2024年5月14日发(作者:令狐燕楠)
第27卷第1期
结构工程师
Vo1.27.No.1
2011年2月
Structural Engineers
Feb.2011
带地下室高层结构嵌固端假定适用条件研究
杨晓峰 李 亮
(1.上海城投置地(集团)有限公司,上海200348;2.同济大学建筑工程系,上海200092)
摘要对于带地下室的高层及超高层结构,如何确定结构的嵌固端位置和考虑地基回填土的侧向约
束作用是结构设计人员关注的重要问题。首先提出了带地下室结构的力学模型,根据经典的弹性理论
推导了结构的侧移及内力的计算公式,分析了地基回填土约束参数 、地下室占整个结构比例h/H和地
下室与上部结构抗弯刚度比E I /E I2对结构顶部侧移的影响,然后以误差不大于5%的精度为标准提
出了近似以地下室顶板和底板为嵌固端时参数 与h/H和E , /E,L的关系曲线。文中提出的公式以
严密理论为基础,其计算结果可靠,可供科研人员和设计人员参考和应用。
关键词地下室,嵌固端,回填土,力学模型,弹性理论,计算公式
Research on Requirement of Application for Fixed End
Assumption of High—Rise Buildings with Basement
YANG Xiaofeng ' LI Liang
(1.Shanghai City Land(group)Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China;
2.Department of Building Engineering,Tonri University,Shanghai 200092,China)
Abstract The importance of the identiifcation of the position of the embedded end and the lateral restriction
of the back filled soil of high—rise or super high-rise buildings has been concerned by many engineers.The
mechanic model is put forward in this paper at first,and the formulas for calculating lateral displacement and
inner force are derived based on elastic theory,and the influence on top displacement y(H)by the parameter
,
h/H and E1I1/E2,2 are studied also,then the CHIVES between h/H,E1I1/E212 and卢are put forward on the
base of accuracy 5%when the top or base of the basement is embedded.The formulas based on stirct theory
may be referred and utilized by researchers and engineers.
Keywords basement,embedded end,back filled soil,mechanic model,elastic theory,calculating formula
约束作用有关,因此合理考虑地基回填土的约束
1 引 言
作用对于保证结构计算的准确性具有重要意
义 J。研究表明,地基回填土约束作用对上部
改革开放以来,随着我国经济的快速发展和
结构响应的影响参数包括地基回填土约束参数
城市化水平的迅速提高,各种功能的高层及超高
、
地下室占整个结构比例h/H和地下室与上部
层建筑如雨后春笋般在神州大地拔地而起。由于
结构抗弯刚度比E , /E 12。在设计时,为了简化
日益紧缺的土地资源再加上建筑功能和结构抗力
常常采用两种假定 , :①结构在室外地坪处嵌
方面的需要促使建筑物不断向地上和地下扩展, 固,地基回填土能够完全约束地下室的侧移和转
