基于位移抗震设计方法

基于位移抗震设计方法（共8篇）

基于位移抗震设计方法 篇1

地震是一种破坏性极大的自然灾害,随着现代工业化和城市化的进程,一些国家和地区城市的人口、财富高度集中。由于不断进步的结构抗震设防措施,地震灾害造成的人员伤亡显著降低,但是造成的经济损失则令人震惊。历次强震的经验教训表明,地震所造成的巨大经济损失主要是由于房屋破坏和工程结构的倒塌所引起的。因此,结构工程的抗震设计显得尤为重要。

结构抗震设计的主要目的是针对未来强震,从工程上着眼,力求在最经济的条件下使机构具有足够的抗震性能,以保证人民的生命财产安全。结构抗震设计理论研究以机构动力学和工程学为基础,研究内容涵盖建筑材料、地基的动力性能、结构能力反映、结构的弹塑性及脆性破坏机制以及结构可靠性理论和工程设计等领域。

抗震理论的设防标准受社会经济发展条件的制约。过高的设防标准,是用过大的经济投资,换取高度的抗震效果;而过低的设防标准,则是用过低的抗震安全性能,减少当前的经济投资,但是增加了未来更大损失的风险。随着我国经济力量的发展,抗震设防水平将大力提高,以换取更大的安全。

1 抗震理论的发展[1,2]

现代抗震理论设计理论从20世纪初才开始建立起来,大致经历了以下过程:

1)静力理论。

静力理论认为地震对工程设计的破坏是由于地震产生的水平力在建筑上所作用的结果。静力法理论假定结构为嵌固在地面上的刚性结构,结构上任一质点的加速度等于地面运动的加速度,表达式为P=Wαmax/g=KW,其中,P为水平地震力;K为地震系数。显然这种设计大大增加了结构的刚度,在这种设计理念之下,结构的高度和跨度都受到严格的限制。静力法理论的缺点是没有考虑结构本身的动力特性,因此容易引起对地震活动的误解,从而不能准确判断在给定地震作用下的抗震能力。

2)反应谱理论。

反应谱理论考虑了结构的动力特性与地震的动特性之间的关系,同时又保持了原有静力理论形式。反应谱是描述地面运动及其结构相应的实用工具,作为地震工程的一个核心结构,反应谱提供了一种方便的手段来概括所有可能的线性单自由度体系对地面运动的某个特定分量的峰值反应。

反应谱方法利用了结构的振动特性(周期、振型和振型阻尼比)和用反应谱所表征的地面运动的动力特性,但是对结构分析采用的是静力学方法,因此反应谱方法是一种拟动力分析。

3)动力学理论。

动力学又称时程分析,这种理论把地震作为一个时间过程,选择能够反应地震及场地特征的地震加速度时程作为地震动输入,从而可以计算出每一时刻结构的地震响应。与反应谱方法相比,动力学方法具有更大的精确度,而且在给定的结构恢复力模型基础上能够获得结构非弹性阶段的响应。

然而,时程分析是一项极其复杂的计算工作,分析时往往需要更详尽并具针对性的场地信息,这一点在很多的实际工程场景中是很难实现的,另外,时程分析会输出每一时刻的结构位移和内力响应,对于这些信息的统计和分析需要花费很大的精力,并难以形成直接指导结构的信息。因此时程分析虽然是更加真实的结构动力学分析,但是难以满足大部分规范要求和工程设计要求,应用面难以扩展。

4)基于性能的抗震设计理论。

基于性能的抗震设计,是通过设计使结构在不同的水准地震作用下的响应难以满足预期的抗震性能指标,使结构遭受地震作用时具有确定的安全性能,更有效、可靠地抵抗地震。这种方法要求在结构设计中从以往只注重结构安全,向全面注重结构的性能、安全和经济等诸多方面发展。

基于性能的抗震理论设计理论是以结构抗震分析性能分析为基础,根据设防标准的不同,将结构的抗震性能划分为不同的等级,设计者可以根据具体情况的不同,确定合理的抗震性能目标。目前常用的基于性能的设计方法有能力谱法、等效位移系数法、N2法和直接基于位移的方法。

2 多级设防目标的基于位移的抗震设计方法

我国现行的《建筑抗震设计规范》对建筑结构采用“三水准、两阶段”方法作为抗震设防目标,其要求是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。即“一般情况下,遭遇第一水准烈度(众值烈度)时,建筑处于正常的使用状态,从结构分析角度,可视为弹性体系,采用弹性反应谱进行弹性分析;遭遇第二水准烈度(基本烈度)时,机构进入非弹性工作阶段,但非弹性变形或结构体系的损坏控制都在可修复的范围;遭遇第三水准烈度(罕见地震)时,结构有较大的非弹性变形,但控制在规定的范围内,以免倒塌。

为了实现以上的设计要求,在设计过程中可以分为两个阶段:1)根据小震下结构的目标位移确定刚度需求,并根据目标屈服位移计算结构的强度要求,取第一水准的地震动参数,由第一水准的目标位移计算结构的屈服基底剪力。然后将地震作用效应和其他作用效应进行组合,对构件截面进行配筋设计。2)根据结构的周期及屈服位移确定结构的延性需求。取第三水准的地震动参数,计算结构的延性需求。通过量化的变形能力指标对构件进行延性设计。

由此可见,第一阶段的设计,是通过控制结构的刚度来实现第一水准的目标位移,以控制“小震不坏”的变形;第二阶段的设计,是通过量化的变形指标对构件进行延性设计,利用结构的变形能力满足“中震可修、大震不倒”的要求。

至于相关的参数设计可以参照相关的文献[3,4]。

这种直接基于量化的性能水平有效地实现了多级性能目标的抗震设防,并且概念简单,计算简单,在实际的工程中可以广为应用。

3结语

本文介绍了结构抗震理论的发展历程和相关的研究理论,着重以基于性能的抗震设计理论为基点,考虑了直接基于位移的性能的理论,给出了实现“三水准”的两阶段设计方法,这种设计方法遵照国家的建筑设计规范,计算简单,可以在工程应用中得到广泛推广。

参考文献

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[5]郭磊,李建中,范立础.直接基于位移的结构抗震设计理论研究进展[J].世界地震工程,2005,21(4):157-164.

[6]杨彩云.谈框架节点的抗震设计[J].山西建筑,2009,35(5):64-65.

