淺談現(xiàn)代建筑結構設計抗震設計方法研究

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摘要：現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，抗震設計不僅要防止建筑物倒塌破壞，還需要根據(jù)建筑物的用途和重要性有效控制其破壞狀態(tài)。這就對抗震設防目標提出了多級化要求。本文介紹了多個抗震設計，并對這些設計進行了比較。 

關鍵詞：建筑結構；抗震設計；發(fā)展與展望  abstract: the modern society continue develop, seismic design should not only prevent building collapse, also requires the use of the building and the importance of effective control of the destruction state. the seismic fortification goal put forward multi-level requirements. this paper introduces a plurality of seismic design, and the designs are compared.  key words: building structure; seismic design; development and prospect  中圖分類號：tu318文獻標識碼：a 文章編號：  引言  就目前而言，建筑結構的地震反應可以用不同的變量來體現(xiàn)，具體在抗震設計過程中采用何種設計變量則要根據(jù)結構自身類型、地震反應特性、地震破壞模式等因素綜合考慮。依據(jù)結構抗震設計變量的不同對結構抗震設計方法進行分類，大致可分為基于承載力的抗震設計法、基于位移的抗震設計方法、基于能量的抗震設計方法和基于損傷的抗震設計方法。  1、分析現(xiàn)代建筑結構抗震設計方法  1.1 基于承載力的結構抗震設計  基于承載力的抗震設計，建立在靜力分析理論之上，以慣性力的形式來反映地震作用，并按彈性方法來計算結構地震作用效應的大小、進行結構彈性位移驗算，把結構構件的強度是否達到特定的極限狀態(tài)作為結構失效的準則。  1.1.1 設計地震作用的確定  在基于承載力的結構抗震設計方法中，設計地震作用取值由設防烈度的地面運動有效峰值加速度考慮放大效應和地震作用效應降低系數(shù)的綜合影響后得來的，可以用如下公式表示：f = kβig/r  式中：f—建筑結構總水平地震作用；  k—地震系數(shù)(不同地震分區(qū)所取的相當于設防烈度水準的地面運動有效峰值加速度或地面運動峰值加速度與重力加速度的比值，它反映了不同地區(qū)設防烈度地震的強弱)；β —動力放大系數(shù)(對應于不同周期的結構反應峰值加速度與地面運動有效峰值加速度或峰值加速度比值的擬合值，它反映了不同周期體系對地震作用的動力放大效應)；  i—建筑重要性系數(shù)；  r—地震作用降低系數(shù)；  g—結構重力荷載代表值（取恒載和可能與設計地震作用同時出現(xiàn)的活載之和）地震系數(shù)k 反映的是不同地區(qū)設防烈度地震的強弱，根據(jù)各地區(qū)不同的地震危險性將其細分為不同地震區(qū)域，并對每個地區(qū)根據(jù)統(tǒng)計結果按475 年重現(xiàn)期給出其地震系數(shù)。動力放大系數(shù)β 反映了不同周期彈性單自由度體系的動力放大效應。  1.2 基于能量的結構抗震設計  1.2.1 基于能量的抗震設計方法概述  由于能量分析的復雜性，基于能量抗震設計方法能夠考慮結構滯回變形對結構破壞影響的這一特點對于實現(xiàn)基于性能的抗震設計理念很有意義，因此基于能量的抗震設計方法的研究對實現(xiàn)基于性能的抗震設計理念的進一步發(fā)展非常重要，成為了改進傳統(tǒng)抗震設計方法的重要發(fā)展方向。  1.3 基于損傷的結構抗震設計  1.3.1 基于損傷的結構抗震設計的方法概述  由于損傷指數(shù)的計算以結構累積滯回耗能的計算為基礎，而累積滯回耗能計算正是結構能量分析中的重點，所以也可以將基于損傷的設計方法視為能量法結合了性能設計思想的延伸應用方法?；趽p傷的抗震設計就是反映結構損傷程度的損傷指數(shù)作為設計指標，選取適當?shù)牡卣饟p傷模型計算出結構的損傷指數(shù)，驗算其是否滿足預定的損傷性能目標。  1.4 基于位移的結構抗震設計  1.4.1 基于位移的結構抗震設計概述  根據(jù)設計思路的不同，基于位移的結構抗震設計大致可分為三種方法：按延性系數(shù)設計方法、能力譜法、直接基于位移的設計方法。