高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性试验分析

张麒麟

（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

高层建筑是现代城市建设中的重要标志，能够反映出城市经济发展水平，最为重要的是能够提升城市建设用地使用率，减少建筑对城市用地的占用。高层建筑对于抗震性能的要求较高，尤其是在地震频发的区域进行深基坑施工时，需要充分考虑到支护承压结构的抗震性能，通过试验方式获取局部抗震结构性能的方法，能够得到准确的计算结果，以此验证抗震结构性能，能够提升试验结果的准确性，为建筑结构优化设计供科学的数据支持。

1 试验方法

1.1 有限元计算模型分析

文章对H市某高层房屋建筑深基坑工程进行试验分析，该高层房屋建筑深基坑长度为49.5 m，宽度为16.5 m，内支撑结构采用双层钢管、厚度为80 cm的地下连续墙结构。该工程建设区域远离已经建设完成的建筑物，所以受到其他因素的影响较小，能够为实验分析提供便利条件。本次试验应用Midas GTS有限元软件，软件通用性较好，在实验过程中应用较为便利。

依据工程设计方案构建相应的模型，包括地下连续墙模型等，利用仿真模型开展抗震性能分析，能够在实际数据的基础上得到准确的结果，为此文章利用，Mohr—Coulomb的模型分析方式。高层房屋建筑土层参数具体如表1所示。

表1 高层房屋建筑土层参数

在试验分析期间，结合前期地质勘察资料，明确土层基本性质，本次工程中地层土壤主要为风化泥岩、黏土以及砾砂等土壤类型。因为本次工程现场地下水水位较低，不会对试验结果产生影响所以不需要考虑在内；在试验参数设计方面，地震力度设定为8度，在此条件下对地面运动速度进行计算，数值为0.18 kg，深基坑内部深度为10 m，地下连续墙入土深度为10.5～20.5 m范围内。

1.2 振动台模型试验

在本次试验中，采用某企业生产的R—9000ZD型号的振动台机械设备，该试验设备的基本参数为：长度49.6 cm、宽度29.7 cm，振动荷载水平方向最大值为27 kg，竖直方向最大值为2.3 kg；在实验过程中，考虑到结构会受到地震荷载的影响，并结合所采用的振动台机械设备的基本参数，依据这些参数设置试验分析基本模型；在试验模型设计方面，参数设计为：长度为254 mm、宽度为214 mm，高度为214 mm，外部框架应用厚度为12 mm的常规模板；在内部结构中，结合工程现场的地质资料，将土层以及土壤性质设计保持一致，从而能够提高试验测试真实性；在承压结构设计中，设计参数为：厚度0.55 mm、长度210 mm、宽度180 mm，深度设计分别为130 mm、150 mm、170 mm以及180 mm的有机玻璃板，能够实现对不同入土深度情况下的抗震性能分析；在设计过程中，通过模型对地下连续墙受到的作用进行模拟，内部支撑模型直径设计为4.5 mm，长度设计为145 mm的钢筋进行模拟；为了避免刚度过大导致变形较小无法收集数据的问题，通过对模型的细节优化控制，确保模型刚度在可计算范围内，并采用钢筋等材料对其进行加固处理。

1.3 地震波输入

在本次试验设计中，为了验证结构抗震性能，采用Cl—Centro地震波加速度峰值分别为0.4 g、0.5 g以及0.6 g，并通过振动台机械设备，对具体地震参数进行模拟，在模拟环境中则能够计算出结构的抗震性能，全部采用实际参数的情况下，能够提升模拟实验结果的准确性。

1.4 抗震性计算方式

在本次试验中，抗震性能计算方法采用反应谱法，反应谱可以单一质点体系中，在地震作用不断提高的状态下，获取支护结构抗震性能连续变化的特征曲线，该曲线反应结果较为真实，通过对曲线的分析能够观察出不同条件下抗震性能的基本变化，并结合相应的公式对其进行计算，则能够获取抗震性能计算结果，其计算公式为：α=[η20.2γ-η1（T-5Tg）]αmax

在上述公式中，α表示地震系数；αmax表示地震影响系数中最大取值；Tg表示周期特征；T表示深基坑支护承压结构的自振周期；η1表示线性斜率常数；η2表示阻尼常数；γ表示衰减常数。利用振型分解反应谱方法，对深基坑支护承压结构的抗震性进行计算，计算期间需要利用振型的分解原理与单自由度体系反应谱对不同等级地震进行分析。

