論地下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能研究

高興英

摘 要：地震危害性極大，是常見的自然災(zāi)害。以往受到地下建筑結(jié)構(gòu)規(guī)模及數(shù)量的限制，地震帶來的事故較少，并且地下建筑結(jié)構(gòu)在周圍地層的約束下，地震造成的震害程度并不大。但是，近年來我國加快了對地下空間的開發(fā)，不斷擴大了地下建筑結(jié)構(gòu)規(guī)模，地震對地下建筑結(jié)構(gòu)的危害也越來越大。通過采用框架式地下建筑結(jié)構(gòu)施工，能夠提高對地下空間的利用率，增大地下建筑開間尺寸，因此需要注意對框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，減少地震為地下建筑結(jié)構(gòu)的影響。

關(guān)鍵詞：框架式；地下建筑結(jié)構(gòu)；抗震性能

1 前言

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的需求也愈加多元化，現(xiàn)代城市中地下建筑結(jié)構(gòu)的要求與難度也逐步提升，這對地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提出了更高的要求。本文首先概述了對當(dāng)前地下建筑結(jié)構(gòu)抗震的研究情況，然后通過分析框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，提出了相應(yīng)的完善策略，旨在通過采取一系列措施，最大限度避免地震所造成的危害。

2 當(dāng)前地下建筑結(jié)構(gòu)抗震研究概述

一般情況下，地下建筑結(jié)構(gòu)具備一定的抗震性能。然而就目前情況來看，地下建筑結(jié)構(gòu)仍然會受到地震的影響，如果不及時采取防范措施，會對其結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。通過對地下建筑結(jié)構(gòu)的動態(tài)特征、形式的分析，不同地下建筑結(jié)構(gòu)在抗震性能上存在較大差異。在對地下建筑結(jié)構(gòu)抗震方式的研究中，近年來我國取得了較大的進(jìn)展。

框架式地下建筑結(jié)構(gòu)容易受到地震的作用，這是因為地下建筑周圍存在大量的巖土介質(zhì)，與地面建筑結(jié)構(gòu)相比，地下建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震反應(yīng)也是不一樣的。地震主要通過地震波的方式進(jìn)行能量傳遞，在地震波從巖基傳遞至場地的過程，受到地震波的影響，地基土壤的介質(zhì)會不斷的進(jìn)行運動，同時將地震波傳播到框架式地下建筑結(jié)構(gòu)中[1]。如果是較小斷面的地下結(jié)構(gòu)，在動力荷載的作用下，則不必考慮地下建筑結(jié)構(gòu)與土壤的作用，此時框架式地下建筑結(jié)構(gòu)會隨著土壤介質(zhì)做相同運動，因此動應(yīng)力較小。但是如果框架式地下建筑結(jié)構(gòu)存在著明顯的慣性作用時，那么就會導(dǎo)致框架式地下建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，并對地下結(jié)構(gòu)造成巨大破壞。

目前，對于地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究途徑有很多，因為地下結(jié)構(gòu)抗震性能問題十分復(fù)雜，現(xiàn)有的手段都不能夠全面、真實的解釋和模擬地下結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)。下面介紹幾種常見的途徑：（1）原型觀測法。即直接對原型進(jìn)行觀測。（2）模型試驗。主要是模擬現(xiàn)實情況，并進(jìn)行試驗操作。（3）數(shù)值模擬。數(shù)值模擬是區(qū)別于試驗?zāi)M的另一種新的途徑。

3 框架式地下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析

3.1 地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

在框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，抗震等級、人防等級、材料等級、活荷載值、地基情況以及地基地基承載力等是其主要設(shè)計依據(jù)[2]。選用詳圖、施工圖中沒有畫但是通過施工說明表達(dá)出來的信息等，是地下建筑結(jié)構(gòu)施工中需要注意的事項。

框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的分類：建筑結(jié)構(gòu)安全等級、建筑物設(shè)計使用年限、建筑物的建筑抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防強度、建筑物場地種類、建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級、人防工程抗力等級、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級等。

框架式地下建筑結(jié)構(gòu)地基的持力層的土層類型與承載力特征值，工程建筑施工的地基液化與不良地質(zhì)作用、地基土的凍結(jié)深度等。

建筑設(shè)計的活荷載。

在框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的施工過程中，受力鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度，實際施工方法與設(shè)計方案要保持一致，并嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范進(jìn)行施工，選用標(biāo)準(zhǔn)圖。

框架式地下建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的建筑物耐火等級，地下建筑結(jié)構(gòu)中相關(guān)構(gòu)件的耐火等級。

