《Journal of Building Engineering》：Shaking table tests and seismic response mechanism of an inter-story isolated single-tower structure with a large podium on a soft-interlayer foundation
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•针对一种大型基座式塔结构，进行了1/12比例的振动台试验。•层间隔震显著降低了上部塔楼的地震响应。•PSSI效应改变了基础输入，并重新分配了各层的加速度负荷。•基座的加速度并非总是降低，有时还会上升。•基础类型和软弱夹层厚度对隔震性能有重要影响。引言随着城市综合体与高层建筑中多
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针对一种大型基座式塔结构，进行了1/12比例的振动台试验。
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层间隔震显著降低了上部塔楼的地震响应。
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PSSI效应改变了基础输入，并重新分配了各层的加速度负荷。
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基座的加速度并非总是降低，有时还会上升。
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基础类型和软弱夹层厚度对隔震性能有重要影响。
引言
随着城市综合体与高层建筑中多功能用途的日益融合，带有大型基座的单塔及多塔结构被广泛用于商业、办公和公共建筑中[1]、[2]。这类结构通常由一个大空间的基座以及一个或多个上部塔楼组成，从而实现功能分区与高效的空间利用。然而，它们的地震行为会受到基座与塔楼相互作用的强烈影响。张等人[3]通过实验和数值分析研究了一座带有传力板的高层建筑，结果表明传力构件会影响地震力的传递。郑等人[4]强调需要真实模拟周围的地下室结构，因为它们可能会改变边界条件及地震响应。这些研究表明，基座与塔楼的过渡区域会改变地震荷载和内力的分布。由于刚度、质量和几何形态的不连续性，地震响应可能会集中在过渡区和连接区，从而导致力重分布以及不良的地震性能[5]、[6]。为减轻这些影响，张等人[7]为大型基座式多塔建筑提出了一种混合隔震策略。层间隔震能够延长结构周期、降低动力耦合并耗散地震能量。王等人[8]、Faiella和Mele[9]以及Forcellini和Kalfas[10]进一步证实了其有效性，但基础柔度、桩基以及复杂场地条件对层间隔震的大型基座结构的影响仍需进一步研究。
目前关于大型基座及层间隔震结构的研究大多侧重于上部结构的动力响应，通常直接在结构底部施加地面运动，并假设基础为刚性。但对于位于软弱场地的结构，地震波传播、土体变形以及基础运动共同影响着传递到结构上的地震输入。土-结构相互作用（SSI）能够改变结构系统的振幅、频率特性、相位特征、动力性能、阻尼行为以及各层的响应分布。Stewart等人[11]提出了建筑物中地震SSI的分析方法，而Mylonakis和Gazetas[12]则探讨了其对地震响应的潜在有利或不利影响。Borghei和Ghayoomi[13]基于实测的土-基础-结构响应研究了运动学相互作用，Zhang和Far[14]以及Yeganeh等人[15]分析了不同基础和周边场地条件下高层建筑中的SSI效应。当使用桩基时，桩-土-结构相互作用（PSSI）会使土体、桩、桩帽以及上部结构共同作为一个整体动力系统。杨等人[16]考虑PSSI因素，对装有粘性阻尼器的高层建筑进行了大规模振动台试验，而Jardine等人[17]以及Chen和Martin[18]则强调了非线性土体行为以及桩基系统中土-桩相互作用的重要性。这些研究表明，由桩基支撑的建筑的地震响应不仅受上部结构本身影响，还受土-桩-结构系统耦合作用下的变形和运动影响。
