地下建筑結構抗震性能分析

【摘要】 隨著城市化進程的推進，對地下建筑結構的抗震性能也提出了更高的要求。尤其與地上建筑結構相比，抗震性能優(yōu)越且震害較少，但相比西方發(fā)達國家，我國的地下建筑結構抗震設計理論仍處于較為落后階段。因此本文將對地下建筑結構抗震性能進行探析。

【關鍵詞】 地下建筑結構；抗震性能；抗震措施

前言：近年來，地下結構呈現規(guī)模擴大且空間不斷開發(fā)的趨勢，導致由地下建筑結構設計不合理產生的震害 問題越來越多。其原因在于人們過于忽視地層位移或變形過程中地下建筑結構的變化。因此對地下建筑結構抗震性能的分析具有十分重要的意義。

一、地下建筑結構的基本概述

（一）地下建筑結構的類型分析

現階段，以實用功能為依據對地下建筑結構主要可分為七類，即：公共建筑、交通建筑、居住建筑、地下工業(yè)建筑、建筑綜合體、防護建筑以及倉儲建筑等。若以空間形狀為依據，其又包括空間地下建筑與長線性地下建筑。若從地下結構型式分，其又可分為附建式結構、淺埋式結構、沉井法結構、地道式結構、連續(xù)墻結構等。

（二）地下建筑結構特點分析

作為地下結構的一部分，地下建筑結構可理解為在巖層或土層間建造的構筑物與建筑物。相比地面結構，地下建筑結構具有自然防護能力強、受外界因素影響小、地質條件影響大、施工條件特殊且需要進行照明、防排水、防潮以及通風等處理。

（三）地下結構震害特性分析

以我國1976年唐山地震所造成的地下人防工程破壞、1999年臺灣地震中地下工程的破壞、1995年日本阪神地震地下商場、隧道以及通道等破壞為例，對地下結構震害的特性可總結為：第一，與地上結構相比，其地震破壞程度較低。第二，相比巖石中結構，土中的地下結構容易被破壞。第三，地下結構破壞程度主要受強震持時的影響。第四，受邊坡失穩(wěn)影響，地下隧道的地面處會受到嚴重破壞[1]。。

二、地下建筑結構抗震性能分析方法研究

（一）地下建筑結構的結構設計問題分析

地下建筑結構設計過程中首先應考慮一定的問題，具體包括抗震等級、材料等級、活荷載值、地基承載能力、實際施工過程中需注意的事項以及相關信息是否通過施工圖表達出來等。而且其作為基本的建筑類型，在結構安全等級與建筑物使用年限方面也應著重考慮，特別在地下建筑結構中所涉及的鋼筋混凝土結構抗震等級以及建筑結構的地基基礎等級等方面。同時，地下建筑結構設計過程中還需考慮地基土層與持力層的承載能力、地基土凍結深度以及不良地質作用等問題。另外，地下建筑結構設計過程中對結構構件的耐火等級也有具體的要求。實際施工過程中應注意遵循基本的規(guī)范要求并做好驗收工作，避免因設計或施工存在的問題導致地下建筑結構抗震性能不高的情況發(fā)生[2]

（二）框架式地下建筑結構抗震性能分析方法

1.靜力法

靜力法的應用主要指對不斷發(fā)展變化的地震力通過等代的靜地震荷載進行代替，然后對地震荷載下結構內力利用靜力計算模型綜合分析。其中等代的地震荷載可分為結構自身的慣性力、主動側向土壓力的量以及洞頂處土柱的慣性力等。這種方式一般適用于對結構橫斷面的抗震計算。

2.地基抗力系數法

在對橫斷面進行地震反應分析過程中，常利用以互相作用計算模型為基礎的地基抗力系數法，尤其對于全埋設或半埋設的地下建筑結構也比較適用。這種方式會將地下建筑結構巖土介質作用以多點壓縮彈簧或剪切彈簧代替。具體計算主要分為三個步驟：第一，計算代替巖土介質的彈簧常數。第二，計算巖土地震變位。第三，計算地震結構地震反應。另外，計算巖土抗力彈簧時，所利用的方式主要為靜力有限元法取其近似值，而對與應變幅度對應的地基彈性常數需根據地震反應進行分析。為確?？锥瓷戏匠惺艿暮奢d保持均勻，需計算地基抗力基數，最后再利用彈簧常數替換地基抗力系數。

