地下建筑结构抗震性能分析

地下建筑结构抗震性能分析

李洪祥

李洪祥

海门市轻工建筑安装工程有限责任公司

【摘要】随着经济的不断发展和城市化的不断推进，我国对于地下建筑结构抗震性的要求越来越高。虽然与地上建筑建筑的结构相对比，地下建筑结构的抗震性能比较优越而且震害比较少，但是我国的地下建筑结构的抗震设计理念与西方的一些发达国家相比较还处在比较落后的阶段，还有很多不完善的地方。本文将对地下建筑结构的抗震性能进行深入的研究和分析，以期能够引起更多的科技人员关注地下建筑建构的抗震性能

【关键词】地下建筑；抗震性能；分析

改革开放以来，国家更加重视对地下建筑的扩大。这样一来，虽然地下建筑得到了有效的发展，但同时也出现了不同程度的设计问题，特别是地下建筑结构抗震性能的问题。大多数的科技设计人员往往忽视了地层在变形和位移的过程中会导致地下建筑结构发生改变，这一重要实际问题[1]。因此对地下建筑结构的抗震性能进行仔细的分析非常有必要，我们在地下建筑结构的设计中要充分重视对抗震设计的问题，以此来减少地震带来的灾害。

一、地下建筑结构的概述以及抗震的现状

（一）类型分析

目前我国的地下建筑根据功能可以分为以下几类：仓储建筑、防护建筑、建筑综合体、地下工业建筑、居住建筑、交通建筑和公共建筑等。如果根据空间的形状可以分为长线性地下建筑和空间性地下建筑。如果根据结构的类型可以分为连续性、地道式、沉井式、浅埋式和附建式。

（二）特点分析

地下建筑结构是地下结构的一个分支，大体上可以描述为在土层间或者岩层间建造的建筑物和构筑物。与地面的结构相比较，地下建筑结构有一定的特点，具有不易受外界干扰、自然保护能力较强、地质状况影响较大、施工的条件独特并且需进行通风、防潮、防排水和照明等处理。

（三）抗震现状

我们一直以为地下建筑拥有比较优越的抗震性能，但是依据这些年的地震灾害，我们发现，由于受到地震的强烈干扰，地下建筑也会受到严重的损坏。我们知道地面结构和地下结构振动的特点有着很大的不同，通过对地下结构的抗震分析，可以有效保证地下建筑的质量。

二、抗震性能的分析

（一）设计问题的分析

通常来说，我们在设计地下建筑结构的过程中要充分的考虑以下几个问题：地基的承载能力、活荷载值、材料等级、抗震等级及施工过程中应该注意的问题能否在施工图上表达出来等[2]。另外地下建筑结构是最基本的建筑结构类型，在建筑物的使用年限和结构安全等级方面也要特别的重视。尤其是设计过程中钢筋混凝土的抗震等级和结构中的地基基础等级等方面。与此同时，还应该考虑持力层和地基土层的承载能力、不良的地质作用以及地基土的冻结深度等问题。还有一般的设计对耐火等级也有特殊的要求。在实际的施工过程中要根据有关规定进行操作并积极做好验收的工作，克服因设计和施工的问题导致建筑的抗震性能不高情况的发生。

（二）衬砌整体式抗震性能的分析

具体性能可以从以下四点进行分析：第一点，由于受到了地震的影响，其变形程度和构件内力与地面结构的反应相对比比较的小。可是底层梁和结构督办等部位却比地面结构的大。第二点，地震的动卓越周期和结构的自振周期之间不同的匹配状态会在不同程度上影响衬砌整体式的地震响应。第三点，地震的响应容易受到围岩的影响，尤其是当围岩比较软弱的时候，地震的响应将逐步的扩大，同时，结构的抗震性能会逐步减小[3]。第四点，由于洞室尺寸的扩大，地震的响应会逐步的扩大。所以在设计的过程中要从这四点对抗震性能进行分析。