基于位移抗震设计方法 篇2

关键词弹塑性框架结构变形验算位移角限值

中图分类号:TU31文献标識码:A

1 引言

对结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算目前一般是简化为层间弹塑性变形验算,因而大多数规范给出的容许变形值通常是层间弹塑性位移角限值。结构的整体倒塌或局部倒塌往往是由于个别主要抗侧力构件在强烈地震下的最大变形超过其极限变形能力所造成的。因此,弹塑性变形验算的变形限值,除了层间位移角限值外,尚应规定那些弯曲起控制作用的构件的截面塑性铰转角限值。

采用隔震和消能减震技术的建筑结构,在罕遇地震作用下隔震和消能减震部件应能起到降低地震效应和保护主体结构的作用,但是对隔震和消能减震部件应有位移限制,因此也要求进行抗震变形验算。

对建筑结构在罕遇地震作用下薄弱层(部位)的弹塑性变形计算,除12层以下且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构和填充墙框架结构、不超过20层且层刚度无突变的钢框架结构和支撑钢框架结构以及单层钢筋混凝土柱厂房可采用简化方法计算外,要求采用较为精确的结构弹塑性分析方法,可以是三维的静力弹塑性(如Push-over方法)或弹塑性时程分析方法。

2 框架结构的弹塑性位移角限值

在框架结构中,由于柱子承受弯、剪、压的复合作用,其变形能力一般比梁差。因此,框架柱的塑性变形能力在很大程度上决定了框架结构的抗倒塌的层间位移角限值。根据美国UBC/EERC对大量试验数据的统计结果,剪跨比大于

2.0的柱的极限位移角也几乎都大于1/50。即使那些具有较小剪跨比或较大轴压比的柱试件,也具有比较大的极限位移角。有关高轴压比试验表明,即使设计轴压比增大到0.9,试件的极限位移角也有1/40

框架结构的弹塑性层间位移是梁、柱、节点等部件变形的综合结果。因此,采用梁-柱组合试件的试验结果一般比单柱试件能更合理地反映框架结构的层间变形能力。根据有关文献对36个梁-柱组合试件极限位移角的统计结果,其极限位移角的分布区间为[1/27,1/18],其中94%的试件的极限位移角在1/25以上。

从上述统计数据可知,规范所规定框架结构的层间弹塑性位移角限值是偏于安全的。是由于考虑到实际工程的施工质量往往比实验室浇制的试件的质量差;目前钢筋混凝土结构在罕遇地震下的弹塑性变形计算方法还很不成熟,计算结果一般比实际弹塑性位移反应值偏小等原因。

在框架结构中,由于框架结构中梁、柱的受力状态不同,其端部截面的塑性铰转动角限值应区别对待。由于试验中测量的框架柱整体位移角除了包含柱端塑性铰转动产生的位移角外,还包含着柱端纵筋滑移转角、剪切变形以及框架柱的弹性变形。根据对较高轴压比框架柱的研究结果,框架柱塑性较转动产生的位移约占总位移的55%,因此框架柱塑性铰转动的限值严格地讲应该比层间转动位移角小。有关试验研究表明,轴压比对框架塑性铰的极限转动能力也有较大影响。框架梁由于轴力很小,其塑性铰的转动能力一般情况下比框架柱的转动能力好。试验研究表明,对框架梁塑性铰转动能力影响较大的参数主要有剪跨比和箍筋的配置。

3 框架-抗震墙、框架-筒体等结构的弹塑性位移角限值

特征刚度比适中的框架-抗震墙结构在强烈地震作用下,抗震墙单元由于刚度大且变形能力较差,不仅会比框架结构先进入弹塑性状态,而且最终破坏也相对集中在抗震墙单元上。日-美联合进行的七层原型框架-抗震墙结构拟动力试验以及该原型的1/5缩比模型的模拟地震振动台试验也证实了上述观点。因此,框架-抗震墙结构的弹塑性位移角限值主要应根据抗震墙单元的变形能力来确定。

从上述原型试验的破坏状态可知,虽然框架-抗震墙结构中的整体抗震墙具有较大的剪跨比,但楼层单元的受力及破坏状态仍类似于带有周边框架的单层RC抗震墙单元。这主要是由于框架抗震墙中较大的周边构件承担了大部分的整体弯矩而墙板主要是承担剪力,因而墙板一般仍发生剪切破坏。因此,钢筋混凝土框架-抗震墙的极限变形能力可以通过对大量的带有边框柱(含暗柱)抗震墙的试验结果进行统计来确定。

对于纯抗震墙结构,下图为我国二十世纪八十年代以来抗震墙试验所得出的弹塑性位移角限值分布图。因此规范的建议以下图中统计值的下限1/120作为抗震墙结构的极限位移角限值。正如前面所述,实际结构中抗震墙各墙肢之间以及墙肢与连梁之间存在着内力重分布,其整体的变形能力和稳定性一般都比单片墙的好很多,因此我国规范的建议值具有较高的安全度。

对于框架-抗震墙结构,由于存在框架结构作为第二道抗震防线和框架与抗震墙之间的内力重分布,首先进入弹塑性状态的抗震墙作为第一道抗震防线,可以允许其承载能力有较大的降低。因此,框架-抗震墙结构的层间弹塑性位移角限值可以比纯抗震墙结构的限值有一定的提高。综合上述,规范建议取1/100作为框架-抗震墙结构的层间弹塑性位移角限值。

目前国内外对框架-筒体结构的试验研究还很少,因此暂时建议取与抗震墙结构相同的弹塑性位移角限值,而该限值是否合理,还有待于对筒体结构开展更多的试验研究。

4 钢结构的弹塑性层间位移角限值

高层钢结构具有较高的变形能力,美国AISC《房屋钢结构抗震规定》中规定,与小震相比,大震时的位移角放大系数,对双重抗侧力体系中的框架—中心支撑结构取5,对框架—偏心支撑结构取4。如果弹性位移角限值为1/300,则对应的弹塑性位移角限值分别为1/60和1/75。考虑到钢结构具有较好的延性,参照美国规范,我国规范弹塑性层间位移角限值适当放宽至1/50。

5 小结

基于位移的结构抗震设计方法研究 篇3

关键词：基于位移,抗震,按延性系数设计的方法,直接基于位移的设计方法,能力谱设计方法

1. 引言

在强震作用下, 结构 (或构件) 的位移 (或变形) 比力 (或强度) 更能直接反映结构的破坏状态, 因此90年代以来, 基于位移的抗震设计方法受到越来越多的重视并且得到了发展。

