Ⅱ类场地土和结构相互作用地震反应分析

２ 结构 和 土 层计 算 模 型 的建 立
２ ． １ 结构模 型 简化
的结构 地震 反应 的影 响 ， 对 比不 同输入 模式 下 ， 结 构
的位移 和 内力反 应 ， 来 说 明考 虑 土 和结 构 相 互 作 用
的重要 性 。
２ ０ １ ５年 ８月 ２日收到 国家 自然科学基金（ ５ １ ０ ７ ８ ０ ３ ２ ） 、
北 京 市 自然 科 学 基 金 （ ８ １ ４ ３ ０ ３ ７） 资 助
选 择 一个 ５层 建 筑 物作 为 上 部结 构 ， 结 构 各 层 的质量 、 刚度 和层 高见表 １ 。根 据 振 型分 解 法 ， 求解 有 效振 型 质量 和有效 振 型高度 ， 即：
， ，ｈ、２
＝
ｍｕ＋ｃ 矗＋ｋ ｕ ：一ｍｕ ｇ ｍｕ＋ｃ 矗＋ｋ ｕ ＝一ｍｕ １ （ １ ） （ ２ ）
ｍｈ＋ｃ “＋ｋ ｕ ：一（ ｍｈ Ｏ＋ｍｕ 。 ＋ｍｈ １ ） （ ３ ）
式中 ， ｍ、 ｃ ． ｋ分别 为 结 构 质量 、 阻尼 和 刚度 ， ｕ为结 构 相对 基底 的位 移 ， 为输 入 地 震 动 ， ｈ 为 自由场 地 表反 应 ， 为基 底转 角 ， “ 为土 和结 构 相 互作 用 引起 的基底 位移 。
１ 单 自 由度 框 架 结 构 地 震 反 应 分析
单 自由度 框架 结构 的地 震反 应分 析方 法一般 有 以下 三 种模 型 ： ① 不考 虑 土层 的影 响 ， 对结 构直接 输 入地 震 波 ， 进 行地 震 反应 分 析 ［ 图１ （ ａ ） ］ ； ② 先 计 算 场地 模 型 的地 表 反应 时程 ， 作 为结 构 基 底 的地 震 动
构 顶点 位移 相应 增 大 。 为 了研 究考 虑 土和结 构相 互作 用对 Ⅱ类 场地 上
输入 ， 进行地震反应分析 ［ 图１ （ ｂ ） ］ ； ③建立土和结 构相互作用一体化模 型， 将基础简化为一无质量 的 刚性平 板 ， 地 基 假设 为一 均匀 的弹性 半空 间 ， 然 后输 入 地震 波进 行地 震 反应 分 析 ［ 图１ （ ｃ ） ］ 。分别 建 立 水平力平衡方程 ：
式中， Ｌ ＝∑
， Ｍ ＝∑
， Ｌ ： ＝
土质 坚硬 的场 地 ， 使 用 刚性 地 基 假设 较 为合 理 。但 是对 于 软土场 地 ， 则 计 算 有 较 大误 差 。 规 范 ＿ ２ 中第 ５ ． ２ ． ７条 结构 抗 震 计 算 ， 一 般 情 况 下 可 不 计 入 地 基 与结 构相 Ⅳ
第１ ５卷
第３ ２期 ２ ０ １ ５年 １ １月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ０ １ ． １ ５ Ｎｏ ． ３ ２ ＮＯ Ｖ ．２ ０ １ ５
１ ６ ７ １ — １ ８ １ ５（ ２ ０１ ５） ３ ２ — ０ ０ ６ ５ — ０ ５
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
（ ４ ）
，
＝
第一作者简介 ： 雷素 素 （ １ ９ ８ ８ 一） ， 女， 博士 研究生 。研 究方 向 ： 结 构
抗震 。
（ ５ ）
Ｌｎ Ｎ Ｎ
通 信作 者简介 ： 潘旦 光。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｐ ｄ ｇ ＠ｕ ｓ ｔ ｂ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
⑥
２ ０ １ ５ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
建筑技术
Ⅱ类场地土和结构 相互作 用地震反应分析
雷素素 高永 涛 潘旦 光
（ 北京科技大学土木与环境工程学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘
要 为 了研 究考虑土和结构相 互作用 对 Ⅱ类场地上 的结构地 震反 应 的影 响， 建 立 了三个不 同输入形 式的结构 地震反 应
分析模型。通过 三条地震 波激励 下， 计算不 同输入形 式下结构的位移和 内力反应 峰值 的变化， 说 明 了不 同土 层特性对结 构地 震反应的影响。结果表 明： １ Ｉ 类场地土土层 中的结构抗震计 算也应该 考虑土和结 构相互作 用； 土 层剪切波速对 结构响应 的影 响并无一致变化规律 ； 覆盖层厚度越 大， 结构顶点位移和基底剪力 随之增 大； 相 同周期 的土层上 的结构响应并不一致 。
类场地的高层建筑进行相应的折减计算。大多学者 认 为 由于 Ｉ、 Ⅱ类 场地 同刚性地 基 比较接 近 ， 设 计 时 采用 刚 性 基 底 假 设 对 结 果 不 会 有 太 多 影 响＿ ３ ｊ 。杨
柏坡 对 三 种 不 同类 型 的 Ⅱ类 场模 型 进 行 分 析 计 算， 认 为其 中一 种 Ⅱ类 场 地土做 结构 抗震 设 计时 ， 最 好 考虑 土和 结构 相 互 用 的影 响 ， 否则 设 计 可 能 存 在 不安 全 因素 ； 但 是 Ⅱ类 场是 基 于 当时 规 范 进 行 划 分 的 。考虑 土和 结构 相互 作用 后和 按 刚性地 基假 设 对结 构 动力 特性 的影 响主 要有 ： 延迟 结构 基本 周期 ； 基 底剪 力 大部分 减小 ， 小 部分增 大 ； 结构 顶点 位移 一 般 都相 应 的增大 ， 且 随着 结构 刚度越 大 ， 场地 越软 结
关 键词 Ⅱ类场地
中 图法分类号
地震 反应 土和结构相互作用 Ｔ Ｕ ４ ３ ； 文献标志码 Ａ
我国《 建筑抗震设计 规范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ ＿２ ０ ｌ Ｏ ） 中采 用 的抗震 分 析方 法 是 以 刚性 地 基假 定 为前 提 ， 该方 法直 接使 用 自由场 地 面运动 作 为结构 的基 底输 入地 震动 ， 给结 构 抗 震 计算 带 来很 大 方 便 … 。对 于