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常规的结构抗震设计,是将上部建筑和地基基础分开计算,作为彼此离散的独立结构单元进行静力平衡分析计算。抗震设计是在假设基础固定后,来对上部结构进行抗震分析的。实际上,地震时土体与上部结构是相互共同作用的。地基-基础-上部结构的动力共同作用已逐步被广大设计人员接受。并通过实践证明,地基土愈软弱,相互作用愈明显。地基-基础-上部结构的动力相互作用对计算建筑的地震反应有重要影响。当其相互作用的影响使建筑所受的地震作用减小时,考虑相互作用会使结构的抗震设计更为经济合理;而有些情况,却使建筑所受的地震作用增大,考虑相互作用从而避免危险。可以这么说,考虑地基-基础-上部结构共同作用将使结构抗震设计更具科学性,必然是以后结构设计的一个方向。
本文作者在阅读了大量的有关地基-基础-上部结构共同作用的文献基础上,发现对共同作用结构的竖向力作用,也就是如沉降和竖向位移等研究较多,而对水平力作用,也就是动力作用或抗震这方面的文献并不多。作者在前人的一些分析假定基础上(如地基土模型的选取、半无限空间土体截取有限空间后的边界处理、桩土边界处理等),对软弱地基上较柔的高层框架结构分别做了柱底刚接假定的抗震分析和与软弱地基共同作用时候的抗震分析,共对四种模型进行了抗震计算及分析。本文的重点在第三和第四种模型上。
第三种模型考虑了平行地震波传播方向的边界面上应该还存在半空间土体的剪切影响,对地基也应该有一定约束作用,因此又做了第三种模型在第二种模型的基础上,再在平行于地震波传播方向的边界面上设置了剪切弹簧,刚度等按Lysmer及Kublemeyer提出的公式计算。因为很多文献大多采用Beeks理论,而未考虑到Beeks是以点波源为中心散射到圆柱形边界面这一前提来推导的,所以考虑到半无限土体在截取一部分土体后的边界面普遍没有考虑到边界土体的剪切影响。
第四种模型是在第三种模型的基础上更详细考虑到了桩土作用界面的问题,因为桩土作用界面存在滑移、摩擦、脱离等情况,比较复杂,因此在分析中,本文作者采用了Goodman边界模型,在筏板与土和桩与土之间设置了Goodman边界单元。
由于现阶段有关考虑桩土共同作用面的文献大多是研究竖向力作用,而在研究水平力作用方面的文献不多,大多设计也没有考虑地基水平刚度的影响,将地基建入模型的工程设计实例更少,要么认为地基的水平刚度无穷大,要么就是根据地基的大致分类进行谱分析。这在很多情况下是与事实不相符的。本文就是根据前人的一些地基单元假设,将地基建入模型中进行抗震分析,从而得出考虑共同作用的重要性,更主要的是为考虑共同作用的设计提供一种较为方便的方法,本文本课题的研究成果对为今后相关的研究提供一定的参考价值。