3.反應變位法

據以往實踐表明，地下建筑結構可能發(fā)生共振響應的概率很小，在計算過程中可將結構發(fā)生振動過程中產生的慣性力進行忽略。因此，對地震反應動力分析過程中可直接利用擬靜計算公式，使土壤介質變位對地震效應起決定性作用。但利用反應變位法時，需對抗力系數、地震變位予以明確，這樣才可保證計算結果更為合理。

4.有限元方法

對地下建筑結構進行抗震性能分析時，為使抗震特性、特殊位置抗震的研究更加深入，經常采用有限元方法。例如，對地下室轉彎部位或地下室其他分支等都需利用這種方式。另外，模型邊界需利用如疊加邊界、透射邊界以及粘性邊界等能量傳遞邊界[3]。

（二）襯砌整體式地下建筑結構抗震性能分析

襯砌整體式的結構抗震性能可從四方面進行概括：第一，在地震作用下，其構件內力與變形程度相比地面結構反應較小。但結構督辦或底層梁等結構部位的內力相比地面結構較大。第二，結構自振周期與地震動卓越周期間不同的匹配程度對襯砌整體式地震響應會產生不同的影響。第三，地震響應受圍巖性質影響較大，特別在圍巖過于軟弱的條件下，地震響應將逐漸增大，結構抗震性能也會隨之降低。第四，地震響應會隨洞室尺寸的增大而逐漸變大。因此，進行抗震設計過程中應從這四方面進行抗震性能的分析。

（三）襯砌分離式地下建筑結構抗震性能分析

襯砌分離式的結構相比同條件地面結構，地震變形及結構內力較小，一般抗震設計過程中只需以地面結構抗震水平便可實現結構的安全性。而在地震響應方面，其主要影響因素為土層的厚度，土層對不同基巖地震動很可能產生放大或衰減作用。同時，圍巖性質對地震響應產生一定的影響，在圍巖性質較為軟弱的情況下，結構地震響應會逐漸增大。另外，區(qū)別于襯砌整體式結構，襯砌分離式結構受洞室尺寸影響較小。因此對襯砌分離式地下建筑結構的抗震性能進行分析過程中，也需綜合考慮各方面的影響因素[4]。

三、地下建筑結構抗震設計未來趨勢分析

從當前大部分結構抗震設計中分析，所使用的方法主要以承載力為基礎，對構件截面數值的計算通過組合結構內力實現，以此確定建筑結構的承載力，而且抗震結構在損耗性及延續(xù)性方面都需通過構造的措施進行完善。但通過實踐研究，利用以位移為基礎進行結構的抗震設計更能獲得良好的抗震設計效果，因此未來設計過程中需在此方面著手。另外，未來地下建筑結構抗震設計過程中還需考慮隔震與消震方面的問題。其中隔震主要指在結構之間設置隔震層，減小地震作用對建筑結構的破壞程度。特別在社會不斷發(fā)展的背景下，抗震性能指標也將逐漸趨于嚴格，減震、消震以及抗震設計等內容都將成為未來被關注的重要內容[5]。

結論：地下建筑結構抗震性能分析是確保抗震設計更加合理的基礎。具體分析過程中應考慮地質條件及地下建筑結構的特點，可利用抗震分析方法如靜力法、反應變位法等，并綜合考慮地下結構為框架式、襯砌整體式或襯砌分離式等，同時需鑒別圍巖性質、土層厚度以及洞室尺寸對其可能造成的影響，這樣才可保證地下建筑結構抗震性能的分析更加合理。

參考文獻

[1]鄭良平.地下建筑結構抗震性能分析與抗震簡化計算方法探討[D].重慶大學，2010.

[2]曹翾.地下建筑結構抗震性能分析[D].重慶大學，2010.

[3]張經凱.關于框架式地下建筑結構的抗震性能分析[J].低碳世界，2014，07：154-155.

[4]董志君.鋼筋混凝土結構抗震性能分析方法及體系可靠性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2010.

[5]蘇濤.探討框架式地下建筑結構的抗震性能[J].低碳世界，2014，07：157-158.