使得设有地下商场、停车库及人防工程等带地下
角;②以地下室地板为嵌固端,忽略地基回填土对
室的高层结构得到广泛应用¨ 。 地下室的约束作用。
由于带地下室高层结构嵌固端的位置与地基
显然,以上两种假定均会导致计算结果存在
收稿日期:2010—06—12
联系作者,Email:yangxfemail@163.COB
・
结构分析・ .67. 结构工程师第27卷第1期
误差。如果误差不能满足工程精度要求,则假定
虑地基回填土的约束作用,计算结果虽然偏于安
不再适用,必须建立更为准确的模型进行分析。
全的,但如果误差过大,会造成无谓的浪费。
那么参数卢、h/H和E , /E。 与误差之间的关系
胡庆昌通过理论研究,建议带地下室的高层
是怎么样的?参数 、h/H和 , /E 满足什么
建筑抗震设计应考虑上部结构、基础和地基的共
条件,采用上述假定带来的误差能够满足工程精
同工作,并给出了近似估算地下室外墙的土动压
度要求?下面将根据本文提出的计算公式来对这
力方法 ]。傅翼对带有地下室的高层及超高层
两个问题进行研究。
建筑结构的计算模型及研究方法进行了总结,并
对几种常用分析软件的适应范围和局限性进行了
2研究及应用现状
探讨 J。沈朝勇对相似比为1/25的带地下室高
层结构模型进行了振动台试验(图1),研究结果
在高层结构分析时,假定地下室顶板或底板
表明,在地震作用下地基回填土与地下室的相互
为嵌固端给计算结果带来的误差,会造成浪费或
作用会减小结构的侧移;在用有限元软件对震动
导致计算结果偏于不安全 。假定室外地坪为
台试验进行建模时,采用非线性弹簧单元来模拟
嵌固端时,若实际地基回填土的约束作用非常弱,
地基回填土的水平约束作用,得到的计算结果与
可能导致实际的侧移远大于计算值,使设计结果 试验结果符合较好 。
偏于不安全。假定地下室底板为嵌固端,且不考
(a)振动台试验模型 (b)有限元模型
图1带地下室高层建筑
Fig.1 A high—rise building with basement
在设计中为了简化,我国《高层建筑混凝土
反力系数k沿竖向均匀分布的张氏法 '∞J。
结构技术规程》(JGJ 3—2002)规定¨ :带有一层 在实际工程中根据现场测定的地质参数,地基
或多层地下室的高层结构,当以地下室顶板作为 水平反力系数k也可采用以下方法来近似确定 …:
嵌固端时,除了满足构造要求外,地下室楼层侧向 (1)对于黏性土可用无侧限抗压强度q
刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2 (MPa)推算,k=(8~12)q 。
倍。虽然这条规定能够在一定程度上控制假定地 (2)由标准贯入函数N(63.5)推算,k=
下室顶板为嵌固端的误差不至于过大,但并不能
4N(63.5)。
得到精确的计算结果。 (3)根据地基变形模量 推算:k=
4 E。 ( 为修正系数;OL 为侧面修正系数,
3力学模型及计算公式
取1~1.2; 。为地基变形模量; 为水平荷载作
3.1参数 的计算
用下的基础换算宽度)。
目前,确定地基水平反力系数k的方法较多,
3.2力学模型
主要方法张氏法、m法、简化k法和C值法。高层
带地下室高层结构,包括上部结构、地下室和
结构地下室部分在地震和风荷载作用下地下室的
地基三部分,地基回填土对地下室的水平约束作
水平位移不大,因此工程中常采用假定地基水平
用通过水平弹簧来模拟。力学模型如图2所示。
Structural Engineers Vo1.27,No.1 -68・ Structural Analysis
模型假设:①嵌固端在地下室底板处;②上部结构
的抗弯刚度E:,2、地下室的抗弯刚度E , 及水平
反力系数k均为常量;③不考虑结构的剪切变形;
④水平荷载为倒三角形分布。
q(h3
/上
—7
地
蔓 \ 尊
。,
l
(a)带地下室高层结构 (b)弹性连续杆简化模型
图2带地下室高层结构模型
Fig.2 Model of the high—rise building with basement
3.3侧移及内力计算公式
3.3.1上部结构
在水平荷载作用下,当将地下室顶板视为嵌
固端时,上部结构相当于一个竖向悬臂柱;地下室
在顶部弯矩、剪力和回填土的水平反力的共同作