他們之間的差別在于：直接位移法和控制延性方法是依據(jù)位移目標進行結構設計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗算方法。  1.4.2 基于位移的結構抗震設計有待進一步解決的問題  ① 按延性要求設計的方法、能力譜法和直接基于位移的方法都是用靜力方法去解決在地震作用下的結構設計問題，沒有考慮諸如地震持續(xù)時間、結構往復彈塑性變形和累積耗能等因素的影響。  ② 更深入地研究表征結構性能狀態(tài)的破損指標與結構位移的關系，有可能為確定結構的目標位移提供更完善和簡便的方法。  ③ 對能夠應用于實際工程抗震設計的位移反應譜尤其是彈塑性位移反應譜的研究還有大量工作要做。  ④ 基于位移的抗震設計中采用的靜力彈塑性分析方法存在著如何選取合適的水平力分布模式和位移分布模式等問題。  1.5基于性能的結構抗震設計  1.5.1 基于結構性能抗震設計的研究現(xiàn)狀和應用前景  基于結構性能的抗震設計理論尚不成熟，要廣泛應用于設計還存在一定的困難，尚需對以下問題展開研究：  ① 在地震危險性方面，要實現(xiàn)由烈度向地震動參數(shù)區(qū)劃的過渡，按重現(xiàn)期或超越概率重新定義地震危險性水平。  ② 在結構性能方面，以結構性能為基礎提出抗震設防水準，定義不同結構的性能目標。對于結構“不壞”、“可修”、“不倒”等模糊的定義，采用量化數(shù)據(jù)或具體化的定性數(shù)據(jù)來描述，例如對結構和非結構構件破壞的數(shù)量和程度等。  ③ 研究和建立結構功能失效標準和結構破壞標準，將目前的以分項系數(shù)表述的極限狀態(tài)表達式過渡到以可靠度指標來描述。  2、比較結構抗震的設計方法  2.1 抗震抗震性能水平  結構抗震性能水準表示結構在特定的某一地震設計水準下預期破壞的最大程度，結構和非結構構件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結構易損性、結構功能性和人員安全性來表達。對于不同等級的抗震性能，都應根據(jù)結構類型、結構體系、豎向和橫向承載構件、結構變形等方面加以定義，應該表達為量化指標，以便工程設計和評估。我國規(guī)范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實就是對結構在地震作用下的性能水平的描述，具體敘述為“小震”對應一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用水平；“中震”對應可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用；“大震”對應不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。這一提法已經(jīng)包含了一定的性能設計思想，只是對性能水平的描述比較模糊，水平之間的界定不明確，在實際設計中很難實現(xiàn)對結構性能的有效控制。  2.2 結構的抗震性能目標  結構的抗震性能目標是指建筑物在各設計地震水準下期望達到的相應性態(tài)水準集合。三級性能目標與按重要性劃分的三類建筑一一對應，取每級地震作用水準下的最低性能要求組合作為該類結構的規(guī)定最低性能水準目標。在一個或多個設計地震作用水準上選擇更高的性能目標，雖然在一定程度上會提高建筑造價，卻能減免以后可能會產(chǎn)生的損失。這種性能目標的制定方式充分體現(xiàn)了基于性能抗震設計的自主性和靈活性。  3、展望  抗震設計方法理論是一個非常龐大和復雜的課題，本文對這一理論的研究由于時間和能力的有限還不夠深入和細致。在未來的研究中，還有許多方面需要進一步的探討：  ① 在對不同抗震設計方法里設計地震作用水準的確定和劃分的進行比較時還應該對其所采用的地震危險性分析方法和地震動參數(shù)分區(qū)劃分情況等方面進行分析和比較。  ② 對取不同設計參數(shù)來進行設計的抗震方法待研究進一步成熟完善之后，應當就破壞準則、地震破壞模型以及各自實際設計應用中的控制效果進行更為詳細深入的實例比較。  ③ 對不同抗震設計方法的比較還處于設計目標和分析方法比較的階段，今后還應擴展到對結構的整個生命周期的使用效果和投資效益比較，以綜合權衡各方法的長處與缺陷。  參 考 文 獻  [1] 龔思禮等.建筑抗震設計[m].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.  [2] 王振宇,劉晶波.建筑結構地震損傷評估的研究進展[j].世界地震工程,2001,17  (3):31-35.  [3]張新培. 基于性能的抗震結構設計理論的若干進展[j]. 四川建筑科學 究,2001,27(1):34-35