强震作用下超高层建筑群-深覆盖土层-地下结构动力相互作用机理研究

Based on the background of super high-rise buildings and subway station in Lujiazui Area in Shanghai, theoretical deduction, numerical simulation and statistical analysis will be adopted to study the mechanism of dynamic interaction of super high-rise buildings group-soil layers with deep deposit-subway station under strong earthquake. By solving the modeling problems of damping matrix of long-period system and artificial boundary of soil considering nonlinear characteristic, the systems of one super high-rise building-soil layers with deep deposit-subway station, three super high-rise building-soil layers with deep deposit and three super high-rise buildings-soil layers with deep deposit-subway station will be modeled to analyze the dynamic characteristic and the dynamic response to simple harmonic waves with different frequencies and real seismic waves. The mechanism of dynamic interaction of super high-rise buildings-soil layers with deep deposit-subway station will be studied, and the law of interaction and the influence factor will be summarized. Based on the lumped parameters method, the simplified model of the system of soil-base-buildings will be set up, then the calculation method of those correlation parameters can be proposed. The results can provide a basis for the reasonable consideration of soil-structure dynamic interaction in seismic design of important project and make the seismic analysis method more rational.

以上海陆家嘴地区的超高层建筑群和地下结构为背景，采用理论推演、数值模拟与统计分析相结合的方法研究强震作用下超高层建筑群-深覆盖土层-地下结构动力相互作用的机理。通过解决长周期系统阻尼矩阵和非线性土层人工边界的建模问题，建立一幢超高层结构-深覆盖土层-地下结构系统、多幢超高层结构-深覆盖土层系统、多幢超高层结构-深覆盖土层-地下结构系统的三维模型，分析其动力特征及在简谐波和实际地震波激励下的动力响应，深入研究多因素耦合的超高层建筑群-深覆盖土层-地下结构复杂动力系统中的相互作用机理，总结相应规律和分析不同影响因素。基于集总参数法，建立土体-基础-结构群的简化模型，研究相关参数的计算方法。研究成果将为重要工程抗震设计中合理考虑土-结构相互作用提供科学依据，使抗震分析方法更加合理。

建筑物的间距越来越小，结构间通过土层产生的结构-土-结构相互作用（SSSI）日趋显现。以上海陆家嘴地区的超高层建筑群和地下结构为背景，采用理论推演、数值模拟与统计分析相结合的方法研究强震作用下高层建筑群-深覆盖土层-地下结构动力相互作用的机理。通过解决长周期系统阻尼矩阵和非线性土层人工边界的建模问题，建立一幢高层结构-深覆盖土层-地下结构系统、多幢高层结构-深覆盖土层系统、多幢高层结构-深覆盖土层-地下结构系统的三维模型，分析其动力特征及在简谐波和实际地震波激励下的动力响应，深入研究多因素耦合的高层建筑群-深覆盖土层-地下结构复杂动力系统中的相互作用机理，总结相应规律和分析不同影响因素。主要研究结果如下：.针对深覆盖土层和复杂土层场地模型，提出求解Rayleigh阻尼系数的方法。.结构物排列方式以及地震动激励方向是影响SSSI效应的主要因素。当结构物沿横轴向平行排列而地震波沿纵轴向激振时，SSSI效应最显著。.地上结构对地下结构的影响比地下结构对地上结构的影响以及地上结构对地上结构的影响大。.谐波激励下，SSSI效应受激振频率的影响较大，影响曲线在结构基频处出现尖峰。在结构基频处，地上结构对地下结构的影响比地下结构对地上结构的影响以及地上结构对地上结构的影响大。但由于基岩地震波频率成分丰富，不同频率作用下的影响相互叠加或抵消，基岩地震波的频谱特性并不显现出如谐波激振频率那么大的影响。.随着结构间距、土层阻尼比的增加，SSSI效应减弱，但这并非单调。.相较于采用浅埋基础的低层结构，采用深基础的高层结构产生的SSSI效应较弱。.相邻结构的存在会导致目标结构的自振频率有所偏移，但地下结构自振频率的偏移比地上结构自振频率的偏移小。.SSSI效应对于各个楼层的影响比较一致，对各种响应量的影响也比较一致。但值得关注的是，SSSI效应对于桩基的影响较大远大于上部结构，特别是靠近紧邻结构的桩顶剪力。.