地下建筑结构抗震性能分析 陈荣生

地下建筑结构抗震性能分析陈荣生
发表时间：2018-12-19T15:09:16.173Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：陈荣生[导读] 地下建筑抗震性能分析和地震计算方法的讨论起步较晚。

在1995年日本神户地震之前，地下结构缺乏抗震设计。

林州中天建设有限公司河南安阳 456550 摘要：随着城市化进程的推进，对地下结构的抗震性能提出了更高的要求。

特别是与地上建筑结构相比，抗震性能优越，地震破坏较小，但与西方发达国家相比，我国地下建筑结构抗震设计理论仍处于相对落后的阶段。

因此，本文将分析地下建筑结构的抗震性能。

关键词：建筑结构；抗震；安全性能引言：地下建筑抗震性能分析和地震计算方法的讨论起步较晚。

在1995年日本神户地震之前，地下结构缺乏抗震设计。

这是因为地下建筑结构不同于普通地面建筑结构，地下建筑结构受到围岩的约束，地震时没有明显的自震特征。

这是因为地下建筑结构的动力响应主要受周围岩石介质相对变形的影响，而地下建筑结构也对周围岩石介质产生相对影响，从而形成土-结构相互作用现象。

人们对地下结构的抗震性能缺乏了解和理解，对地下建筑的抗震性能并没有给予足够的重视。

直到最近，地下建筑结构的抗震研究逐渐出现并逐步形成。

在下面的文章中，我们将简要讨论地下建筑结构的抗震性能分析和地震计算方法。

1地下建筑结构的基本概述
1.1地下建筑结构的类型分析。

现阶段，以实用功能为依据对地下建筑结构主要可分为七类，即：公共建筑、交通建筑、居住建筑、地下工业建筑、建筑综合体、防护建筑以及仓储建筑等。

若以空间形状为依据，其又包括空间地下建筑与长线性地下建筑。

若从地下结构型式分，其又可分为附建式结构、浅埋式结构、沉井法结构、地道式结构、连续墙结构等。

1.2地下建筑结构特点分析。

作为地下结构的一部分，地下建筑结构可理解为在岩层或土层间建造的构筑物与建筑物。

相比地面结构，地下建筑结构具有自然防护能力强、受外界因素影响小、地质条件影响大、施工条件特殊且需要进行照明、防排水、防潮以及通风等处理。

1.3地下结构震害特性分析。

以我国1976年唐山地震所造成的地下人防工程破坏、1999年台湾地震中地下工程的破坏、1995年日本阪神地震地下商场、隧道以及通道等破坏为例，对地下结构震害的特性可总结为：第一，与地上结构相比，其地震破坏程度较低。

第二，相比岩石中结构，土中的地下结构容易被破坏。

第三，地下结构破坏程度主要受强震持时的影响。

第四，受边坡失稳影响，地下隧道的地面处会受到严重破坏。

2地下建筑结构抗震性能分析方法研究
2.1地下建筑结构的结构设计问题分析。

地下建筑结构设计过程中首先应考虑一定的问题，具体包括抗震等级、材料等级、活荷载值、地基承载能力、实际施工过程中需注意的事项以及相关信息是否通过施工图表达出来等。

而且其作为基本的建筑类型，在结构安全等级与建筑物使用年限方面也应着重考虑，特别在地下建筑结构中所涉及的钢筋混凝土结构抗震等级以及建筑结构的地基基础等级等方面。

同时，地下建筑结构设计过程中还需考虑地基土层与持力层的承载能力、地基土冻结深度以及不良地质作用等问题。

另外，地下建筑结构设计过程中对结构构件的耐火等级也有具体的要求。

实际施工过程中应注意遵循基本的规范要求并做好验收工作，避免因设计或施工存在的问题导致地下建筑结构抗震性能不高的情况发生[2]
2.2框架式地下建筑结构抗震性能分析方法
2.2.1.静力法。