基于位移的抗震设计 (Displacementbased Seismic Design, DBSD) 是指在不同强度水准的地震作用下, 以结构的位移响应为目标进行结构及构件设计, 使结构达到预定的功能 (或性能) 。结构和构件在地震作用下的破坏程度总是与结构的位移响应和结构的实际变形能力有关, 因此从结构抗震角度而言, 可以用位移来控制结构在地震作用下的破坏程度, 采用基于位移的设计方法是实现结构抗震性能目标的一条有效途径。

目前, 基于位移的抗震设计大致有三种思路和方法:控制延性系数的设计方法、直接基于位移的设计方法和能力谱法。

2. 按延性系数的设计方法

延性通常包括结构延性、构件延性和截面延性三个层次。对于个给定结构, 截面的延性系数大于构件的延性系数, 构件的延性系数大于结构的延性系数, 两者的关系与结构的塑性铰机制有关。按延性系数设计方法的实质, 是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系, 由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变, 从而使构件具有要求的延性系数[3]。

用位移延性系数描述构件的弹塑性变形能力的最大问题是如何定义结构或构件的屈服位移和极限位移, 不同的定义得到的延性系数可能差别很大。

3. 直接基于位移的设计方法

直接基于位移的抗震设计 (d i r e c displacement—based seismic design) 是直接以位移为设计参数, 针对不同地震设防水准, 制定相应的目标位移, 并且通过设计, 使得结构在给定水准地震作用下达到预先指定的目标位移, 从而实现对结构地震行为的控制。从实现的角度讲, 直接基于位移的抗震设计理论主要包括三方面的内容, 即直接基于位移的抗震设计方法、位移需求估计方法和目标位移的确定[4]。

3.1 直接基于位移设计方法的基本步骤

(1) 根据结构体系, 确定结构层间屈服位移角; (2) 计算结构等效单自由度体系的目标位移; (3) 确定等效单自由度体系的等效质量和等效阻尼比; (4) 根据规范加速度反应谱, 建立对应于所求结构等效阻尼的设计位移反应谱, 求出结构的等效周期; (5) 确定等效单自由度体系的等效刚度; (6) 计算设计基底剪力和水平地震力; (7) 对原结构进行等效计算, 并计算在水平地震力作用下等效结构的地震效应, 根据此结果对构件配筋设计; (8) 验算原结构罕遇地震作用下的效应。

3.2 位移需求估计方法研究

从理论上讲, 非线性动力时程分析法是计算非弹性体系位移的最精确方法, 但由于地震动的随机性, 所以由单个地震记录得到的计算结果并不能有效地代表结构在地震作用下的行为。由于弹性反应谱在很大程度上能够代表大部分地震记录的特征, 因此使用与弹性反应谱相结合的位移需求估计方法越来越受到地震工程界的青睐。

3.2.1 单自由度 (SDOF) 体系

(1) 等效线性化方法 (methods based on equivalent linearization) 。等效线性化方法是将非弹性体系等效成具有等效刚度和等效粘滞阻尼比的弹性体系来进行位移求解的一种简化近似方法。总的来说, 可以分为两类: (1) 以最大变形处割线刚度为等效刚度的等效线性化方法; (2) 基于优化割线刚度的等效线性化方法。

(2) 位移修正系数法 (methods based ona displacement modification factor)

3.2.2 多自由度 (MDOF) 体系

(1) 替代结构法 (substitute.structure method) , 即把非弹性结构用一个线弹性结构来替代, 其中替代结构中的各构件刚度、阻尼比均采用等效线性化方法求得;

(2) 基于推倒 (pushover) 分析方法

推倒分析是在一组能够近似反应结构地震水平惯性力的单涮递增侧向荷载作用下, 逐步对结构进行弹塑性静力分析, 直到结构达到预先指定的目标位移或倒塌状态。这种方法可以得到结构从弹性阶段开始, 经历开裂、屈服直至倒塌破坏全过程的信息, 因而可以对已有结构的抗震性能作出良好的评价。但单纯的推倒分析并不能得到结构的地震响应, 通常要与反映地震特性的反应谱结合才能对结构的位移需求做出估计。目前主要有以下几种方法: (1) 能力谱方法; (2) 分项修正系数法 (FEMA一273, 1997) [5]; (3) 适应谱推倒分析方法; (4) 多模态推倒分析方法。

3.3 目标位移的确定

目标位移是性能目标的具体量化, 即以位移为性能参数的预期性能指标, 它是结构进行基于位移抗震设计的目标。一般来讲, 结构损伤是地震作用下破坏结构使用功能和导致结构倒塌的主要原因, 因而目标位移的确定多以此为基础。目前, 基于结构损伤的目标位移确定方法主要有: (1) 基于材料应变的目标位移确定方法; (2) 基于Park—Ang指标的目标位移确定方法; (3) 基于试验数据库的目标位移确定方法。

4. 能力谱法

能力谱法最早是由Freeman等提出来的, 其实质是目前采用的基于力的设计方法加位移变形的校核, 虽然方法本身的可靠性有待于实验验证和改进, 但比基于力的设计方法合理。该方法首先通过静力弹塑性分析 (pushover analysis) 计算基底剪力Vb-顶点位移μn曲线, 然后将Vb-μn曲线转换为谱加速度Sα-谱位移Sd曲线:

式中:Γ1和M1*分别为第一振型的振型参与系数和模态质量。

接着建立需求谱曲线。早期, 能力谱法采用的是弹性需求谱, 比较简单, 但是结果不尽如人意。非弹性需求谱在等效阻尼下比弹性需求谱的性能好, 且处理方便, 被广泛使用。目前, 常用两种方法来确定非弹性需求谱:一是通过强度折减系数对弹性需求谱进行折减;二是对谱进行统计研究, 直接获得非弹性需求谱。第2种直接获取, 比较准确, 但是实现起来相当复杂。第1种方法使用较多, 通过建立强度折减系数 (Rμ) 与延性系数 (μ) 的关系, 以弹性需求谱为基础, 求出非弹性需求谱, 其中μ需要根据结构的弹塑性变形及滞回耗能来确定[6,7]。

式中:Sαe——拟加速度反应谱;