用下,顶板处将发生侧移Y(h)和转角Y (h),如
图3所示。
兽
衡方程可知
d4yl(x)
d
一
(日
一
h E 12
), 、
o(3)
、
由边界条件Y (h)=0、Y:(h)=0、Y (日)=
0、 (H)=0,可得
l ( ):—面 一『【 s一 一
1
+ 。
D 2+D
3 +
2
】(4)
式中D1=hH一 2
Dz : 一
D
3
: 一 舶。+ z一
D
4
:一 s+ 肌 一
5
H2h
。+ 。
3.3.2地下室部分
从地下室部分( ≤ )取出微元段dx进行研
究(图4),由平衡方程可知
+ky( ):0 (5)
Q(^)= g( ‘
(a)地下室 (b)微元体受力
图4地下室受力示意图
Fig.4 Description of the force on the basement
由4个边界条件Y(0):0,Y (0)=0,M(h)
=一
E j (h),Q(h)=一E , Y (h),可得
y(x)=Cl[(e肛一e一肛)eos( ̄x)
一
2e-aXsin( )]+C2(e 一e一 )sin( )
在地下室顶板( =h)处的侧移Y(h)及转角
0(h)=Y (h):
(^)=c [( 一e )c0s( )一2e ̄sin(flh)]
+c:(e肚一e一 )sin( ) (6)
O(h)= {C [( 一e一 )cos(/3h)
一
( 一3e )sin( ̄h)]
+C2[(eBh+e一 )sin(/3h)
+(e 一e )cos(/ ̄h)]} (7)
・
结构分析・ ・69・ 结构工程师第27卷第1期
地下室底板( --o)处弯矩M(O)和剪力q(O):
(0)=一E , Y (0)=一4E ,j (C +C )
Q(0)=一E1, Y (0)=8E1, 卢。C。
一
(8)
(9)
[ ( )
式中 c,=
[e肚+(2 +3)e ]c0s( )+(1~ )(e卢^+e一肚)sin( ̄h)
一
赢 )+ ¨]
[A(e肌+e肪)+e 一e肋]cos( ̄h)一(e肚+e一肋)sin(/?h)
(e 一e~ )cos(胁)一(e +e )sin(/3h)
(e +e一 )cos( )
(e +3e一 )cos( )+(e肺+e一肌)sin( )
、
“
2e phcos(/3h)一(e肪+e一 )sin(17h)
卢
当不考虑地基回填土约束作用时,即P( )=
・
Y ( )——以地下室底板 :0处为嵌固端
( )=0,由微分方程式(5)及相同的边界条
但不考虑地基回填土约束作用( =0)时结构的
顶部侧移;
件,地下室顶板处侧移Y(h) :。和转角Y (h) :。:
。=
壶 ㈩ 吉 ](10)
时的结构顶部侧移;
I
Y ( )——以地下室顶板 =h处为嵌固端
Y,(日)——地下室顶板处发生位移Y(h)和
y ( ) =E
Ij
Q(^) 一 (^) ](11)
转角Y (h)引起的结构顶部侧移。
由图5(a)可知,随着参数卢的增大,Y (H)/
4参数对结构响应的影响
4.1算例介绍
Y (H)逐渐减小,说明地基回填土的约束作用越
强,地下室顶板处侧移和转角引起的结构顶部位
移越小,地下室顶板就越趋近于嵌固端;比较各条
曲线的斜率可知,参数 对), (H)/y ( )的影响
随着h/H的增大愈加显著。通过观察图5(b)可
知,随着参数卢的逐渐减小,y(I-1)/y。(H)逐渐增
大,分析可知当参数 趋于0时,地基回填土的约
本文用表示地基回填土相对强弱程度的参数
来代替地基水平反力系数 ,用地下室高度占结
构总高的参数h/H来代替h进行研究。选取了
总高度为H=100 In,上部结构抗弯刚度E 12=
7.52×10 kin・Ill~,顶部水平荷载q(H)=71.57
kN/m的结构进行分析,以研究参数 、地下室占
结构总高度比值h/H和地下室与上部结构抗弯
束作用消失,这时Y(H)/y (H)趋近于1;通过比
较各条曲线的斜率可知,参数 对Y(H) ( )
影响随着h/H的增大会更为显著。
4.2.2参数h/H的影响
刚度比E , /
影响
与对结构顶点位移Y(H)的
在研究参数h/H对结构顶部侧移影响时,选
取E ,1/ =2的模型进行分析。由图6(a)可
知,当参数JB小于0.003时,Y (H)/y (日)随着
h/H的增大而单调增大;当参数 大于0.003时,
