高层建筑上部结构与地基基础的共同作用静动力分析
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摘要
高层建筑的平面形状多种多样,其中L形或具有L形特征的高层建筑应用的非常广泛。由于实际建筑物都是由上部结构、基础和地基组成的完整系统,三者之间是相互影响共同作用的,而在实际设计中却是将上下部结构分开考虑的。对此类较为复杂的结构进行共同作用分析,有助于使此类形状的高层建筑上部结构和地基基础的分析更符合实际情况,使实际工程设计更好的兼顾安全与经济。
本文以对某L形高层建筑的工程实例为研究对象,利用SAP2000程序,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,建立三维分析模型。对比分析了在地震作用下,共同作用与常规分析两者之间的上部结构内力的变化规律。探讨分析了共同作用下主楼与裙楼之间三种不同连接方式的模型在上部结构内力、桩顶反力的分布、桩筏基础的沉降上的差异。比较分析了主楼层数的变化、主楼和裙房的桩长的变化、地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,探讨其共同作用机理,并获得了一些可供实际工程设计参考和借鉴的有益结论。
The plane shapes of high-rise building are various and the L-shape or similar superstructures are used diffusely. Actual building is an integrity system constituted by superstructure, footing and ground, and they are influenced by each other,however we often consider separately the upper and lower structure in the actual design.The interaction analysis of such a more complex structure, which contributes the upper structure and foundation-based analysis is more in line with the actual situation and the actual engineering design for better balance between security and the economy.
In this thesis, I take a L-shaped high-rise project as an example. By utilizing SAP2000 software and adopting layered soil model and GAP connection element, a 3-D structure model is built.The changes of internal forces of the upper structure between the interaction and the conventional analysis under seismic action are analyzed.The three models with the different connections between the main building and podium have some differences in pile reaction force, settlement, and the internal forces of the superstructure.The effects of superstructure rigidity, pile length and soil deformation modulus are analyzed. Some rules and suggestion are given for design and research.
本文以对某L形高层建筑的工程实例为研究对象,利用SAP2000程序,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,建立三维分析模型。对比分析了在地震作用下,共同作用与常规分析两者之间的上部结构内力的变化规律。探讨分析了共同作用下主楼与裙楼之间三种不同连接方式的模型在上部结构内力、桩顶反力的分布、桩筏基础的沉降上的差异。比较分析了主楼层数的变化、主楼和裙房的桩长的变化、地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,探讨其共同作用机理,并获得了一些可供实际工程设计参考和借鉴的有益结论。
The plane shapes of high-rise building are various and the L-shape or similar superstructures are used diffusely. Actual building is an integrity system constituted by superstructure, footing and ground, and they are influenced by each other,however we often consider separately the upper and lower structure in the actual design.The interaction analysis of such a more complex structure, which contributes the upper structure and foundation-based analysis is more in line with the actual situation and the actual engineering design for better balance between security and the economy.
In this thesis, I take a L-shaped high-rise project as an example. By utilizing SAP2000 software and adopting layered soil model and GAP connection element, a 3-D structure model is built.The changes of internal forces of the upper structure between the interaction and the conventional analysis under seismic action are analyzed.The three models with the different connections between the main building and podium have some differences in pile reaction force, settlement, and the internal forces of the superstructure.The effects of superstructure rigidity, pile length and soil deformation modulus are analyzed. Some rules and suggestion are given for design and research.
引文
[1]赵锡宏.带群房的高层建筑与地基基础共同作用的设计理论与实践.上海：同济大学出版社,1999
[2]朱红波.L形高层建筑下大底盘框架厚筏基础反力及变形特征研究[D].中国建筑科学研究院,2007
[3]Zhao Xihong, Cao Minbao, I.K Lee,and S.Valliappan. Soil-Structure Interaction Analysis and Its Application to Foundation Design in Shanghai.Proc. Of 5-(th) Inter. Conf. On Numerical Methods in Geomechanics. Nagoya.1985,:805-811.
