考虑既有建筑影响的地震动输入

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平地情况下新建建筑时,基坑开挖和周围既有建筑群会对新建建筑及其所在地表的地震反应产生影响;同样,在山地(坡地)场地新建建筑时,周围既有建筑群会对新建建筑的地震反应产生显著影响。目前,结构抗震设计中并没有考虑以上因素对地震动输入和结构地震反应的影响。从保证结构安全的角度,需要对以上因素的影响进行系统研究后加以评估。为此,论文进行了以周围建筑数量、施工的阶段、基坑的规模和场地类别为影响因素的平坦场地-建筑群地震反应分析,对比分析了各因素对地表地震动的幅值和频谱特性的影响及其规律。进行了以周围建筑数量和坡度为影响因素的坡地-建筑群地震反应分析,通过对各情况的地震反应的分析对比,研究了各因素对坡地地形地震动的影响及其规律。最后,论文结合分析结果,给出适合不同场地情况的地震动输入调整建议,以便结构抗震设计时考虑上述因素的的影响。论文的主要研究成果和结论包括:(1)在平坦场地上,研究了地震动的峰值地面加速度(PGA)和反应谱受周围建筑数量、施工阶段、基坑规模和场地类别差异的影响。随场地上建筑数量的增加,地震动PGA也随之增大,最大可比无建筑情况增大40%,加速度反应谱的峰值出现在0.05~0.15s周期段,峰值随周围建筑数量的增加而增大,最大可比无建筑情况增大3倍左右。随施工流程的推进,地震动的PGA的变化规律也存在差异,基坑开挖完成时地震动的PGA最大,最多比基坑开挖前、周围无建筑情况增大68%;加速度反应谱的峰值出现在0.05~0.5s周期段,基坑开挖完成时峰值最大,是未开挖时的3倍左右,建筑建成后峰值减小到未开挖时的1.5倍左右;建筑建成后,会使反应谱0.3~0.7s周期段的数值增大。随基坑规模的增加,地震动PGA的增大幅度呈越小趋势。土质越软,地震动PGA的增大程度越大,在其余变量相同的工况下,柔软土质最多可比坚硬土质增大61%,加速度反应谱的峰值出现在0.05~1.0s周期段,最大可比无建筑情况增大4.2倍左右。(2)在坡地场地上,研究了地震动的PGA和反应谱受周围建筑数量和坡度大小的影响。随周围建筑数量的增加,地震动PGA放大程度越大,最多可比15°坡地无建筑群情况增大43%,比平地无建筑群情况增大54%;加速度反应谱的峰值出现在0.05~0.2s周期段,随周围建筑数量的增加,峰值相对平地无建筑情况的增大系数从2.2增大到3.2。随坡度的增大,地震动PGA放大程度和加速度反应谱的峰值也成增大趋势。(3)在坡地场地上,下坡建筑(距离坡底0.35H坡高)和上坡建筑(距离坡底0.65H坡高)位置的地震动存在差异。下坡建筑处PGA的增大系数最多比研究场地小11%;上坡建筑处PGA的增大系数最多比研究场地大10%左右,增大系数随高度基本呈线性增加趋势。下坡位置的加速度反应谱在0s~0.2s时间段内的放大程度和研究场地相比有下降,下降比例约10%~13%;上坡位置的加速度反应谱在0s~1s时间段内的放大程度和研究场地相比有上升,上升比例约8%~11%。(4)基于基坑开挖和既有建筑对地震动幅值和频谱的影响研究成果,提出了考虑其影响的简化方法,以便设计中采用。论文全面考察了平地和坡地情况下,基坑开挖和既有建筑群对场地和场地上拟建结构地震反应的影响及其规律,明晰了建筑从施工开始到建成过程中最不利的地震动输入情况,并结合分析结果给出了设计中考虑相关影响因素的地震动输入调整方法,有助于进一步提高新建建筑的抗震安全性。
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