如何考虑地下室进行大震弹塑性分析

由于城市地下空间利用需求的增加，地下室已经成为高层建筑结构的主要组成部分，结构底部一般会设置1层或多层地下室。对该类结构进行分析和设计时，一般会将上部结构和地下室作为一个整体建模计算，以得到上部结构和地下室部分的构件内力并进行配筋设计。对于该类结构进行大震弹塑性分析时，如何考虑侧土对于地下室的约束作用，本文将对该问题进行介绍。

图1 地下室信息定义

采用不同的土层参数m时，m=0表示地下室顶板处无约束，m=-3表示底部3层地下室顶板无水平位移。m大于0时，随着m值增加，地下室约束增强。

图2 某剪力墙结构

图3 m值取不同数值时结构第一周期

如表2及图3所示，随着m值增加，结构周期减小。当m值为100时，周期基本趋于恒定。

3.1 定义土弹簧

土弹簧刚度可以参考如下公式进行计算：

式中，

a: 土层厚度；

b: 节点处分担的土层计算宽度；

Z：土层深度；

m: 地基土比例系数（MN/m ⁴ ）

菜单：建模编辑→减隔震

新建“线性弹簧”，仅需定义U1方向刚度即可，用于模拟双向受力弹簧。如果要考虑只受压弹簧，则可以通过新建“间隙”来进行模拟。

图4 双向受力弹簧

图5 只受压弹簧

3.2 添加土弹簧

（1）将节点向剪力墙面外复制

选中节点，通过“建模编辑→点→复制点”进行单个复制，或者批量选中节点，“建模编辑→基本→复制/粘贴”进行批量复制。

图6 复制节点

（2）将复制得到的节点约束

批量选中节点，通过“属性修改→位移约束”，将远端节点固定约束。

图7 约束远端节点

图8 约束远端节点

将结构地下室周边节点位置设置为土弹簧生成模型1，其中土弹簧刚度根据第3节中所述方法进行计算，m值取为3。将模型删除地下室生成模型2，选择一条人工波进行大震弹塑性分析，分析结果如下所示。

（1）层间位移角

图9 层间位移角

删除地下室时，结构最大层间位移角为1/405，地下室设置土弹簧时，最大层间位移角为1/355。删除地下室后，首层底部完全固接，忽略了地下室部分的侧向变形，因而层间位移角偏小。

（2）构件性能

图10 构建性能（6度大震）