考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑风振响应分析（Ⅱ）.pdf

第 3 6卷第 1 期 2 0 1 0年 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 01 考虑桩一土一结构相互作用时高层建筑 风振响应分析 Ⅱ 范存新 ， 张 毅 ， 唐和生 1 ． 江苏省结构工程重点实验室 苏州科技学院 ， 江苏 苏州2 1 5 0 1 1 ； 2 ． 同济大学结构工程与防灾研究所 ， 上海2 0 0 0 9 2 摘要 对考虑桩～土一结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言， 由于桩土系统的影响 ， 整个结构体系的 动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同。考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的， 而非单参数的影响， 采 用相对刚度这一参数 ， 对桩一土一结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究 ， 所得结论可供设计时参考。 关键词 桩一土一结构相互作用； 风振响应 ； 高层建筑 ； 相对刚度 中图分类号 T U 3 1 1 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 81 9 3 3 2 0 1 0 0 t一1 0 1 0 2 An a l y s i s o f wi n d- i n d u c e d v i b r a t i o n r e s p o n s e o f h i g h-- r i s e bu i l d i n g c o n s i d e r i n g P i l e ． S o i l S t r u c t u r e I n t r a c t i o n1 1 F AN C u n x i n ， ZHANG Yi ， TANG He s h e n 1 ． J i a n g s u K e y L a b o r a t o r y o f S t r u c t u r e E n g i n e e r i n g S u z h o u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S u z h o u 2 1 5 0 1 1 ， C h i n a ； 2 ． R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t ruc t u r a l E n gi n e e ri n g a n d D i s a s t e r R e d u c ti o n ， T o n 6 i U n i v e rsi ， S h a n g h m 2 0 0 0 9 2， C h i n a Ab s t r a c t D u e t o t h e e ff e c t o f t h e p i l e - s o i l s y s t e m ， t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s mu c h mo r e d i ff e r e n c t f r o m t h e ri g i d f o u n d a t i o n f o r t h e h i g h ri s e b u i l d i n g s u b j e c t e d t o fl u c t u a t i n g w i n d l o a d c o n s i d e ri n g t h e P i l e - S o i l - S t r u c t u r e I n t e r a c ti o n P S S i ． C o n s i d e ri n g t h e c o mb i n e d e ff e c t o f d i ff e r e n c t p aram e t e r s ． t h e e ffe c t o f t h e p aram e t e r r e l a t i v e s t i ff n e s s t o the wi n d i n d u c e d v i b r a t i o n r e s p o n s e o f h i g h - ris e b u i l d i n g a r e s t u d i e d ． T h e c o n c l u s i o n C a l l b e a p p l i e d t o t h e s t r u c t u r al d e s i g n i n g ． Ke y wo r d s P i l e S o i l S t r u c t u r e I n t e r a c t i o n P S S I ； n d i n d u c e d v i b r a t i o n r e s p o n s e ； h i g } l ri s e b u i l d i n g ； r e l a t i v e s t i ff n e s s 续前 图4及图 5分别为剪切波速 变化时结构顶 层位移与加速度均方根值 随 口 。 变化 的关 系图。从 图中可以看出 ， 随着无量纲频率 口 。的增 大 ， 结构的 考 虑相互作用 的位移响应有所增大 ， 而加速度响应 目 、 图4 剪切波速 变化时结构顶层位移均方根值与 的关 系 F i g ． 4 Re l a t i o n s h i p b e t we e n t h e s t r u c t u r e d i s pl a c e m e n t RMS v a l u e a n d a 0 、 】lri t h d i ff e r e n t ’ ， f 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 6 - 0 2 作者简 介 范存新 1 9 6 8一 ， 男 ， 江苏苏 州人 ， 博士 ， 教授 ， 主要从 事 工程结构振动方面的研究。 基金项目 江苏省结构工程重点学科项 目及苏州市社会发展项 目 S S 0 5 0 1 1 E m a i l f a n ma i l ． u s t s ． e d u ． c a 则有所减小， 这显示了剪切波速 对位移和加速度 响应随无量纲频率 口 。 变化的不同影响效果。 鑫 图 5 剪切波速 变化时结构顶层加速度均 方根值与 的关系 Fi g ．5 Re l a t i on s hi p be t wee n t he s t r uctur e a c c e l e r a t i on R MS v a l u e a n d a 0 w i t h d i ff e r e n t ’ ， f 图 6及图 7分别为基础刚性体折算半径 r 。 变化 时结构顶层位移与加速度均方根值随 口 。 变化的关 系图。从图中可 以看 出， 随着无 量纲频 率 的增 大， 结构的考虑相互作用的位移响应有所减少， 而加 速度响应则有所增大。