地下建筑结构由于震害较少且抗震性能优于地上建筑结构,使得其抗震问题没有得到充分的重视,抗震设计理论一直滞后于地上建筑结构。但是,1995年阪神地震中地下结构的严重破坏给传统观念带来了巨大的冲击,地下建筑结构在地震作用下也有可能发生严重的破坏。地下结构往往非常重要,并且一但破坏后难于修复,损失重大。近年来,城市地下建筑结构发展迅速,然而地下建筑结构的抗震设计理论还不够完善,还有很多问题亟待研究。在地下建筑结构抗震设计理论研究越来越无法适应工程实践需要的背景下,本文以地下建筑结构为研究对象,采用理论分析和数值模拟的研究方法,对地下建筑结构的地震反应问题展开了研究,分析了地下建筑结构的地震反应特性与影响因素,改进了地下结构抗震等效侧力法的计算方法,并提出了空间地下建筑结构的三维简化抗震设计计算方法。本文的主要工作和取得的成果有:(1)总结了地下结构震害历史及特征,系统评述了地下结构抗震问题研究方法、现有的地下结构抗震分析与设计方法及其存在的问题,比较了这些方法各自的优缺点和适用性。(2)讨论了地下结构埋深、结构材料性质、土层刚度等因素对地下结构地震反应的影响,并对地下建筑结构与地面建筑结构进行了对比。通过对比地下结构与地面结构的地震反应以及地下结构在不同地基条件时的地震反应可知,在地下结构抗震计算中,应采用能够考虑土体与地下结构之间相互作用的约束条件。(3)在已有基床系数计算公式的基础上,建立了反应位移法和等效侧力法等简化计算方法中地基弹簧系数的经验计算公式,以有限元分析结果为数据基础,对公式的系数进行拟合,并将公式拓展用于成层土体,并选取算例验证了建议公式的合理性和准确性。解决了需要通过有限元法多次计算才能确定地基弹簧系数的问题。(4)归纳总结了地下结构抗震简化计算方法中较为广泛应用的等效侧力法和反应位移法的具体实施步骤、存在的主要问题以及目前的使用情况。在等效侧力法的基础上进行了改进,包括地震荷载的计算公式、土层摩擦力计算公式以及约束条件的施加方法等。并进行了大量的计算分析,验证了改进后等效侧力法的可靠性和适用性。(5)在理论分析的基础上,提出了地下建筑结构的三维抗震简化计算方法,研究了将地下结构平面模型的地震荷载和弹簧约束扩展应用于地下结构空间模型的具体实施方法,并建议了三维简化计算方法中法向和切向地基弹簧系数的经验计算公式。与三维有限元时程分析结果进行对比,验证了该方法的可靠性和适用性。三维抗震简化计算方法的提出,可以解决当空间地下建筑结构不能满足平面应变的假定条件时必须采用三维有限元时程分析进行抗震设计的问题。