在框架式地下建筑結(jié)構(gòu)施工中，需要重點關(guān)注各環(huán)節(jié)的施工注意事項，比如在施工過程中，如何更加合理的設(shè)置后澆帶，注意施工質(zhì)量驗收時的特殊要求等。

3.2 地下結(jié)構(gòu)抗震性能方法分析

靜力法。也就是用等代的靜地震代替隨著時間而不斷變化的地震力，同時使用靜力計算模型對地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析。等代的靜地荷載主要有：結(jié)構(gòu)本身、主動的側(cè)向土壓力增加量以及洞頂上方土柱的慣性力等。

地基抗力系數(shù)法。簡單來講，就是在框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的橫斷面上，通過應(yīng)用相互作用的計算模型，從而對其地震反應(yīng)進(jìn)行分析的方法。地基抗力系數(shù)法一般在半埋設(shè)或全埋設(shè)的框架式地下建筑結(jié)構(gòu)中比較適用?？蚣苁降叵陆ㄖ闹艿膸r土介質(zhì)作用，可以使用多點壓縮彈簧或者是剪切彈簧來代替，比如梁元素能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。地基抗力系數(shù)法的主要步驟有以下幾點：第一，計算四周巖土的介質(zhì)彈簧的常數(shù)。第二，計算四周巖土的地震變位。第三，計算框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。通過使用靜力有限元法的方法，能夠計算出四周巖土的抗力彈簧常數(shù)。將下方邊界與側(cè)面固定好，按照分析地震反應(yīng)過程中計算的應(yīng)變幅度，將相應(yīng)的地基彈性常數(shù)確定下來[3]。之后為將相應(yīng)的變位計算出來，需要把荷載均勻的施加在孔洞的各個方向上，通過采用上述方法，能夠?qū)⒌鼗沽ο禂?shù)計算出來，然后將地基抗力系統(tǒng)換算為彈簧常數(shù)即可。

有限元方法。在分析框架式地下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的過程中，為更加全面深入的研究地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，或者是對地下建筑結(jié)構(gòu)的某個特殊部位進(jìn)行抗震分析，比如框架式地下室的分支、轉(zhuǎn)彎部位等，則要使用動力有限元方法。

3.3 地下結(jié)構(gòu)抗震性能分析

在發(fā)生地震之后，框架式地下建筑結(jié)構(gòu)四周的土體會對框架柱造成約束，并形成動態(tài)的相互作用。在地震波的傳播過程中，框架式地下建筑結(jié)構(gòu)的梁柱會接收到基巖傳播過來的地震波，從而導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)運動，并發(fā)生變形[4]。一部分地震波通過反射傳播到土層，并對其造成反作用。

4 框架式地下結(jié)構(gòu)抗震性能的完善策略

目前，國內(nèi)地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計認(rèn)識不夠深入，尤其是對抗震施工的設(shè)計與處理。由于很多地下建筑結(jié)構(gòu)受到周圍土壤介質(zhì)的影響，從而會出現(xiàn)很多新的問題。在構(gòu)造地下建筑結(jié)構(gòu)的過程中，需要按照地下建筑結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。所以，在現(xiàn)實中需要重視地震對地下建筑結(jié)構(gòu)造成的損害，不能將地下建筑結(jié)構(gòu)與地上建筑結(jié)構(gòu)相混淆。在我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展過程中，人們對建筑的抗震性能要求也越來越高，在地下建筑結(jié)構(gòu)的減震抗震設(shè)計過程中，需要滿足人們實際的需要。為有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，就必須真正將地下建筑結(jié)構(gòu)的隔震、消震等抗震工作做好。這是由于落實好這些方面的抗震工作，對地下建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計而言意義重大。因此，要積極借鑒國外發(fā)達(dá)國家在地下建筑結(jié)構(gòu)防震上的經(jīng)驗，結(jié)合我國實際情況，不斷提高國內(nèi)地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

5 結(jié)束語

目前，建筑工程的重點環(huán)節(jié)就是設(shè)計與施工，框架式地下建筑結(jié)構(gòu)必須符合高層建筑隊地下室設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)提高對其抗震性能的重視，并采用有效措施完善地下建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，以此在整體上實現(xiàn)建筑物質(zhì)量的提升，并達(dá)到人們對地下建筑抗震性能的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉超華.關(guān)于人防地下結(jié)構(gòu)抗震的相關(guān)研究[J].江西建材，2011（11）：24～30.

[2] 丁克偉，易成建.某帶穿層柱框筒結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[J].工程與建設(shè)，2015（2）：209～212.