Y (H)/y ( )先随着h/H的增大逐渐增大,达到
4.2参数分析
4.2.1参数口的影响
本文选取了地下室与上部结构抗弯刚度比
, /E =2的模型进行参数分析,得到的结果
如图5所示,图中符号的意义如下:
最大值后随着h/H的增大又逐渐减小。观察图6
(b)发现,Y( )/y (H)随着h/H的增大单调减
小;通过比较各条曲线的斜率可知,h/H对
Y。(H)/y (H)的影响随着参数卢的增大愈加显
Y(H)——以地下室底板 =0处为嵌固端并
考虑地基回填土约束影响时结构的顶部侧移;
Structural Engineers Vo1.27,No.1 ・70・ Structural Analysis
著;当h/H趋于0时,相当于无地下室高层结构, 所以y( )与y。(H)相等。
120%
1O0%
S
\
80%
S 、S—
S
0
o 002 0 004 0 006
60%
40%
∞∞加∞舳∞ 加
%%%%%%%%
20%
0 008
O 0 002 0
.
004 0.006 0.008
口
口
(a1地下室顶板嵌固
fb1地下室底板嵌固
图5 顶点侧移比与参数卢的关系(E ,。/E。,2=2)
Fig.5 The relationship between displacement ratio and卢(E1 11/E212 2)
16O%
l40%
£120%
1O0%
§
§
£80%
6O%
40%
2O%
O
O.O5 O.10 0.15 0 2O O.25 O.30 0 35
h|H
h f H
(a1地下室顶板嵌固
(b)地下室底板嵌固
图6顶点侧移比与h/H的关系(E 11/E2,2=2)
Fig.6 The relationship between displacement ratio and h/H(E1,1/E212 2)
4.2.3参数E ,1/E 12的影响
本文选取了h/H=0.1的模型来分析参数
E , /E ,2对结构顶部侧移的影响。由图7(a)可
知,随着E , /E:,2的增大,Y (日)/y (H)逐渐减
Y (H)/y (H)等于0,此时可取地下室顶板为上
部结构嵌固端进行分析。由图7(b)可知,随着
E , /E 的增大y(Ⅳ)/y。(H)会逐渐减小,但减
小趋势非常缓慢;同时,当参数 增大时,地基回
填土约束作用增强,因此Y(H)/y。(日)会减小。
小,由曲线的斜率变化情况可知,Y (日)/y (H)减
小趋势逐渐减弱;当 , /E 增大到一定值时,
§
S
Elll/E212
EIlI/Eft2
fa1地下室顶板嵌固
(b)地下室底板嵌固
图7顶点侧移比与E , /E ,2的关系(h/H:0.1)
Fig.7 The relationship between displacement ratio and E111/E2 日(h/H 0.1)
4.3参数对嵌固端的影响
工程中通常以误差小于5%为标准来忽略误
差影响。本文规定:当Y:(H)/y (日)小于5%时,
忽略地下室侧移对上部结构的影响,结构分析可
按地下室顶板为嵌固端进行分析;当Y(n)/
・
结构分析・
( )大于95%时,地基回填土对地下室的侧向
结构工程师第27卷第1期
构顶点侧移误差也小于5%。
选取h/H=0.1的模型进行研究。由图8
(b)可知,随着E , /E 的增大,以地下室顶板
为嵌固端时的参数 下限逐渐减小,且减小效果
非常明显,说明通过增大地下室与上部结构抗弯
刚度比E,, /E 12对实现以地下室顶板为嵌固端
约束影响可以忽略,此时结构分析时可取地下室
底板为嵌固端,并忽略地基回填土的约束作用。
选取E , /E。,:=2的模型进行研究。由图8
(a)可知,当 , /E 12和h/H确定后,结构的嵌
固端位置与参数 有关。当卢大于顶板嵌固的卢
下限值时,可以地下室顶板为嵌固端进行分析,此
时结构顶点侧移误差小于5%;当 小于底板嵌
的要求效果明显;同时,当E ,,/E 12增大时,以地
下室底板为嵌固端且不考虑地基回填土约束作用
的参数 上限也有所减小,但并不显著。
固的 上限时,可以地下室底板为嵌固端进行分
析,且不考虑地基回填土约束作用,此时得到的结
0
0
0
0.008
0.007
0.006
0 005
q 0
004
.
