结构抗震性能的特点和提高地下建筑结构抗震的措施。
[关键词]地下建筑；结构抗震；性能；分析
1前言
地震是自然界一种常见的自然灾害。过去，由于地下结构数量和规模的限制，其震害事例较少，加之地下结构受到周围地层的约束，即使发生地震其震害程度也相对较轻。然而，随着地下空间的开发和地下结构建设规模的不断扩大，地下结构也相继出现了各种震害。地下建筑结构的施工可以达到增大地下建筑开间尺寸，充分利用地下空间，然而却又新问题地下建筑结构的设计和施工要十分注意抗震设计，减少地震对建筑物的危害。
2地下结构的抗震研究现状
地下下结构一直被认为具有良好的抗震性能。然而，近年来的地震震害表明，在地震作用下，地下结构同样会出现较为严重的破坏。分析地下结构不同于地上结构的动态反应特性，可以知道地下结构的振动特性与地面结构有很大不同，针对于地下结构特点的抗震分析方法日益受到重视，近年来取得了很大的进展。
地下建筑结构在地震力作用下，因为建筑周围的岩土的介质存在，地下结构就会发生和地面上的结构不同的地震反应。地震通常以地震波形式传播地震的能量，在地震波自基岩传到场地时，地基的土壤介质就会在地震波作用下，产生运动，土壤介质会将运动形式传递到的地下结构。如果是小断面地下结构，当动力荷载作用时，地下建筑结构和土壤的相互作用就可以忽略了，这是地下建筑结构会随土壤介质做相同运动，所以动应力小。但是当地下建筑结构存在者明显惯性作用时，此时地下建筑结构就会产生过度得变形导致地下结构破坏。
3框架式地下建筑结构的结构设计说明
（1）地下建筑结构设计是主要设计依据，抗震等级，人防等级，地基情况和承载力、活荷载值，材料等级，地下结构施工过程中注意事项，选用详图和施工图中没有画但是通过施工说明表达出来的信息等等。
（2）地下建筑结构的建筑类，建筑结构的安全等级已经建筑物的设计使用年限，建筑物的建筑抗震的设防分类、抗震设防烈度，建筑物的场地类别以及建筑的钢筋混凝土结构的抗震等级、人防工程的抗力等级、地基基拙的设计等级等等。
（3）地下建筑结构建筑地基的持力层的土层的类型和承载力特征值，工程建筑施工的地基液化和不良的地质作用以及地基土的冻结深度。
（4）建筑的设计活荷载。
（5）地下建筑结构施工中受力钢筋混凝土的保护层厚度，办证施工时结构的做法统一，根据现行的规范规程和标准图选用。
（6）地下建筑所要求的建筑物的耐火等级以及相关构的件耐火等级。
（7）尊重客观规律，时刻注意施工注意事项，例如施工时后浇带的设置和专业配合及施工质量验收的特殊要求等。
4 框架式地下建筑结构抗震性能分析的基本方法
（1）静刀法，就是将随时间变化的地震力用等代的静地震荷载代替，然后再用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力。等代的静地震荷载包括：结构本身和洞顶上方土柱的惯性力以及主动的侧向土压力的增加量。
（2）地基抗力系数法，这是将相互作用的计算模型应用于地下建筑结构的横断面上分析地震反应的一种方法，可适用于半埋设和全埋设的地下建筑的结构。用剪切弹簧和多点的压缩弹簧来代替地下建筑结构的周围岩土的介质的作用进行模拟，梁元素可以模拟结构。方法主要包括以下三个步骤：①周围岩土的介质弹簧的常数计算；②周围岩土的地震变位计算；③框架式地下建筑结构的地震反应的计算。周围岩土的抗力弹簧常数采用静力有限元法进行近似的计算。侧面和下方边界固定，根据地震反应分析求得的应变幅度相应的确定地基弹性常数而后为求得相应的变为要在
孔洞各个方向上施加均布的荷载，这样可以求得地基抗力系
数，再讲地基抗力系数换算成弹簧常数。
（3）反应变位法，因为共振响应是不会发生在地下建筑结构上的，所以略去结构本身在振动中的惯性力对计算结果不会发生多大的影响，这个观点已经被很多实验成果所证实。所以在计算地下建筑结构的地震反应动力方程时就可简化为成拟静计算的公式。这样地下建筑结构的地震效应就取决于地下结构所出位置的土壤介质地震的变位，这种方法关键是要明确地震变位以及抗力系数，具体方法可参考文献。
（4）有限元方法，在地下建筑结构抗震性能分析时，为了进行地下结构抗震特性的全面深入研究，或是进行某些特殊情况或特殊部位的抗震分析，例如，地下室的分支、转弯部位等，需要应用动力有限元方法。模型的边界需要采用能量传递边界，例如，莱斯默J.场surer）的改进粘性边界、斯密思（W.D.Smith ）的迭加边界和廖振鹏的透射边界等均具有较好的使用效果。
5地下建筑结构的抗震性能
当地震发生时地下建筑结构中框架柱由于受到周围土体的约束，会与周围的土体之间发生动态的相互作用。当地震波传来时，地震波由基岩经软土层传至地下结构的柱梁上，引起结构运动和变形，部分地震波经反射传土层，对土层产生反作用。所以总结出地下建筑结构结构地震反应的特点：①地下结构的振动变形受周围地基土壤的约束作用显著，地下建筑结构所受到的动力反应大多不太明显表观出来自振特性影响；②地下建筑结构的存在对于周围的地基震动的影响很小；③地震波入射方向会较大的影响地下建筑结构的振动形式，地震波的入射方向发生不大的变化，地下结构各点的变形和应力可以发生较大的变化；④地下结构在振动中各点的相位差别十分明显，地面结构各点在振动中的相位差很明显；⑤地下结构在振动中的应变一般与地震加速度的大小联系不很明显；⑥地下建筑结构的地震反应随埋深发生的变化不很明显。
6提高框架式地下建筑结构抗震承载能力的主要措施
根据各国地下结构的震害分析，提高地下结构的抗震承载能力可以从以下几方面入手：①将地下建筑结构建于均匀稳定的地基中，远离断层，避免过分，近山坡坡面和不稳定地段，尽量避免饱和砂土地基。②在地下建筑结构施工时，在相同条件下，尽量选取埋深较大的线路，远离风化岩层区。③在施工条件允许的条件下，框架式地下建筑施工尽量采取暗挖法施工。④在地下建筑结构的结构中柱和梁或顶板的节点处，应尽量采用弹性节点，避免采用刚性节点。
7结语
如今地下建筑的设计和施工是建筑设计和施工的重要环节，地下建筑结构，可以满足现代高层建筑对地下室设计施工的要求，但是地下结构的抗震设计是不容忽视的，一般认识是地面上的结构遭到的震害比地面下结构遭到的震害要严重，但是对于相同的结构分别位于地面上和地面下的时候来说，地面下的结构侧移以及所受内力大于地面上结构的侧移和所受的内力。这是因为在地震力作用地下结构周围的围岩对地下结构产生的动土压力所引起的。所以说简简单单地认为在地震作用下地面下的建筑结构比地面上的结构更安全这是不科学的，地下建筑结构也应该注重抗震设计。
参考文献
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[2]林皋.地下结构的抗震设计.土木工程学报，1996，27（1）.
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