Sde——拟位移反应谱。

然后确定结构的等效阻尼比, 最后检验结构的抗震能力。

5. 结语

将位移作为控制结构行为的参数, 不仅可以与以应变为基础的损伤极限状态联系到一起[8,9,10], 而且在宏观上还可以对结构的整体行为进行合理的控制, 比如P—△效应、相邻结构物的碰撞等。另外, 目标位移可以任意指定, 而不仅仅是针对破坏极限状态, 因而可以实现结构的多级性能设计。因此近几年来, 直接以位移为设计参数的抗震设计方法越来越受到重视并且得到了很大的发展, 逐渐成为了实现基于性能抗震设计思想的一条有效途径。

参考文献

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基于位移抗震设计方法 篇4

1 基于性能的抗震设计概述

目前各国抗震规范中普遍采用的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防水准, 被认为是目前处理地震作用不确定性的最科学合理的对策, 这种设计思想在实践中已取得巨大成功。事实上, 在发达国家和地区, 即使在人口高度密集的城市周边区域, 由于绝大多数建筑物按现行的抗震规范设计或加固, 重大地震灾害造成的人员伤亡已经明显下降, 然而这种设计思想是以保障生命安全为主要设防目标的, 尽管它可以做到大震时主体结构不倒以保障生命安全, 但它可能导致中、小震下结构的正常使用功能的丧失而引起巨大的经济损失。特别是随着经济的发展, 结构物内的装修、非结构构件、信息技术装备等的费用往往大大超过结构物的费用, 这种损失会更加严重。由此可见, 过去以人身安全为目标的抗震设计已经不能满足当今社会的要求, 抗震设计如何能既经济又可靠地保证建筑结构的性能在地震作用下不至丧失甚至不受影响, 这是社会经济发展和工程实践对地震工程领域的科研人员和工程师提出的新课题, 基于性能的抗震设计就是在这种背景下产生的。

检验结构的抗震能力是否超过结构的抗震要求, 评价结构地震作用下的“性能损失”, 必须对结构进行抗震计算。结构的计算分析方法基本可以分为两类:弹性方法和弹塑性方法。按照地震的不同处理方式, 又可分为等效静力分析与动力时程分析。当前世界各国在建筑结构抗震设计和研究中广泛采用的底部剪力法和振型分解反应谱法等都属于弹性分析范围。尽管这些方法具有简单和便于使用的优点, 但难以得到结构在强震作用下弹塑性反应的真实表现。另外, 结构在小震作用下, 处于弹性状态, 主要由承载力控制。因此, 基于性能的抗震设计重点考虑的是结构在大震作用下进入弹塑性的状态。

在弹塑性抗震分析方法中, 非线性时程分析方法被认为是最可靠和最能被工程界所接受的分析方法, 然而, 这种方法前后数据处理工作繁冗, 而且计算结果受到所选地震波的影响较大, 该方法要求较高的专业理论水平和较丰富的工程经验, 因此, 它很难应用到以优化手段来寻求结构最佳设计的基于性能的抗震设计当中。基于性能的抗震设计采用简化的方法, 这些方法主要有:Pushover分析方法、能力谱方法、位移影响系数法和N2方法等。

2 基于位移的抗震设计方法分析

二十世纪九十年代初期, 美国加州大学提出了基于位移的抗震设计理论。这一全新的结构抗震设计方法要求进行定量分析, 用量化的位移指标来控制结构抗震性能, 使结构的变形能力能够满足在预定的地震作用下的变形要求, 从而确保实现结构的性能目标。基于位移的抗震设计的基本思想是基于“投资—效益”准则和强调结构“个性”, 即在未来抗震设计中, 在不同强度水平地震作用下, 能够有效地控制建筑的破坏状态, 使建筑物实现明确的不同性能水平, 从而使建筑物在整个生命周期内, 在遭遇可能发生的地震作用下, 总体费用达到最小。

基于位移的抗震设计是一种以变形位移、层间侧移角为性能指标, 进行结构及构件的设计。在这种方法中, 位移是已知的给定输入量, 而强度和刚度则是设计的输出结果。基于位移的抗震设计方法目前大致可以分为三种用位移延性系数设计的方法、能力谱设计方法。

2.1 按延性系数设计的方法

延性系数法是利用的延性 (对应结构或构件的变形能力) 和要求的延性对应结构或构件的需求延性, 即目标延性的计算方法, 将延性需求和可资利用的延性作对比, 以评价结构的抗震性能并用于考虑扭转影响的延性结构基于位移的设计。

衡量延性的量化设计指标, 最常用的是曲率延性系数和位移延性系数, 二者的定义为截面构件屈服后的曲率位移与屈服曲率位移之比。设计中一般关心的是最大曲率位移延性系数, 用公式表示如下:

式中, φH和φy分别表示塑性铰区截面的极限曲率和屈服曲率;ΔH和Δy分别表示延性构件的极限位移和屈服位移。

按延性系数设计的方法实际上是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系, 由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变, 从而使得构件具有要求的延性系数。使用此种方法时必须认识到所选择的位移延性水平将直接影响到结构的地震破坏程度。

2.2 能力谱法

能力谱设计方法的基本思想是:对已设计好的结构进行静力弹塑性分析, 将分析的结果基底剪力—顶点位移关系曲线转化成一条能力谱曲线 (加速度Sa与位移Sd关系曲线) , 同时将设计地震反应谱曲线转化成一条需求谱曲线。将这两条曲线放入同一坐标系中, 若两曲线相交, 可以求得交点 (性能点) 的位移, 此位移称为结构的目标位移。同时根据图示的方法可以直观的评价结构在给定地震作用下的性能。若两曲线无交点, 说明结构需要加固处理或需要重新设计;如交点存在, 可以根据交点的坐标反推出结构所处的状态。能力谱法计算步骤如下:

(1) 按规范进行结构承载力设计。

(2) 用静力弹塑性分析方法计算结构的基底剪力Vb与顶点位移Un。

(3) 建立能力谱曲线。

对于高度不是很高、地震反应以第一振型为主的建筑结构, 可以用等效单自由度体系代替原多自由度体系分析结构。因此, 可以按下式将Vb-Un曲线转换为谱加速度Sa与谱位Sd关系曲线。

(4) 建立需求谱曲线, 提高结构和构件的延性水平。结构的延性一般用结构顶点的延性系数表示:

式中:Δμq-结构顶点屈服位移;

μ-结构顶点延性系数;