q 0
0
0
O
O.003
0.002
O.OO1
5 O
h|H Elll/E2h
(a)参数口与h/ 的关系( .I1/E212=2) (b)参数口与E。,l/ ,2的关系( /H=0 1)
图8参数 与 /日和E , /E 12的关系
Fig.8 The relationship between 8 and h/H,E1l1/E2i2
注:顶板嵌固的卢下限为y2(日)/y (日)等于5%时的卢曲线;
底板嵌固且不考虑回填土作用的 上限为Y(H) ( )等于95%时的卢曲线。
oundatfion『J].International Journal of Computer
5 结论
Applications in Technology,2000,13(6):273—279.
[3] 陈仲颐,叶书麟.基础工程学[M].北京:中国建筑
本文以弹性理论为基础,推导了带地下室高
层结构的侧移及内力计算公式,并就地基回填土
约束参数 、地下室占整个结构比例h/H和地下
室与上部结构抗弯刚度比E 11/E 对结构顶部
侧移影响进行参数分析;研究了结构顶点侧移的
误差小于5%时,假定室外地坪或地下室底板为
工业出版社,1990.
Chen z Y,Ye S L.Foundation Engineering[M].
Beijing:China Architecture&Building Press,1 990.
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嵌固端时,参数 的取值范围。研究表明,地基回
填土对地下室的水平反力对结构的侧移具有显著
影响,在工程设计中应考虑上部结构、地下室和地
基的相互作用。本文提出的内力及位移计算公式
考虑了回填土与地下室相互作用,具有严密的理
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1 引 言
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显然,以上两种假定均会导致计算结果存在
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结构分析・ .67. 结构工程师第27卷第1期
误差。如果误差不能满足工程精度要求,则假定
虑地基回填土的约束作用,计算结果虽然偏于安
不再适用,必须建立更为准确的模型进行分析。
全的,但如果误差过大,会造成无谓的浪费。
那么参数卢、h/H和E , /E。 与误差之间的关系
胡庆昌通过理论研究,建议带地下室的高层
是怎么样的?参数 、h/H和 , /E 满足什么
建筑抗震设计应考虑上部结构、基础和地基的共
条件,采用上述假定带来的误差能够满足工程精
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层结构模型进行了振动台试验(图1),研究结果
在高层结构分析时,假定地下室顶板或底板
表明,在地震作用下地基回填土与地下室的相互
为嵌固端给计算结果带来的误差,会造成浪费或
作用会减小结构的侧移;在用有限元软件对震动
导致计算结果偏于不安全 。假定室外地坪为
台试验进行建模时,采用非线性弹簧单元来模拟
嵌固端时,若实际地基回填土的约束作用非常弱,
地基回填土的水平约束作用,得到的计算结果与
可能导致实际的侧移远大于计算值,使设计结果 试验结果符合较好 。
偏于不安全。假定地下室底板为嵌固端,且不考
(a)振动台试验模型 (b)有限元模型
图1带地下室高层建筑
Fig.1 A high—rise building with basement
在设计中为了简化,我国《高层建筑混凝土
反力系数k沿竖向均匀分布的张氏法 '∞J。