静力法的应用主要指对不断发展变化的地震力通过等代的静地震荷载进行代替，然后对地震荷载下结构内力利用静力计算模型综合分析。

其中等代的地震荷载可分为结构自身的惯性力、主动侧向土压力的量以及洞顶处土柱的惯性力等。

这种方式一般适用于对结构横断面的抗震计算。

2.2.2.地基抗力系数法。

在对横断面进行地震反应分析过程中，常利用以互相作用计算模型为基础的地基抗力系数法，尤其对于全埋设或半埋设的地下建筑结构也比较适用。

这种方式会将地下建筑结构岩土介质作用以多点压缩弹簧或剪切弹簧代替。

具体计算主要分为三个步骤：第一，计算代替岩土介质的弹簧常数。

第二，计算岩土地震变位。

第三，计算地震结构地震反应。

另外，计算岩土抗力弹簧时，所利用的方式主要为静力有限元法取其近似值，而对与应变幅度对应的地基弹性常数需根据地震反应进行分析。

为确保孔洞上方承受的荷载保持均匀，需计算地基抗力基数，最后再利用弹簧常数替换地基抗力系数。

2.2.
3.反应变位法。

据以往实践表明，地下建筑结构可能发生共振响应的概率很小，在计算过程中可将结构发生振动过程中产生的惯性力进行忽略。

因此，对地震反应动力分析过程中可直接利用拟静计算公式，使土壤介质变位对地震效应起决定性作用。

但利用反应变位法时，需对抗力系数、地震变位予以明确，这样才可保证计算结果更为合理。

2.2.4.有限元方法。

对地下建筑结构进行抗震性能分析时，为使抗震特性、特殊位置抗震的研究更加深入，经常采用有限元方法。

例如，对地下室转弯部位或地下室其他分支等都需利用这种方式。

另外，模型边界需利用如叠加边界、透射边界以及粘性边界等能量传递边界[3]。

2.3衬砌整体式地下建筑结构抗震性能分析。

衬砌整体式的结构抗震性能可从四方面进行概括：第一，在地震作用下，其构件内力与变形程度相比地面结构反应较小。

但结构督办或底层梁等结构部位的内力相比地面结构较大。

第二，结构自振周期与地震动卓越周期间不同的匹配程度对衬砌整体式地震响应会产生不同的影响。

第三，地震响应受围岩性质影响较大，特别在围岩过于软弱的条件下，地震响应将逐渐增大，结构抗震性能也会随之降低。

第四，地震响应会随洞室尺寸的增大而逐渐变大。

因此，进行抗震设计过程中应从这四方面进行抗震性能的分析。

2.4衬砌分离式地下建筑结构抗震性能分析。

衬砌分离式的结构相比同条件地面结构，地震变形及结构内力较小，一般抗震设计过程中只需以地面结构抗震水平便可实现结构的安全性。

而在地震响应方面，其主要影响因素为土层的厚度，土层对不同基岩地震动很可能产生放大或衰减作用。

同时，围岩性质对地震响应产生一定的影响，在围岩性质较为软弱的情况下，结构地震响应会逐渐增大。

另外，区别于衬砌整体式结构，衬砌分离式结构受洞室尺寸影响较小。

因此对衬砌分离式地下建筑结构的抗震性能进行分析过程中，也需综合考虑各方面的影响因素。

3地下建筑结构抗震设计未来趋势分析
从当前大部分结构抗震设计中分析，所使用的方法主要以承载力为基础，对构件截面数值的计算通过组合结构内力实现，以此确定建筑结构的承载力，而且抗震结构在损耗性及延续性方面都需通过构造的措施进行完善。

但通过实践研究，利用以位移为基础进行结构的抗震设计更能获得良好的抗震设计效果，因此未来设计过程中需在此方面着手。

另外，未来地下建筑结构抗震设计过程中还需考虑隔震与消震方面的问题。

其中隔震主要指在结构之间设置隔震层，减小地震作用对建筑结构的破坏程度。

特别在社会不断发展的背景下，抗震性能指标也将逐渐趋于严格，减震、消震以及抗震设计等内容都将成为未来被关注的重要内容。

结束语
通过对地下建筑结构抗震性能的分析，可以看出，地下建筑结构由于其自身的特点，在抗震设计中也应该是独一无二的。

应充分实现地下结构的抗震性能。

在此基础上，地震结构的抗震设计应充分利用地震性能分析得出的结论。

就其简化的计算方法而言，三维有限元模型并不完善，其简化的等效二维平面模型也需要进一步改进。

参考文献
[1]陈健云，温瑞智，于品清，何伟.浅埋软土地铁车站地震响应数值分析[J].世界地震工程.2017（02）
[2]高峰，关宝树.沉管隧道三维地震反应分析[J].兰州铁道学院学报.2016（01）
[3]梁建文，严林隽，Vincent W.Lee.圆弧形层状沉积谷地对入射平面P波的散射解析解[J].地震学报.2017（02）。