Δμz-结构顶点弹塑性位移限制。

一般认为, 在抗震结构中结构顶点延性系数μ应不小于3~4。结构的顶点位移△是由楼层的层间位移Δμi累积产生的, 而层间位移又是由结构构件的变形形成的。因此, 要求结构具有一定的延性就必须保证结构构件有足够大的延性, 主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主, 应避免变形性能差的混凝土首先压馈或剪切破坏, 以及钢筋锚固失效和粘结破坏。

为提高结构和构件的延性水平, 避免脆性破坏, 应主要注意以下两点:

(1) 轴压比限制。轴压比是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度, 还是受压区混凝土边缘失达到其极限压应变的主要指标。根据试验研究表明, 柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低, 尤其在高轴压比下, 增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不甚明显。所以, 抗震结构应限制偏心受压构件的轴压比。

(2) 剪压比限制。现行的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式, 是基于斜截面上箍筋基本能达到抗拉屈服强度, 其受剪承载力随配箍特征值的增长呈线性关系。试验表明, 配箍特征值过大时箍筋不能充分发挥其强度, 构件将呈腹部混凝土斜压破坏;同时剪压比对构件变形性能也有显著影响, 因此限制剪压比, 实质上也是对构件最小截面的要求。

参考文献

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[2]梁兴交.钢筋混凝土高层建筑结构基于位移的抗震设计方法研究[J].建筑结构, 2006.

基于位移抗震设计方法 篇5

1 设计要点

相对于需要反复进行计算, 设计工作量较大的传统设计方法, 现今多使用基于位移的抗震设计, 利用建筑机构的位移状态, 确定好建筑每一结构的承受限值。首先选择建筑结构的移延性要求要合理, 满足实际情况。之后运用一系列的抗震措施是建筑结构的延性能力不断完善, 达到防震的目的。具体要求如下面几方面:

1.1 弱梁强柱

所谓的弱梁强柱就在地震中形成的一种梁铰机构, 它是利用核心筒结构和框架结构构建而成。塑性变形先于柱出现并且由梁端控制。柱的抗弯能力大大增加。由于较早出现的梁端塑性铰, 加大的塑性转动只有在非线性位移程度达到最大时会出现。反之, 因为柱端塑性铰比较晚所以较小的塑性转动在每当非线性位移大最大程度时就会出现。如此, 一个较大的塑形能源消耗以及稳定的塑形耗能就会出现。

1.2 弱弯强剪

相对于较小的结构建立部位, 较大的结构建立部位在梁端没有大塑性变形极限的情况下会出现非延性破坏。当一个部分出现了剪切的破坏之后, 那这个部分就会失去了本来具有的抵抗力。当一处柱端剪切破坏了之后, 同样也会导致全部就够的损坏。在发生这样的情况下, 想让建筑避免坍塌, 需要增加梁端、节点、柱端的组合剪力值。

1.3 抗震防线的设置

抗震防线设计成最大化是建筑结构的基本要求与基础。当设计抗震防线时, 设计人员需要规范、全面的分析其每一个要点, 注重结构的分析。同时在设计完成以后, 要利用实验进行测试、评估。评测不仅要监控器监控必要的时候还需要人力监督, 力保抗震防线设计的合理、标准、规范。

1.4 建筑结构层移延性设计

要点有两个:布置屈服区、加强结构薄弱处。由于同属于精密的工序, 在完成两项工作的时候设计人员要把握好控制方位, 加强精度, 保证一系列施工的要求。设计团队要寻找出能够实现最大效率的实施工程的设计方案。布置屈服区之前, 需要客观的评价结构的参数, 然后部署必须符合设计的要求。屈服区的布置决定了建筑结构的强度, 在布置中需要时刻监控, 规范完善布置的工作。布置完成以后还需要模拟测试地震环境下布置区的合理性。

2 建筑结构层等位移延性反应抗震设计方法

2.1 设计方法的提出

本文以地震时, 钢筋混凝土的框架结构屹立不倒为例。在设计方案的提出中, 需要考虑以下几个步骤:

首先要确定结构在大震作用下的目标位移, 对于初步确定了几何尺寸的钢筋混凝土框架结构, 层屈服位移角:

式中:θy, i为第i层层间屈服角;εy为梁的纵筋屈服应变;hb, i为第i层梁高度;Lb, i为第i层梁的跨度。

其次, 根据规范加速度反应谱, 建立不同延性系数下的位移反应谱, 然后根据等效单自由度的顶点位移, 确定等效单自由度的自振周期。再者, 对基底剪力沿竖向的分配, 最后对结构内力分析, 然后按照目前我国建筑抗震设计规范进行抗震设计。

2.2 抗震设计的例题

某钢筋混凝土框架结构, 有7层2跨度, 1、2层柱截面是550mm×550mm;3、4层柱截面是500mm×500mm;5、6层柱截面是450mm×450mm;最高层为400mm×400mm。框架结构为300mm×550mm。只有1层为4.5m, 其余层为4m高度。总体跨度为6.5m。设该混凝土框架结构为8度的设防烈度, Ⅱ类的场地类别, 使用C30类型的混凝土施工。箍筋为I级钢筋, 纵筋为Ⅱ级钢筋。7层为25KN/m的荷载, 其余楼层为35KN/m, 为2级设防。利用公式, 并根据抗震设计的规则, 选择PKPM开展抗震设计, 计算建筑结构的柱、梁的配筋。最后用地震工程模拟的开放体系 (Open Sees) 来开展时程的分析, 测算建筑结构层的移延性反应抗震。

从测算中我们发现, 利用比较恰当的设计办法, 可以让建筑结构在地震作用的影响下产生均匀分布。每一建筑层都可以合理的耗散地震能, 不会将地震能集中于某一个楼层之内。在往后的验算抗震设计变形时, 需要计算层间的最大位移, 也要验算好每一层位移的距离差值, 控制在合理范围之内。

通过测算结果我们发现, 要想让建筑结构对地震作用下分布的均匀, 那必须利用一些恰当的设计方法。为了不将地震的能量同时集中在一个楼层中, 整栋建筑的每一层都可以合理的耗散地震能, 要控制好每一层位移的距离, 也需要精密的计算。

3 结论

相对于需要反复进行计算, 设计工作量较大的传统设计方法, 现今多使用基于位移的抗震设计, 利用建筑机构的位移状态, 确定好建筑每一结构的承受限值。建筑结构直接位移的地震设计方法是本文采用的方法, 在地震作用中建筑每个层面都会保持集体一致的层面移动, 建筑结构不会超过合理的极限。同时, 在地震发生的影响中每一种材料都发挥了抗震的功能, 抗震的主体是整个建筑而不是某一层, 这样是一种经济又安全的设计。本文通过设计方法公式和实例发现, 抗震设计能够验算出建筑楼层的层间最大位移值和最小位移值。从中得出的差值, 控制在合理范围之内, 就能保证建筑结构层等位移延性反应抗震设计的科学合理性。

参考文献

[1]马宏旺.建筑结构层等位移延性反应抗震设计方法[J].上海交通大学学报.2008 (6) .