结构技术规程》(JGJ 3—2002)规定¨ :带有一层 在实际工程中根据现场测定的地质参数,地基
或多层地下室的高层结构,当以地下室顶板作为 水平反力系数k也可采用以下方法来近似确定 …:
嵌固端时,除了满足构造要求外,地下室楼层侧向 (1)对于黏性土可用无侧限抗压强度q
刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2 (MPa)推算,k=(8~12)q 。
倍。虽然这条规定能够在一定程度上控制假定地 (2)由标准贯入函数N(63.5)推算,k=
下室顶板为嵌固端的误差不至于过大,但并不能
4N(63.5)。
得到精确的计算结果。 (3)根据地基变形模量 推算:k=
4 E。 ( 为修正系数;OL 为侧面修正系数,
3力学模型及计算公式
取1~1.2; 。为地基变形模量; 为水平荷载作
3.1参数 的计算
用下的基础换算宽度)。
目前,确定地基水平反力系数k的方法较多,
3.2力学模型
主要方法张氏法、m法、简化k法和C值法。高层
带地下室高层结构,包括上部结构、地下室和
结构地下室部分在地震和风荷载作用下地下室的
地基三部分,地基回填土对地下室的水平约束作
水平位移不大,因此工程中常采用假定地基水平
用通过水平弹簧来模拟。力学模型如图2所示。
Structural Engineers Vo1.27,No.1 -68・ Structural Analysis
模型假设:①嵌固端在地下室底板处;②上部结构
的抗弯刚度E:,2、地下室的抗弯刚度E , 及水平
反力系数k均为常量;③不考虑结构的剪切变形;
④水平荷载为倒三角形分布。
q(h3
/上
—7
地
蔓 \ 尊
。,
l
(a)带地下室高层结构 (b)弹性连续杆简化模型
图2带地下室高层结构模型
Fig.2 Model of the high—rise building with basement
3.3侧移及内力计算公式
3.3.1上部结构
在水平荷载作用下,当将地下室顶板视为嵌
固端时,上部结构相当于一个竖向悬臂柱;地下室
在顶部弯矩、剪力和回填土的水平反力的共同作
用下,顶板处将发生侧移Y(h)和转角Y (h),如
图3所示。
兽
衡方程可知
d4yl(x)
d
一
(日
一
h E 12
), 、
o(3)
、
由边界条件Y (h)=0、Y:(h)=0、Y (日)=
0、 (H)=0,可得
l ( ):—面 一『【 s一 一
1
+ 。
D 2+D
3 +
2
】(4)
式中D1=hH一 2
Dz : 一
D
3
: 一 舶。+ z一
D
4
:一 s+ 肌 一
5
H2h
。+ 。
3.3.2地下室部分
从地下室部分( ≤ )取出微元段dx进行研
究(图4),由平衡方程可知
+ky( ):0 (5)
Q(^)= g( ‘
(a)地下室 (b)微元体受力
图4地下室受力示意图
Fig.4 Description of the force on the basement
由4个边界条件Y(0):0,Y (0)=0,M(h)
=一
E j (h),Q(h)=一E , Y (h),可得
y(x)=Cl[(e肛一e一肛)eos( ̄x)
一
2e-aXsin( )]+C2(e 一e一 )sin( )
在地下室顶板( =h)处的侧移Y(h)及转角
0(h)=Y (h):
(^)=c [( 一e )c0s( )一2e ̄sin(flh)]
+c:(e肚一e一 )sin( ) (6)
O(h)= {C [( 一e一 )cos(/3h)
一
( 一3e )sin( ̄h)]
+C2[(eBh+e一 )sin(/3h)
+(e 一e )cos(/ ̄h)]} (7)
・
结构分析・ ・69・ 结构工程师第27卷第1期
