高层建筑打桩对周围建筑物的振动影响朱伯龙余安东赵玉样(同济大学工程结构研究所)I提要]在城市改建中,高层建筑打桩对周围建筑的影响是一个很普遍的向题,过去往往从墓础工程方面加以处理而对结构物的位移、应力等缺乏定量的了解。本文运用不均匀加速度场的概念,分析了打桩振动与地震动的区别,对结构物进行了打桩时程反应分析,取得了结构反应量的定量结果,并经实测结果证明本文的计算方法是可行的,为今后解决同类问题开辟了一条新的途径。一、前一卫J~-目`一~曰.「刁促使我们研究这一向题是由于受日本大林组的委托对上海花园饭店进行技术咨询,问题的核心是该饭店34层主楼打桩施工时对附近4号楼的影响如何。4号楼(图1)是由美国辛普勒克斯公司设计建造的薄壁型钢结构六层建筑物,其外墙与花园饭店最近一排桩的距离只有11.6m(见图2)。毖化月筒囚掀讥川认尸11.1红冬J楼阵<一><圃)<)《.圃火巨<…圃卜支}>芍圃少<}>司巫董罗巫业少少用乃丝店图2日本大林组在上海类似的地基条件与相同的桩基情况下测得打桩时距桩位10m处的地面加速度时程曲线如图3所示,同时也给出了加速度随离桩位距离增加而衰减的规律(图4)。本文进行了下列工作:(l)选择力学计算模型:(2)4号楼在实际打桩情况下的实测结果;(3)理论计算分析;(4)打桩反应谱计算方法。图4二、通过算例选择计算模型(一)采用不均匀加速度场打桩振动与地震动的重要区别是,对一幢平面尺度不太大的建筑物而言,地震地面加速度可以看作是一个均匀场,而打桩时由于振动加速度的迅速衰减,输入建筑物的地面加速度应当是一个不均匀场。从能量的观点看,打桩引起的振动传递给建筑结构的能量比具有同样加速度峰值的地震小得多。打桩形成一个点振源,根据衰减曲线,不难求得结构物各桩脚输人的加速度矢量,这些矢量总合起来形成了一个点振源作用下的不均匀加速度场。由于按三维空间模式计算4号楼反应时杆件较多,所以我们选择结构形式接近于4号楼《赵酬渊但层数、开间数较少的图5作为一个算例。如在建筑物中部附近打桩,其不均匀加速度场如圈6所示,这里我们作了工程上实用的假定,即从点振源出发,各个方向均符合衰减规律,因此形成了各桩脚处不同方向与大小的加速度矢量。若在建筑物左端附近打桩,其不均匀加速度如图7所示。,}乓子;{J\,卢「一一尸{.打桩点广代一月一—/一一一一一/}尸一}一·抓桩点图6图7本文采用有限一单元方法,将实际结构离散化为空间杆系结构,其运动方程可表达为[几I〕{}}+仁C]{Y}+〔K〕(Y}=一[M〕{Y。}式中[」们—质量矩阵,采用堆聚质量而成;[C]—阻尼矩阵,采用瑞利阻尼假定;〔K〕—刚度矩阵;{Y}、{Y}、{y}—节点的加速度向量、速度向量、位移向量;{Y。}—地面输入的加速度向量,它由每一桩脚产生的大小、方向均不相同,与地震时地面加速度不同。在本文中,我们采用子空间迭代法求解特征值问题,用Wilson一0法求结构反应。(二)按三维空间力学模型计算按图5为例的计算简图,算得前5阶自振周期如表1所示:表l{`}2周期T(s)fo.561]0.5122…:…6:…众…濡在建筑物中部附近打桩,以不均匀加速度水平分量输人结构进行弹性动力反应计算,得到建筑物左端和右端的顶部水平位移反应时程曲线如图8所示,因为结构不对称,而且楼画刚度很大,考虑了扭转,因而两端的位移反应有所不同。图9是以不均匀加速度竖向分量输入结构进行弹性动力反应计算,得到的建筑物左端和右端顶部竖向位移反应的时程曲线。叼><.)米之><卜之图10(三)按平面模型计算考虑到人们感兴趣的是最大反应,为了简化,算例也可采用平面模型如图10所示。为了进行比较,输人了三种不同的地面运动加速度(水平分量和竖向分量),三种方案为:1.采用加速度最大的一片框架进行计算;2.各排柱输入值平均;3.取方案1的最大加速度值作为平面框架各柱脚的输人(不考虑衰减)。空间与平面模型顶部位移反应最大值如表2所示。由表2可见,以平面模型的方案2输入,即取每排柱加速度分量的平均值输人平而模卫的相应柱脚与按空间模型(中部打桩)计算结果很接近,水平位移与竖向位移的误差分别勺为3%和5写,而共他输入方案就差得多。表2况…(孤:一理)…(赢暴)…忍案要}从奥…瓶:}。一)。一」。一…。一……o·。8`3{0·。295…。·’。2`!。·。852}...