[2]刘齐茂, 燕柳斌.多高层建筑结构层间位移和层剪力的动力可靠度计算[J].西北地震学报.2009 (3) .

基于位移抗震设计方法 篇6

一、建筑结构层抗震设计的基本原则

(1) 建筑结构层构件必须要具有相应的平衡力度和刚硬度、良好的延伸性能、可以承受最大限度的重力等。

(2) 在建筑结构构件的剪力墙、节点和砥柱方面必须要加强其性能, 在它的弯度、梁柱、构件方面可以相应地降低。

(3) 在结构性能比较低的位置, 需要采取科学的方法, 提高它的延伸度和适应能力, 使结构的抗震反应能力发挥最大的作用。

(4) 建筑构件在承受竖向荷载的情况下, 它无法代替最重要的消耗能源构件, 在其它有需要防护的地方, 都加上抗震防线。

(5) 具有良好延性的多个构件构成了多个保持正常工作状态的抗震结构体系, 发挥了无限的延性。

(6) 强烈地震总会带来反反复复的余震, 所以必须在抗震结构体系中间设置无数的的内部, 注意外端合理的冗余度, 综合考虑整体的屈服区。

(7) 建筑结构层构件之问的强弱度具有差异性, 我们要正确处理好这方面的关系。在相同的一楼层内, 它最重要的耗能构件不能超于另外的构件能处于弹性阶段。使结构构件充分发挥延性反应能力。

(8) 在建筑的施工中, 把科学技术应用于最薄弱的位置的施工上, 保证它充分的延性反应能力。

(9) 在构件上面安装充足的安全储锯, 积蓄充足的延性, 提高抗震能力。使楼层的承载能力和设计计算的弹性受力保持一致。

(10) 把连粱巧妙地应用到剪力墙的设计当中, 很多的因素会影响到连梁的跨高比和截面尺寸。因此梁承载力超限、连梁截面等现象都违背了设计的标准。我们可以结合很多方法来进行设计, 增强结构层位移延性。

二、影响结构层位移延性的主要因素

延性反应直接关系到建筑结构的抗震设计。延性反应的高低会给地震带来不同程度的影响, 在进行设计之前, 首先要掌握影响结构层位移延性反应的有关因素。一般情况下, 混凝土结构构件可以分为常规的两类:梁和柱。它们的区别在此:混凝土的极限压应变和受压区高度具有很大的差异性。经过多年的建筑经验, 可见延性是受到混凝土的极限压应变和受压区高度两方面的延伸的影响。

比如, 混凝土的极限压应变和受压区高度会随着构件的受拉区钢筋的配筋率高度的提高而增大, 相反它的延性反应会随之降低。另一方面, 混凝土的受压区高度会随着混凝土构件的受压钢筋布置数量的增加而减小, 它的构件的延性也会随之提高。对于偏压的结构构件, 比如柱子的轴压力会提高混凝土构件的受压区的高度, 它的构件的延性会随之降低。可是类似箍筋的建筑中构件, 可以提高混凝土的极限压应变能力, 结构的延性会越来越强。当高强度混凝土中进行手压的时候, 其横向变形系数会比较偏小。

此时, 箍筋的约束作用会受到相应的制约。所以低强度混凝土构件才合适增加箍筋来提高它的延性。另一方面, 箍筋的优势还体现在:有效控制纵向钢筋的变形、在高强度混凝土构件中则不适用于增加箍筋来提高其延性。除此之外, 箍筋还具保持局部的稳定性, 利于提高结构构件的抗侧移能力。

三、保证结构层延性能力的抗震措施

对结构的延性进行科学选择, 利用抗震措施来测试结构是否具有足够的延性能力, 在不同程度的地震中, 实现抗震系统的标准性。全面的抗震措施如下。

(1) 强柱弱梁:在抗弯能力的设置方面, 柱子应该要大于梁的抗弯能力, 就算在比较危险的地震中, 梁端塑性铰会第一时间出现, 塑性会随着最大非线性位移而增大, 接着柱端塑性铰会出现, 塑性会随着最大非线性位移而减小, 或者是基本上不会出现塑性铰, 充分保证框架塑性耗能机构的稳定性以及塑性耗能能力的最大化。

(2) 强剪弱弯:剪切破坏一般都不会具有延性, 局部出现剪切破坏后, 那这个位置就完成失去了结构抗震能力, 要是柱端出现了剪切破坏情况, 甚至还会造成结构的局部或整体倒塌。所以可以最大程度地提高柱端、梁端、节点的组合剪力值, 无论是任何强度的地震中, 其任何构件都不可能出现剪切破坏情况。

(3) 为了防止将刚度折减后会降低连粱受弯或受剪承载力。我们可以采取两种科学的方法预防此现象。首先是增大梁洞口宽度、降低连梁高度, 从而降低连梁的刚度;其次是增大剪力墙厚度来降低连梁的刚度。在连梁的设计中的影响因素是多种多样的, 但是在连梁的设计中的内力和剪力墙的刚度和强度, 都必须遵循“强剪弱弯”的原则, 以提高高层剪力墙的连梁设计水平。把强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件的设计原则灵活地应用到结构层延性的抗震设计之中。通过受弯构件的压力和构件变形的作用, 集中武器爆炸动荷载作用的能量, 从而减轻支座截面中抗剪与柱子的承载能力, 在屈服前结构不会发生剪切破坏, 在屈服后保证充足的延性, 最终形成塑性破坏, 提高结构的整体承载能力。或者是受弯构件应双面配筋, 在承受动荷载作用发挥下, 可能会造成构件坍塌, 所以在节点区要保证充足的抗剪、抗压能力、钢筋锚固长度等。