地下室底板( --o)处弯矩M(O)和剪力q(O):
(0)=一E , Y (0)=一4E ,j (C +C )
Q(0)=一E1, Y (0)=8E1, 卢。C。
一
(8)
(9)
[ ( )
式中 c,=
[e肚+(2 +3)e ]c0s( )+(1~ )(e卢^+e一肚)sin( ̄h)
一
赢 )+ ¨]
[A(e肌+e肪)+e 一e肋]cos( ̄h)一(e肚+e一肋)sin(/?h)
(e 一e~ )cos(胁)一(e +e )sin(/3h)
(e +e一 )cos( )
(e +3e一 )cos( )+(e肺+e一肌)sin( )
、
“
2e phcos(/3h)一(e肪+e一 )sin(17h)
卢
当不考虑地基回填土约束作用时,即P( )=
・
Y ( )——以地下室底板 :0处为嵌固端
( )=0,由微分方程式(5)及相同的边界条
但不考虑地基回填土约束作用( =0)时结构的
顶部侧移;
件,地下室顶板处侧移Y(h) :。和转角Y (h) :。:
。=
壶 ㈩ 吉 ](10)
时的结构顶部侧移;
I
Y ( )——以地下室顶板 =h处为嵌固端
Y,(日)——地下室顶板处发生位移Y(h)和
y ( ) =E
Ij
Q(^) 一 (^) ](11)
转角Y (h)引起的结构顶部侧移。
由图5(a)可知,随着参数卢的增大,Y (H)/
4参数对结构响应的影响
4.1算例介绍
Y (H)逐渐减小,说明地基回填土的约束作用越
强,地下室顶板处侧移和转角引起的结构顶部位
移越小,地下室顶板就越趋近于嵌固端;比较各条
曲线的斜率可知,参数 对), (H)/y ( )的影响
随着h/H的增大愈加显著。通过观察图5(b)可
知,随着参数卢的逐渐减小,y(I-1)/y。(H)逐渐增
大,分析可知当参数 趋于0时,地基回填土的约
本文用表示地基回填土相对强弱程度的参数
来代替地基水平反力系数 ,用地下室高度占结
构总高的参数h/H来代替h进行研究。选取了
总高度为H=100 In,上部结构抗弯刚度E 12=
7.52×10 kin・Ill~,顶部水平荷载q(H)=71.57
kN/m的结构进行分析,以研究参数 、地下室占
结构总高度比值h/H和地下室与上部结构抗弯
束作用消失,这时Y(H)/y (H)趋近于1;通过比
较各条曲线的斜率可知,参数 对Y(H) ( )
影响随着h/H的增大会更为显著。
4.2.2参数h/H的影响
刚度比E , /
影响
与对结构顶点位移Y(H)的
在研究参数h/H对结构顶部侧移影响时,选
取E ,1/ =2的模型进行分析。由图6(a)可
知,当参数JB小于0.003时,Y (H)/y (日)随着
h/H的增大而单调增大;当参数 大于0.003时,
Y (H)/y ( )先随着h/H的增大逐渐增大,达到
4.2参数分析
4.2.1参数口的影响
本文选取了地下室与上部结构抗弯刚度比
, /E =2的模型进行参数分析,得到的结果
如图5所示,图中符号的意义如下:
最大值后随着h/H的增大又逐渐减小。观察图6
(b)发现,Y( )/y (H)随着h/H的增大单调减
小;通过比较各条曲线的斜率可知,h/H对
Y。(H)/y (H)的影响随着参数卢的增大愈加显
Y(H)——以地下室底板 =0处为嵌固端并
考虑地基回填土约束影响时结构的顶部侧移;
Structural Engineers Vo1.27,No.1 ・70・ Structural Analysis
著;当h/H趋于0时,相当于无地下室高层结构, 所以y( )与y。(H)相等。
120%
1O0%
S
\
80%
S 、S—
S
0
o 002 0 004 0 006
60%
40%
∞∞加∞舳∞ 加
%%%%%%%%
20%
0 008
O 0 002 0
.