对于具有软弱夹层的地基，PSSI效应更为复杂，因为软弱夹层与相邻土层之间的刚度差异会改变地震波的传播、放大和过滤过程，进而增强基础运动与上部结构响应之间的耦合。针对软弱或非均匀场地的研究也发现了类似现象。詹等人[19]研究了大跨度空间结构中的SSI效应，赵等人[20]探讨了软土地基上的砌体结构，程等人[21]总结了软土中地下结构的地震行为，刘等人[22]则研究了三维沉积盆地的非线性放大现象。这些研究表明，场地非均匀性会显著影响地震波的传播和场地放大效应。对于隔震结构，SSI/PSSI还可能进一步改变传递到隔震系统的输入运动、隔震层的变形需求、支承结构的能量耗散以及上下结构之间的响应传递。山下等人[23]研究了东京软地上经过地基处理的桩筏式隔震建筑。其他振动台研究也考虑了隔震结构中的SSI效应[24]、[25]，而Tena-Colunga等人[26]以及Abdeddaim等人[27]则研究了SSI效应对隔震设计及响应控制的影响。不过，大多数研究都集中在基础隔震方面。尽管徐等人[28]考虑了层间隔震系统中的SSI效应，但针对具有软弱夹层场地的、由桩基支撑的层间隔震大型基座结构，其地震响应机制至今尚未得到充分阐明。
与基础隔震不同，层间隔震将隔震层设置在基座与塔楼之间，这使得力的传递路径和响应传递机制更为复杂。在控制上部塔楼响应的同时，隔震层也可能改变下部基座、桩基以及整个基础系统的动力需求。在存在软弱夹层的场地上，对于带有大型基座的单塔结构，场地非均匀性、桩群约束以及隔震层的非线性之间可能会产生强烈的耦合。在这种耦合系统中，隔震层并非简单地降低整个结构的地震响应，而是可能在上部塔楼、下部基座、隔震层、桩基以及周边土体之间重新分配地震荷载。不过，这些因素究竟如何影响地震响应的降低以及响应的重分布，目前仍不清楚。
为解决这一问题，本研究探讨了在具有软弱夹层地基上、带有大型基座且采用层间隔震的单塔结构的地震响应机制，重点分析了软弱夹层地基、桩基、上部结构以及隔震层之间的耦合效应。首先通过1/12比例的模型进行振动台试验，比较了抗震结构和层间隔震结构在不同地震强度下的动力响应特性。随后建立了经过实验验证的三维非线性有限元模型，进一步研究基础类型和软弱夹层厚度对结构动力特性、地震响应降低效果以及隔震层响应的影响。这些研究成果可为在软弱夹层地基上设计带有大型基座的单塔结构的层间隔震系统及确定相关参数提供有益指导。
章节摘要
模型设计
本次试验所研究的原型结构为一种带有大型基座的单塔结构。该结构由两层高的商业基座和六层高的办公塔楼组成，总高度为29.4米。基座和塔楼的单层高度分别为4.8米和3.3米。该场地的设计地震 fortification强度为8度，设计基本地震加速度为0.20g。振动台试验所使用的振动台平面尺寸为4
有限元模型描述
在ANSYS中建立了SRS和ISS的结构三维有限元（FE）模型，用于模拟振动台试验中软弱夹层土-桩基-结构系统的动力响应。数值模型的几何尺寸与试验模型的尺寸一致，如图9(a)所示。梁和柱采用BEAM189单元进行建模，而楼板、桩帽、桩以及土体则采用SOLID185单元进行建模。铅橡胶
参数分析案例
为进一步研究基础条件对层间隔震结构动力特性及地震响应的影响，利用经过实验验证的有限元模型进行了参数分析。共考虑了三种典型的基础条件：刚性基础、均质硬黏土基础以及软弱夹层基础。刚性基础代表没有桩-土-结构相互作用的理想化设计假设
讨论
通过比例模型的振动台试验和非线性有限元分析，本研究探讨了在含有软弱夹层的场地上，桩-土-结构相互作用（PSSI）对结构层间隔震性能的影响。研究结果表明，在软弱夹层场地条件下，层间隔震仍然是可行的。其主要作用在于降低基座与塔楼之间的动力耦合，并将侧向变形集中到
结论
本研究考虑了桩-土-结构相互作用（PSSI）的影响，研究了在含有软弱夹层的场地上，大型基座单塔结构的地震响应及层间隔震性能。通过对抗震结构（SRS）和层间隔震结构（ISS）的1/12比例模型进行振动台试验，并建立了经过实验验证的三维非线性有限元模型，基于该模型分析了
CRediT作者贡献说明
王凯：可视化、监督、资源提供、正式分析。 何文富：监督、项目管理、资金获取、概念构思。 詹浩楠：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、软件应用、实验研究、正式分析。 吴英雄：写作——审阅与编辑、软件应用、资金获取、数据整理。 杨杰：软件应用、资源提供、项目管理、概念构思
数据可用性声明
本研究的相关数据可在合理请求下从相应作者处获取。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金 [编号52378521、52578594]以及上海探索者计划项目[编号24TS1412600]的支持。作者们对那些为本研究提供支持的资助机构表示衷心的感谢。
何文富|詹浩楠|吴英雄|杨杰|王凯