(4) 材料性能:材料延性在构件延性的确定中起到关键性的作用。为了达到材料的规范性, 它也有相应的讲究。比如:使钢铁的强度比需要更合理, 限制延伸率及混凝土强度等级等方面。对于用来承受拉压外力的材料的选择, 最重要的是考虑构件材料内部对拉压外力引起的反向应力。在目前的建筑业来讲, 钢材是现代建筑中最为理想的构件材料。砖头的抗压能力远远大于抗拉能力, 因此砖头长久以来被用来当做墙体材料和建筑基础。而混凝土是易脆性材料, 只能抗压而不能抗拉, 所以混凝土是在钢筋混凝土技术发明后, 才在现代建筑中被广泛使用。因此, 综合来讲, 钢材、砖头、混凝土和木材, 每一种材料都有其各自的抗拉压能力的优缺点, 所以现代建筑物中, 考虑合理的材料选择, 让建筑构建达到最佳效果。

五、结语

总而言之, 承载能力和设计计算的弹性受力在建筑杭震设计发挥了主体作用, 两者具有相辅相成、紧密相关的特征, 是进行建筑抗震的有效前提。科学合理的建筑抗震设计, 主要是立足于建筑结构层位移延性的抗震设计, 以及采取其它的抗震措施。所以, 作为建筑行业的工作人员, 需要充分认识到建筑结构层位移延性的抗震设计在建筑抗震设计中的重要性, 在建筑抗震设计, 将建筑结构层位移延性的抗震设计水平发挥得淋漓尽致。

参考文献

[1]徐宜, 丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑, 2004 (03) .

[2]CBJII.89, 建筑抗震设计规范[S], 中国建筑工业出版社, 2005.

基于位移抗震设计方法 篇7

1 能力谱方法

静力弹塑性分析基于以下两个基本假定：一是结构的响应与等效的单自由度体系相关，也就是说结构响应仅由其第一振型控制；二是在整个地震反应过程中，结构的形状向量保持不变。SAP2000提供的能力谱方法实施步骤如下。

1.1 对结构进行单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析，得到结构基底剪力-顶点位移关系。

1.2 将基地剪力-顶点位移曲线转化为谱加速度Sa和谱位移Sd的关系曲线（即能力谱曲线）。根据前述假定, 对于不很高的结构，地震反应以第一振型为主，可用等效单自由度体系代替原结构。

1.3 建立需求谱曲线。将单自由度弹性体系的阻尼比为5%的反应谱曲线 (Sa～T格式) 转化为弹性需求谱 (Sa～Sd格式) 。在弹性需求谱的基础上, 通过考虑等效阻尼比ξe或延性比μ的方法得到折减的弹塑性需求谱。

1.4 将这两条曲线在同一坐标下进行叠加，叠加的结果可能有两种情况，一种情况是两条曲线没有交点，这说明所分析的结构无法抵卸给定地震的作用，在地震作用达到最大值之前就已经破坏了；另一种情况是两曲线相交，此交点可定义为反应的特征点（即性能点），将其所对应的谱位移转化为结构的顶点位移, 根据其在原结构基底剪力-顶点位移曲线上的位置, 可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率及侧移等, 综合评价结构的抗震能力。

2 框架结构能量反应方程

采用时程分析法同时分析框架结构的能量反应，对于多自由度体系框架结构地震能量反应运动微分方程为：

对（1）式两端同时前乘{dx}T={x觶 (t) }Tdt，并在从0到t的整个时程上积分，可得：

式中，分别为多自由度体系的总输入能，动能，阻尼耗能以及滞回耗能和弹性应变能之和；分别表示多自由度体系的相对位移，相对速度和相对加速度反应。其中结构的滞回耗能公式为：

3 计算实例

3.1 建立模型

为讨论混凝土框架在地震作用下的位移和能量反应，用SAP2000分别设计了7度和8度地震作用下的5层混凝土框架结构，底层层高3.9米，其余层高均为3.3米。总高度为17.1米。柱距为5.4米。梁截面为300*600mm，边柱尺寸为400*400mm，中柱尺寸为450*450mm。二类场地，分组为第1组，故特征周期Tg=0.35。活荷载取值为：楼面活荷载为3.5KN/M2，屋面活荷载为1.5KN/M2。结构基本基本周期均为0.79s。

3.2 能力谱方法及分析结果

本文采用基于FEMA356表9.6、9.7和9.12定义的塑性铰。对于梁单元, 仅考虑弯矩屈服产生塑性铰, 即定义为程序中的M3；对柱单元, 考虑由轴力和双向弯矩相关作用产生塑性铰, 即定义为PMM。塑性铰设在梁、柱杆件的两端。选取倒三角形水平加载模式，采用软件的Pushover方法分析得到框架结构的顶点位移（目标位移）分别为：7度设时为6.215cm;8度设防时为10.0723cm。将此位移值设为目标位移，分别再进行Pushover分析，仍采用用倒三角形逐级加载，当结构顶点位移达到目标位移值时，停止加载。框架结构各层位移如图1所示。

3.3 时程分析法分析结果

为与能力谱法分析结果对比，采用时程分析法对所设计的2个5层混凝土框架在地震作用下的位移和能量反应进行分析。时程分析法是目前认为最准确的地震反应分析方法，但是时程分析法的精确性还与结构模型的选取、构件滞回模型的选取、以及输入地震动的选取等因素密切相关。为对比不同波的影响，选用短持时脉冲型、中等持时多频谱型和长持时型三种类型的地震波。分别为USA00074地震波（短持时），USA01055地震波（中持时）和USA02359地震波（长持时）。

由前文的框架结构能量反应方程，分析得到2个框架的位移和滞回耗能总量结果如表1所示。框架结构在几条波作用下出铰图如图2所示（图中的数字是出铰时地震波输入的时间，限于篇幅，仅列出两个出铰图。）

4 分析结果对比讨论

根据《建筑抗震设计规范》第5.5.5条：多高层结构薄弱层（部位）弹塑性层间位移限值为150层高。即算例的1层和2-4层的位移限值分别为7.8cm和6.6cm。通过三条地震波罕遇地震下的非线性时程分析和Pushover分析可以得到最薄弱部位的弹塑性变形（见图1），算例框架的弹塑性变形均小于规范规定的位移限值，即从位移的角度看，所设计混凝土框架结构在设防烈度为7度或8度时都是安全的。虽然时程分析和Pushover分析出结构顶点位移和基地剪力差不多，但是，从时程分析的框架出铰图可以看出，冲击型地面运动USA00074在几秒内就出了塑性铰，且结构的出铰几乎在同一时间，由于这类地震结束早，再给结构的累积损伤不大。但是长持时地面运动USA02359作用下，前十秒出完了塑性铰后，还有不断的循环往复运动，结构构件的变形可由于累积损伤而加剧，结构通过塑性变形耗散地面运动的能量，滞回耗能量较大，这在混凝土结构抗震分析中是不可忽视的因素。

参考文献

[1]北京金土木软件技术有限公司, 中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南[M].北京:人民交通出版社, 2006:4602474.