这表明， 对基础刚性体折算 半径来讲， 相对刚度较大， 能稍微降低相互作用结构 的位移响应， 但同时加速度响应却有所增大。 1 0 2 四川建筑科学研究 第 3 6卷 目 ＼ 趟 ⅡO 图6 r 0 f 变化时结构顶层位移均方根值与 的关系 Fi g． 6 Re l a tio n s hi p be t we e n t he s t r uc t ur e di s pl a c e me nt R M S v a l u e a n d a o wi th d i ffe r e n t D I 图 7 r 0 f 变化时结构 顶层 加速度均方根值与 a o 的关 系 Fi g ．7 Re l a t i o ns hi p be t we e n th e s t ru c t ur e a c c e l e r a t i o n RM S va l ue an d a0 wi t h di ffe r e nt， D f 图 8及图 9分别为结构刚度变化时结构顶层位 移与加速度均方根值 随 a 。 变化 的关系图。从图中 可以看出， 随着无量纲频率 a 。 的增大， 结构的考虑 相互作用的位移响应 以及加速度响应均大幅减少 ， 但相互作用 的影响趋大。 日 、 图 8 结构 刚度变化 时结构顶层位移 均方根值与 a 。 的关系 Fi g ． 8 Re l ation s hi p b e t ween t he s t ru c t u re di s pl a c e me nt RM S v a l u e a n d a 0 m d i f f e r e n t s t ru c t u r a l s t i ffn e s s 3 结 论 根据以上计算 ， 可以得到以下结论 1 各种参数或多或少地均对桩一土一结构的 相互作用的影响效果起一定的作用。通过计算表 明， 考虑了桩～土一结构相互作用后， 均使结构的位 移响应和加速度响应增大， 而加速度响应直接关系 到结构的舒适度。 图 9 结构 刚度变化时结构 顶层加速度 均方根值 与 a 。 的关 系 Fi g ．9 Re l a t i o ns hi p b e t we e n th e s t ru c t ur e a c c e l e ra t i on RM S v a l u e a n d a o wi t h d i ffe r e n t s t r u c t u r a l s t i ffne s s 2 考虑桩一土一结构相互作用后结构的弹性 位移一般会超过刚性地基的位移 ， 而结构 的总位移 则大大超过刚性地基的位移 ， 相对刚度越小 ， 则该现 象越明显 ， 结构就越不安全。 3 计算结果表 明， 相对 刚度较 综合地反 映了 结构的整体特性 ， 说明在工程设计时 ， 应该综合考虑 桩一土一结构相互作用对结构风振响应的影响。 参 考 文 献 [ 1 ] 楼文娟 ， 孙炳 楠． 风与结构的耦合作用及风 振响应分析 [ J ] ． 工 程力学 ， 2 0 0 0， 1 7 5 ． ． [ 2 ] 陈镕 ， 薛松涛 ， 王远功 ， 等． 土一结构相互作用 对结 构风振响 应的影响[ j ] ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 3， 2 2 2 3 0 9 - 3 1 6 ． [ 3 ] 范存新 ， 陈镕， 薛松 涛 ， 桩一 土一结 构相互 作用对 高层建筑 顺风向风振响应的影响[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 o 4 ， 2 3 6 2 0 7 8 - 2 0 8 4 ． [ 4 ] V e l e t s o s A S ， V e i c B ． V i b r a t i o n o f V i s c o e l a s t i c F o u n d m i o n s [ J ] ． E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g a n d S t r u c tur a l D y n a mi c s ， 1 9 7 3， 2 1 8 7 1 0 2 ． [ 5 ] 俞载 道 ， 付公 康． 桩一 土一高层 框剪 结构 动力 相 互作用 分析 [ J ] ． 同济大学学报， 1 9 8 4 ， 1 6 6 -7 9 ． [ 6 ] 范存新 ， 张毅 ， 薛松涛 ， 等 ． 考虑桩 土动 力相互作用时群桩 阻 抗函数的分析[ J ] ， 西安科技大学学报， 2 0 0 4 ， 2 4 3 2 8 4 - 2 8 8 ． [ 7 ]N o v a k M． D y n a m i c S t i ff n e s s a n d D a mp i n g o f F i l e s【 J ] ．C a n ． G e o t e c h J ． ， 1 9 7 4， 2 5 7 4 -5 9 8 ． [ 8 ] G s w o a h y J K， E 1 N a g g a r M H ． A c ms s w i n d r e s p o n s e o f rei o ree d c 0 n c l e t e c h i mn e v s w i t h s 0 i l s t ruc t u r e i n t e r a c t i o n[ A] ． P r o c ． 5 0 t h C a n a d i a n G e o t e e h n i c a l C o n f e ren c e [ C ] ． O t t a w a 1 9 9 7， 1 3 6 4 - 3 7 1 ． [ 9 ] A h s a n K a r e e m． D y n a mi c r e s p o n s e o f h i g hr i s e b u i l d i n g s t o s t o - c h a s t i c w i n d l o a d s [ J ] ． J o u rna l o f Wi n d E n g i n e e ri n g and I n d u s tr i a l Ae r o d y n a mi c s ， 1 9 9 2， 41 -4 4 1 1 01 1l l 2． [ 1 0 ]D a v e n p o r t A G ． H o w c a ll w e s i m p l i f y a n d g e n e r a l i z e w i n d l o a d i n g [ J ] ． J o u r n a l o f Wi n d E n gin e e ri n g a n d I n d u s t r i a l A e r o d yna m i c s ， 1 9 9 5， 5 4 - 5 5 6 6 7 - 6 6 9． [ 1 1 ]项海帆 ， 瞿伟廉． 高层建筑风振控 制基 于规范的实用设计方法 [ J ] ． 振动工程学报， 1 9 9 9 ， 1 2 2 1 5 1 - 1 5 6 ． [ 1 2 ]张相庭． 高层建筑抗风抗震设计计算 [ M] ． 上海 同济大学出 版社 ， 1 9 9 7 ． [ 1 3 ]黄本才． 结构抗风分析原理及应用[ M] ． 上海 同济大学出版 社 ． 2 0 0 1 ． 续完 一 N ∞ ， 器 z 葛 ， 翼