004 0.006 0.008
口
口
(a1地下室顶板嵌固
fb1地下室底板嵌固
图5 顶点侧移比与参数卢的关系(E ,。/E。,2=2)
Fig.5 The relationship between displacement ratio and卢(E1 11/E212 2)
16O%
l40%
£120%
1O0%
§
§
£80%
6O%
40%
2O%
O
O.O5 O.10 0.15 0 2O O.25 O.30 0 35
h|H
h f H
(a1地下室顶板嵌固
(b)地下室底板嵌固
图6顶点侧移比与h/H的关系(E 11/E2,2=2)
Fig.6 The relationship between displacement ratio and h/H(E1,1/E212 2)
4.2.3参数E ,1/E 12的影响
本文选取了h/H=0.1的模型来分析参数
E , /E ,2对结构顶部侧移的影响。由图7(a)可
知,随着E , /E:,2的增大,Y (日)/y (H)逐渐减
Y (H)/y (H)等于0,此时可取地下室顶板为上
部结构嵌固端进行分析。由图7(b)可知,随着
E , /E 的增大y(Ⅳ)/y。(H)会逐渐减小,但减
小趋势非常缓慢;同时,当参数 增大时,地基回
填土约束作用增强,因此Y(H)/y。(日)会减小。
小,由曲线的斜率变化情况可知,Y (日)/y (H)减
小趋势逐渐减弱;当 , /E 增大到一定值时,
§
S
Elll/E212
EIlI/Eft2
fa1地下室顶板嵌固
(b)地下室底板嵌固
图7顶点侧移比与E , /E ,2的关系(h/H:0.1)
Fig.7 The relationship between displacement ratio and E111/E2 日(h/H 0.1)
4.3参数对嵌固端的影响
工程中通常以误差小于5%为标准来忽略误
差影响。本文规定:当Y:(H)/y (日)小于5%时,
忽略地下室侧移对上部结构的影响,结构分析可
按地下室顶板为嵌固端进行分析;当Y(n)/
・
结构分析・
( )大于95%时,地基回填土对地下室的侧向
结构工程师第27卷第1期
构顶点侧移误差也小于5%。
选取h/H=0.1的模型进行研究。由图8
(b)可知,随着E , /E 的增大,以地下室顶板
为嵌固端时的参数 下限逐渐减小,且减小效果
非常明显,说明通过增大地下室与上部结构抗弯
刚度比E,, /E 12对实现以地下室顶板为嵌固端
约束影响可以忽略,此时结构分析时可取地下室
底板为嵌固端,并忽略地基回填土的约束作用。
选取E , /E。,:=2的模型进行研究。由图8
(a)可知,当 , /E 12和h/H确定后,结构的嵌
固端位置与参数 有关。当卢大于顶板嵌固的卢
下限值时,可以地下室顶板为嵌固端进行分析,此
时结构顶点侧移误差小于5%;当 小于底板嵌
的要求效果明显;同时,当E ,,/E 12增大时,以地
下室底板为嵌固端且不考虑地基回填土约束作用
的参数 上限也有所减小,但并不显著。
固的 上限时,可以地下室底板为嵌固端进行分
析,且不考虑地基回填土约束作用,此时得到的结
0
0
0
0.008
0.007
0.006
0 005
q 0
004
.
q 0
0
0
O
O.003
0.002
O.OO1
5 O
h|H Elll/E2h
(a)参数口与h/ 的关系( .I1/E212=2) (b)参数口与E。,l/ ,2的关系( /H=0 1)
图8参数 与 /日和E , /E 12的关系
Fig.8 The relationship between 8 and h/H,E1l1/E2i2
注:顶板嵌固的卢下限为y2(日)/y (日)等于5%时的卢曲线;
底板嵌固且不考虑回填土作用的 上限为Y(H) ( )等于95%时的卢曲线。
oundatfion『J].International Journal of Computer
5 结论
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层结构的侧移及内力计算公式,并就地基回填土
约束参数 、地下室占整个结构比例h/H和地下
室与上部结构抗弯刚度比E 11/E 对结构顶部
侧移影响进行参数分析;研究了结构顶点侧移的
误差小于5%时,假定室外地坪或地下室底板为
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基的相互作用。本文提出的内力及位移计算公式
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