[2]Federal Emergency Management Agency.FEMA356, 2000, Prestandard and com-mentary for the seismic rehabilitation ofbuildings[S].

[3]王亚勇等, 建筑结构时程分析法输入地震波的研究, 建筑结构学报, 1991年第2期.

基于性能的抗震设计方法研究 篇8

地震造成的损失巨大, 给社会的经济和人们的心理都带来了很大的负面效应, 超出了人们所能接受的能力。“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标, 虽保障了人的生命安全, 但随着人口城市化进程的加快和科学技术发展的今天, 已不再是一种完美的设计理念。

基于对上述问题的深刻反思, 美国学者Bertero在20世纪90年代初期, 首先提出了基于性能的抗震设计理论的新概念。这个理念的提出, 得到了各国学者的广泛关注和兴趣。并展开了多方面的研究。目前, 美国、新西兰、日本和欧洲等国家都把基于性能的抗震设计理论作为改进抗震设计方法、完善抗震设计规范的重要研究课题。

基于性能的抗震设计理论实际上是一个总体设计思想, 主要指结构在受到不同水平地震 (不同概率地震) 作用下的性能达到一组预期的性能目标。这一理论的提出, 是结构抗震设计思想的一次重大变革, 它使抗震设防目标由传统的以生命安全为单一设防目标转为综合考虑生命安全与财产损失两方面的具体要求, 强调了“个性”设计。目前, 普遍的观点认为, 基于性能的抗震设计理论主要包括以下内容:确定设防水准, 划分结构的性能水平, 选择合适的性能目标确定抗震的性能准则, 研究抗震性能的分析方法, 研究基于抗震性能的设计方法, 制定基于性能的抗震设计规范。

1 基于性能的抗震设计方法

基于位移抗震设计方法

为实现性能抗震设计思想, 可以借助多种方法, 如传统的基于强度的设计方法、基于位移、能量、损伤的设计方法等。但就目前的研究水平而言, 把性能设计应用到实际设计中主要有两种方法[1,2], 分别是基于强度的抗震设计方法和基于位移的抗震设计方法。

与传统的设计相比, 基于性能的抗震设计方法从根本上改变了设计过程。主要不同是:这种设计思想直接以目标位移作为设计变量。采用基于位移的抗震设计方法, 可以在结构设计初始就明确结构的性能设计水平, 并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平, 而不是传统设计时给出一个限值。采用结构对应的最大位移进行变形设计, 这与结构实际情况更为相符。

基于性能的抗震设计是指:根据结构的重要性和用途, 提出不同的抗震设防水准和预期的性能目标, 使设计的结构在未来地震中具备预期功能, 从而使结构在整个生命期内, 在遭遇可能发生的地震作用下, 总的费用达到最小。当前, 国内外对基于性能的抗震设计开展的研究工作主要集中在以下几个方面:

1) 多级抗震设防水准的确定

抗震设防水准是指工程设计中, 根据工程所在的地震环境和已定的设防目标, 并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数, 或者说应采用多大的强度作为防御的对象[3,4]。基于性能的抗震设计要求能预期结构在未来可能发生的地震作用下的抗震性能, 即在抗震设防水准和性能水准之间建立起某种对应关系, 因此, 抗震设防水准的确定在基于性能的抗震设计中占有重要地位。

2) 多级抗震性能水准的确定

性能水准, 是指结构在某一特定抗震设防水准下预期破坏的最大程度。基于性能的抗震设计趋势是将结构构件、非结构构件等多种因素考虑进去, 结构、非结构构件的破坏及其起的后果都被认为是性能水准。由此划分的抗震性能水准要更具体细致, 使人们的选择范围更灵活。

3) 可行的结构设计与分析方法

基于性能的抗震设计要求建立适合于在多级抗震设防水准下实现多级性能水准的结构设计与分析方法。

性能水准有两种彼此关联的表示方式:一种是定性的描述, 另一种是定量的描述。前者主要针对非专业人员, 如关于破坏程度、运营情况等的描述;后者主要针对专业人员, 用于设计、维修、评估等, 采用的指标通常为位移、延性系数等。

基于性能的抗震设计思想是一种基于投资和效益平衡的多级抗震设防思想, 即要求在不同水准的地震作用下, 根据结构的重要性、用途或业主的要求确定。同传统的抗震设计思想相比, 基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点:

1) 性能目标的多级性, 即在不同的地震设防水准下, 结构应满足不同等级的性能要求;对重要的结构, 其性能目标要高于一般结构。

2) 性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中, 可以在满足规范的前提下, 根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求, 由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。这样, 不仅可以满足不同业主提出的设计要求, 发挥研究者、设计者的创造性, 同时也有利于新材料和新技术的应用。

3) 结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中, 在设计初始就明确结构的性能目标, 并且使通过设计, 使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标, 因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。

结构抗震性能目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。结构抗震性能目标的建立需要综合考虑结构本身和社会效应的诸多因素。Vision2000委员会建议将结构抗震性能目标分为三个等级:基本设防目标、重要设防目标和特别设防目标。基本设防目标是一般建筑设防的最低标准;重要设防目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑设防的最低标准;特别设防目标是含核材料等特别危险物质的特别重要的建筑的最低设防标准。

2 结论

基于性能的抗震设计理论的研究是一项有重要意义的课题, 它的研究与发展有待国内外土木工程界和地震工程学界的共同努力。目前需要研究的问题有:

(1) 对结构性态进行准确的评估;

(2) 结构性态的明确说明;

(3) 新型结构和特殊结构 (如隔震或耗能减震结构) 的基于性态设计的研究。

参考文献

[1]Priestley M.J.N.Performance based seismic design12th Word Conference on Earthquake Engineering, Auckland, 2000, Paper No.2831[Z].

[2]Fajfar, P.krawinkler, Helmut.Seismic design methodologies for the next generation of codes:Proeeedings of the Intemational Workshop on Seismic Design Methodologies for the Next Generation of codes[Z].Bled, Slovenia, June1997.

[3]张新培.基于性能的抗震结构设计理论的若干进展[J].四川建筑科学研究, 2001 (1) :34-35.