基础埋深对结构—地基动力相互作用的影响

图5-28　不同土性时土体的加速度峰值

本章第5.2节“工程概况”中所述建筑物有一层地下室，为了研究建筑物埋深对结构-地基动力相互作用体系动力反应的影响，将地下室的埋深分别变为3.5 m、8 m和12.8 m，而建筑物顶部标高仍为44.1 m，进行了结构-地基动力相互作用体系动力分析并与原来地下室埋深为6 m的情况进行了比较分析。

1.不同基础埋深时体系的自振频率

表5-22给出了不同基础埋深时相互作用体系的前10阶自振频率比较，从表中可看出，随着建筑物埋深的增大，相互作用体系的自振频率也相应增大。这与日本原子力工学试验中心在福岛第一原子力发电所进行的系列大比例模型试验所得出的结论一致[7，146-147]。

表5-22　不同基础埋深时相互作用体系的自振频率比较

续 表

2.不同基础埋深时加速度及位移反应

按第2.9节中图2-20和式(2-1)对本节相互作用体系的结构顶层位移反应组成进行分析，如表5-23所示。表中，u为结构顶层总位移，Hθ为基础转动引起的摆动位移，u g为基础平动引起的平动位移，ue为上部框架结构的弹性变形。

表5-23　不同基础埋深时结构顶层位移组成分析(单位：m)

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图5-29和图5-30给出了不同基础埋深时结构加速度和位移反应峰值，从图中可看出，随着基础埋深的增加，上部结构的加速度和位移反应都相应的增加。

图5-29　不同基础埋深时结构加速度反应峰值

图5-30　不同基础埋深时结构位移反应峰值

这一结论与以往的研究成果不一致，如文献[7，146-147]中日本原子力工学试验中心在福岛第一原子力发电所进行的系列大比例模型试验所得出的结论是：随着埋深增加，相互作用体系的振动幅度减小。仔细分析这两个不同的结论，其并不矛盾。表5-23给出了不同基础埋深时结构顶层位移组成分析，可以看出，随着埋深的增加，摆动分量Hθ减小，平动分量u g基本不变，弹性变形分量ue增大。(弹性变形分量ue增大可能是因为基础埋深增加后，可更有效地将地震动传递到上部结构。)而弹性变形分量ue所占的比重最大，且它随基础埋深增加而增大程度要大于摆动分量Hθ减小的程度，因而总的位移反应是随基础埋深的增加而增大的。在上面的分析中，在日本福岛的试验中，上部结构刚度很大，因而在上部结构的位移组成中结构的摆动分量占最大的比重，随着埋深的增加，摆动分量Hθ也是减小，平动分量u g和弹性变形分量u e基本不变，因而总的位移反应是随基础埋深的增加而减小的。

3.不同基础埋深时层间剪力及倾覆力矩反应

图5-31和图5-32分别给出了不同基础埋深时结构最大层间剪力和最大倾覆力矩分布。从图中看出，随着基础埋深的增加，结构的最大层间剪力和最大倾覆力矩都相应的增加。原因是层间剪力和倾覆力矩与结构的加速度反应有关，而加速度反应随着埋深的增加是增大的。

基础的埋置深度对结构-地基动力相互作用体系动力特性及动力反应的影响与基础的形式有着较为密切的关系，文献[148]针对基础形式为桩基的情况进行了计算，得出“基础的埋置深度对相互作用体系的动力特性及动力反应基本没有影响”的结论，主要是因为桩的长度为39 m，已进入较硬的土层，此时地下室埋深的增加对整个体系的反应影响不大。而本书采用箱基计算，基础埋深对整个体系的动力特性及动力反应有较大的影响。

图5-31　不同基础埋深时结构最大层间剪力

图5-32　不同基础埋深时结构最大倾覆力矩