（三）衬砌分离式抗震性能的分析

衬砌分离式结构与同条件下的地面结构相比，结构内力和地震变形比较小，一般情况下，只需要以地面结构的抗震水平就可以实现整个结构的安全性，影响地震响应的主要因素是土层的厚度问题，不同的地层可能对不同的地震产生衰减和放大的作用。另外，围岩的性质也会影响地震响应，如果围岩比较软弱，地震的响应将会逐步扩大[4]。和衬砌整体式不同的是，衬砌分离式受洞室尺寸变化的影响比较小。所以在设计衬砌分离式的过程中，也要充分考虑各个方面的影响，来达到最好的抗震效果。

（四）框架式抗震性能的分析

第一是有限元的方法，为了使抗震性能和特殊位置的抗震研究更加的充分，通常使用有限元的方法。例如对地下室的转弯部分和地下室的其他分支都是使用这种方法。另一方面，模型的边界需要使用粘性边界、透射边界、叠加边界等能量来传递边界。第二是反应变位的方法，大多数经验表明，在地下建筑结构中很少发生共振响应，在计算的过程中可以忽略因结构发生振动而产生的惯性力。所以在分析地震反应动力的过程中可以采用拟静的计算公式，致使土壤的介质变位可以彻底的影响地震效应[5]。但是在使用这种方法的时候，要明确其抗力系数和地震变位，只有这样才可以保证计算结果的合理性。第三是静力的方法，这种方法主要是对不断改变的地震力经过等效的静地震荷载进行替代，然后对内力使用静力计算的模型进行综合的分析。地震荷载包括洞顶土柱惯性力、主动侧向的土压力和结构自身惯性力。使用这种方式一般是对结构横断面进行抗震计算。第四是地基抗力系数的方法，在对横断面进行地震分析的时候，一般是使用地基抗力系数的方法，这种方法是以相互作用的计算模型作为基础的比较适用于全埋设和半埋设地下建筑结构。这种方式用多点的压缩弹簧和剪切弹簧来替代岩石的介质作用。计算的过程主要分为三步，首先计算需要的弹簧系数，然后计算岩土的地震变位，最后计算结构的地震反应。要注意的是，在计算弹簧系数的时候，要使用静力的有限元法进行计算取得近似值，如果是地基的弹性系数则要依据地震的反应。为了保证孔洞上方能够承受均衡的荷载，需要计算一般地基的抗力基数，然后再使用弹簧的常数代替地基的抗力系数。

三、地下建筑结构抗震设计的未来分析

目前大多数的抗震设计方法都是以承载力为主要基础，都是通过组合结构的内力来计算构件截面的数值，以此来保证结构的承载力。同时抗震结构在延续性和损耗性等方面都需要依据构造的措施来进行改善。但是大量的实践研究证明，使用位移对结构进行抗震设计可以得到更完善的抗震效果，所以在未来的设计过程中可以从这个方面入手。此外还要考虑消震和隔震的问题。隔震是在结构之间安置隔震层，来减少地震对建筑的损程度。尤其是随着社会的快速发展，抗震性能的指标越来越严格，消震和减震等设计的内容都是未来要重视的内容。

结语：

综上所述，地下建筑的设计是建筑设计的重要组成部分，我们要高度重视地下建筑的抗震设计。地下建筑结构能否拥有良好的抗震性能有着至关重要的意义，好的抗震性能可以有效保护地下建筑结构免受地震的损害。对其进行严密的分析可以保证抗震设计的合理性，在分析的过程中要重充分的考虑地下建筑的结构特点和地质条件，综合各个方面因素的影响，争取设计出更加合理和科学的地下建筑。

参考文献：

[1]丁常勇.地下建筑结构抗震性能分析与抗震简化计算[J].低碳世界,2015,（10）:222-223.

[2]李志辉,赵永锋.基于框架式地下建筑结构抗震性能研究[J].建筑工程技术与设计,2015,（24）:1284.

[3]洪伟.框架式地下建筑结构抗震性能分析[J].江西建材,2015,（18）:11-11,19.

[4]李健伟.地下建筑结构抗震性能分析与抗震简化计算方法探讨[J].建筑工程技术与设计,2015,（22）:1687.

[5]禹海涛,袁勇,张中杰等.反应位移法在复杂地下结构抗震中的应用[J].地下空间与工程学报,2011,（5）:857-862.