樁基礎高層建筑結構抗震性能評價分析

王 軍

勝利油田樁西采油廠基建工程管理中心，山東 東營 257237

1 樁基礎高層建筑特點

由于高層建筑隨著其建筑高度的增加，會受到較大的垂直和水平載荷，由此而產生巨大的彎矩和剪力，大大增加了其顛覆力矩，且作用水平載荷作為控制設計的主要載荷由風載荷和地震載荷構成，是一種動力載荷。高層建筑基礎的受力情況更復雜，就要求其具有更高的穩定性、強度以及剛度，能夠提供更大的水平與垂直負載能力。因此，在高層建筑結構基礎大多采用樁基礎形式，或者樁與其他基礎形式復合組成的基礎形式[1]。

圖1 柱基礎示意簡圖

2 樁基礎建筑結構的抗震性能

2.1 樁基礎對建筑結構震動的影響

研究表明，上部構造、地基土、基礎形式等為影響建筑結構振動響應的重要因素。因此，分析建筑振動必須綜合考慮土—基礎—上部建筑結構的力學相互作用[2]，通過實測可知，整體性良好、剛度大的基礎形式的建筑振動響應明顯降低。

基礎對上部建筑結構的影響主要表現為剛度和阻尼，都為頻率的函數，忽略上部建筑結構特性，假設其為剛體，忽略擺動阻抗函數與水平阻抗函數耦合作用，則基礎對建筑結構影響的數學分析模型[3]可簡化為：

圖2 分析模型

方程為：

經過求解方程，引入質量附加系數ζ，阻尼比D，振幅放大系數Mmax，結果表明隨結構總質量M減少或基礎等效半徑r0增大，體系附加質量系數ζ，阻尼比D，振幅放大系數Mmax減小，可以降低結構振動，起到減震的目的。

因此，增加基礎等效面積，可以增大基礎對上部結構的剛度、阻尼和附加質量，減小地面振動對建筑結構的影響，能夠有效地減振抗震；整體性好、大面積的基礎形式可以衰減環境振動；適當改變樁基礎的形式和面積，考慮其對環境微震動的衰減效應，可以經濟有效的增加建筑的抗震性能[4]。

2.2 螺旋樁承載極限評價

異性樁是目前深基礎形式發展的一個熱點方向，由于其比傳統等界面樁具有更大承載力，具有極大地發展空間，但其載荷位移曲線表現出不連續、拐點多的特點，因而難于判定其極限載荷和物理意義。螺旋樁可以通過數學分析評價其極限承載能力，將會得到廣泛的應用。

螺旋樁由于具有變截面樁的樁體表面、樁土相互作用復雜、施工條件好、承載力高等一系列優勢[5]。通過豎向承壓載荷試驗表明，螺旋樁在豎向力的作用下，明顯表現出3個階段，即：彈性階段、彈塑性階段以及塑性變形階段，分析其LogP-S曲線，可以判斷其極限載荷。

圖3 螺旋樁LogP-S曲線

3 結論

高層建筑結構基礎大多采用樁基礎形式，增加基礎等效面積，可以增大基礎對上部結構的剛度、阻尼和附加質量，減小地面振動對建筑結構的影響，能夠有效地減振抗震；整體性好、大面積的基礎形式可以衰減環境振動；適當改變樁基礎的形式和面積，考慮其對環境微震動的衰減效應，可以經濟有效的增加建筑的抗震性能。

螺旋樁可以通過豎向承壓載荷試驗分析其LogP-S曲線，判斷其極限載荷，具有變截面樁的樁體表面、樁土相互作用復雜、施工條件好、承載力高等一系列優勢，將會得到廣泛的應用。

[1]唐業清.簡明地基基礎設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2]門玉明，黃義.土-結構動力相互作用問題的研究現狀及展望[J].力學與實踐，2000，22(4).

[3]嚴覺人，王貽蓀，韓清宇.動力基礎半空間理論概論[M].北京：中國建筑工業出版社，1981.

[4]M.J.ksldjian:Discussion of“Design Proceduces for Dynamically Loaded Foundations”by R.V.whiteman and F.E.Richart, Jr, paper No.5569,J. Soil .Mech.and Found.Div. Proc. ASCE, 1969,95(SM1).

[5]遼寧省電力勘測設計院.螺旋錨基礎實驗研究[R].沈陽：遼寧電力勘測院，2002.