2 试验结果与分析

2.1 不同施工阶段深基坑支护承压结构地震动力反应

在工程实施的不同阶段内，地震对支护承压结构产生的影响具有不同差异，所以需要准确掌握该差异，才能够实现对抗震性能的准确计算，为了明确具体差异，在两种不同施工阶段中，利用试验的方式对深基坑支护承压结构的地震动力反应特性进行分析，分别为开挖到5 m和10 m的施工阶段。在高层建筑的地下结构中，连续墙具有良好的止水性能，且墙体结构刚度较大，本次工程中地下承压结构主要为连续墙结构，所以在试验设计中，以连续墙结构为主要分析对象，构建连续墙结构的基础模型，并通过不同地震加速度数值对其进行模拟，输入0.4 g、0.5 g以及0.6 g的地震期间地面运动加速度，通过对比分析的方式得到地震动力反应特性。在实验过程中，不同地面加速度的参数情况下，连续墙产生的位移量具有很大差异；在地震期间地面运动加速度增加的情况下，在加速度为0.4 g情况下，在开挖深度为5 m的施工阶段中，地下连续墙侧向位移为100 mm；在加速度为0.5 g的情况下，在开挖深度为5 m的施工阶段中，地下连续墙侧向位移为161 mm；在加速度为0.6 g的情况下，在开挖深度为5 m的施工阶段中，地下连续墙侧向位移为208.2 mm。在深基坑开挖到10 m的施工阶段中，最大地下连续墙侧向位移分别为149.7 mm、276.2 mm以及392.4 mm。通过该结果可以明确，深基坑在相同地震情况下，在地面运动速度变化的影响下，在开挖达到10 m的施工阶段中，比开挖达到5 m的施工阶段地下连续侧向位移更多，也就是在相等地震地面运动加速度的影响，地下连续墙侧向位移会随着基坑开挖深度的增大与增大，深基坑支护承压结构的抗震性能会不断降低，深基坑支护承压结构更加容易出现损坏问题，会对高层建筑工程整体质量与安全性产生影响。

2.2 不同插入比地震稳定性分析

不同插入比情况下，结构的抗震性能不同，所以工程整体稳定性也就不同，为此需要对插入比进行计算，计算公式为λ=γ/δ，其中λ表示插入比，γ表示地下连续墙基坑底以下区域的深度，δ表示开挖深度。

在本次试验中，设置了不同插入深度的模型，以此验证不同插入深度情况下连续墙结构的抗震性能；在实验设计中，插入深度参数分别为130 mm、150 mm、170 mm以及180 mm，将该数据与建模进行结合。通过采用振动台机械设备分别出入试验设计的地面加速度，用于验证不同速度情况下、不同插入深度连续墙结构的稳定性；加速度参数设计为：0.4 g、0.5 g以及0.6 g；分别选择距离地坑底部0 mm、50 mm以及10 mm位置的加速度数值，对不同距离下的试验结果进行分析，能够得到在不同插入比情况下承压结构的抗震性能。结合本次试验的结果能够观察到，随着连续墙结构的插入比不断提升，连续墙结构的稳定性能不断提升，也就是说连续结构插入深度越大，那么稳定性越好，抗震性能越强；同时结合不同条件下的试验数据对比，能够看出深基坑支护承压结构的动力稳定性会随着插入比的提升和提高，能够有效提高深基坑支护承压结构抗震性能，所以在高层建筑设计中，特别是在地震发生较为频繁的区域内，可以通过提升地下连续墙插入土层深度的方式提高深基坑支护承压结构抗震性能。

2.3 不同地震烈度的影响分析

由于高层建筑需要开挖的基坑深度较大，深度越大则抗变形能力越差，为此需要注重非线性关系对于承压结构抗震性能的影响。为了验证不同地震烈度情况下，承压结构的抗震性能变化，本次试验中，水平地震最大影响系数设定为0.05 g；在抗震设防力度选择为7度时，最大影响系数数值为0.1 g。结合不同烈度对深基坑支护承压结构位移的影响分析可以明确，在地震烈度的影响系数为0.05 g情况下，最大时程处于原点区域；在时间达到10 s时，位移最大值为0.04 mm；在时间达到10 s之后时，位移数值逐渐降低；在时间达到35 s后，位移基本为0。由此能够说明，高层建筑土体结构的变形形式基本为弹性变形；同时结合试验数据可以看出，在响系数为0.10 g的情况下，在10 s之前承压结构没有发生较大变化的位移；但是在时间达到10 s之后，深基坑支护承压结构位移会逐渐增加，说明10 s之后深基坑内土体出现较大规模的不可恢复变形问题，所以能够明确，在地震烈度不断增加的情况下，承压结构的抗震性能会逐渐降低，地震烈度会对抗震性能产生直接影响，具有反比例关系。

3 结束语

综上所述，文章通过试验的方式，对高层建筑深基坑支护承压结构抗震性进行分析，得到了较为准确的结论，希望能够对高层建筑工程建设起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高高层建筑抗震性能。