[4]J.F.Gong, X.L.Huang,&D.H.Di. Settlement Calculation of Large-area Thick Raft Foundation under Irregular High-rise Buildings.New Generation Design Codes for Geotechnical Engineering Practice?. TAIPEI:World Scientific,2006,
[5]Chamecki, S. Structural Rigidity in Calculating Settlements.Jour. Soil Mech. And Found. Div.A.S.C.E.1956, Vol.82:1-9.
[6]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).北京：中国建筑工业出版社,2002
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[8]邸道怀.高层建筑与裙房基础整体连接设计时基底反力和变形规律研究[J].工业建筑,2002,(12).
[9]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).北京：中国建筑工业出版社,2002
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[11]胡孔国.高层建筑结构、基础和地基整体分析计算理论与设计方法研究[博士学位论文].南京：东南大学,1999
[12]宰金珉,宰金璋.高层建筑基础分析与设计.北京：中国建筑工业出版社,1993
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[14]朱绪平.大底盘高低层连体建筑与地基基础共同作用的机理分析[D].北京工业大学,2004
[15]张问清,赵锡宏.逐步扩大子结构法计算高层结构刚度的基本原理.建 筑结构学报,1980(4)：60-70
[16]方世敏.上部结构与地基基础共同工作的子结构分析.上海市民用建筑设计院
[17]朱百里,曹铭葆,魏道垛.框架结构与地基基础共同作用的数值分析-线性与非线性地基.同济大学学报,No.4,1981
[18]项玉寅,唐锦春.结构-基础-地基共同作用的有限元、边界元联合法.工程力学,Vol.4 No.1,1987
[19]许镇鸿.空间结构与地基基础相互作用的三维边界元-有限元耦合分析.工程力学,No.3：132-138,1989
[20]费勤发,张问清,赵锡宏.桩土共同作用的位移影响系数的计算.上海力学,1983
[21]邓安福,干腾君,李正良.上部结构-筏式基础-地基共同作用分析的一种新方法.全国首届结构与介质相互作用学术会议论文集,1993
[22]邓文龙,赵锡宏.横观各向同性土介质与结构物共同作用的有限元与边界元耦合分析.工程力学,Vol.13,No.4,1996
[23]陈有华.高层建筑与地基基础联合作用的非线性分析.建筑结构,No.1，1996
[24]朱百里,沈珠江等.计算土力学.上海：上海科学技术出版社,第一版,1990.
[25]邸道怀.圆形框筒高层结构大底盘框筏基础反力及变形特征研究[D].中国建筑科学研究院,2004.
[26]赵锡宏等.上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论.上海：同济大学出版社,1989
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[29]孙家乐,张之桁.从上部结构与地基基础相互作用研讨基础内力的计算方法[J].北京工业大学学报,1984(1)：21-31
[30]董建国,赵锡宏.高层建筑地基基础-共同作用理论与实践.上海：同济大学出版社,1997
[31]王莺歌.简体结构、桩筏基础与地基土共同工作的理论研究及数值分析[硕士学位论文].西安：西安建筑科技大学,2002
[32]齐良锋.高层建筑桩筏基础共同工作原位测试及理论分析[博士学位论文].西安：西安建筑科技大学,2002
[33]武莹.上部结构-筏板基础-地基共同作用的有限元分析[硕士学位论文].西安：长安大学,2004
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[38]罗济章等.空间结构与地基基础相互作用的耦合分析法.重庆建筑工程学院学报,No.2：132-138,1989
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[49]G.J.W.King and V.S.Chandrandrasekaran. Interaction Analysis of a Rafted Multi-story Space Frame Resting on an Inhomogeneous Clay Stratum. Proc.Int.Conf. on Finite Elenent Methods in Engineering, Univ.of.N.S.w.Autralian,1974
[50]Cheung, Y.K,and Zienkiewicz, O.C. Plates and Tanks on Elastic Foundation-An Application of Finite Element Method.Jour. of Solids and Structures.1965, Vol.1:451-461
[51]G.J.W.King and V.S.Chandrandrasekaran. Interaction Analysis of a Rafted Multi-story Space Frame Resting on an Inhomogeneous Clay Stratum. Proc.Int.Conf. on Finite Elenent Methods in Engineering, Univ.of.N.S.w.Autralian,1974
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