高层结构抗震性能设计方法研究现状.pdf

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1、DOI：lO．3969／j．issn．1672—4011．2013．01．031高层结构抗震性能设计方法研究现状何巡军(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610041)摘要：基于性能的结构设计是抗震设计的发展趋势，各国科研工作者在这方面做了大量工作。本文对基于性能的结构设计方法进行了评述，并比较了几种性能设计方法的特点，进一步指出结构抗震性能设计理论需解决的问题。关键词：抗震性能，能力谱，位移影响系数法中图分类号：TU352文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)01—0067—02O前言当前世界各国在进行结构抗震设计时多是采用二级或三级抗震设计思路，即采用“小

2、震小坏、中震可修、大震小倒”三个设防水准，按照此种设计思想设计的绝大多数建筑物在遭遇到破坏性地震作用时，建筑物基本小倒塌，能够保障人们的生命安全。但是由于建筑物在地震作用下损伤较为严重，特别是一些较为重要的建筑，其经济方面的损失往往超过了社会和业主所能承受的范围。例如1989年美国加州k毗Pirta地震、1994年美国加州N0rtllridge地震和1995年日木的阪神地震都造成了数百亿美元的经济损失，使人们无法接受¨-4】。近年来国际上提出了基于结构性能的抗震设计理论(Pe而m锄ce—b蛳dsei$面cdes轴，简称PBSD)，其基本思想是以结构抗震性能分析为基础，针对每一种设防

3、水准(如50&超越概率为63．2％，10％和2％的地震动)，将结构的抗震性能划分成不同等级(如性能完好，性能连续，保证安全，近于倒塌等)，采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计，使结构在各种地震水平作用下所造成的破坏程度，是业主所选择并能够承受的。近年来大量的学者对高层结构的抗震性能设计方法进行了大量的研究∞“J。1高层建筑特点高层建筑是相对多层而言，划分高层建筑与多层建筑的标准目前没有统一，不同国家在不同时期其划分标准也不一样。但是基本上均采用建筑物的高度和楼层数量两个指标。与多层建筑结构相比，高层建筑结构的设计具有如下特点：①水平荷载成为设计决定因素；②侧移成为设计

4、的控制指标；③轴向变形的影响在设计中不容忽视；④延性成为结构设计的重要指标。2结构抗震性能设计方法基于性能设计的基本思想就是使所设计的工程结构在使用期间满足各种预定的性能目标要求，而具体性能要求可根据建筑物和结构的重要性确定。对于结构工程师来说，可明确描述结构性能状态的物理量主要有：力、位移(刚度)、速度、加速度、能量和损伤。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

5、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常采用简化的方法，这些方法主要有：P憾h．over分析方法、能力谱方法、位移影响系数法和N2方法等。2．1P岫h—over分析方法P璐h—over：分析方法(又叫推覆分析方法)是进行结构在侧向单调加载下的静力弹塑性分析，即在结构分析模型上施加按某种方法模拟地震水平惯性力作用的侧向力并逐渐单调加大，使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至倒塌破坏。这样可以分析结构的内力、承载力、变形特性和能量耗散及相互关系，了解塑性铰出现的顺序和位置以及可能出现的薄弱环节等。Push—over分析

6、方法不是新方法，但是它在基于性能的抗震设计理论和方法中受到很大的关注，它是实现基于性能的抗震设计的关键之一。P岫h—over分析方法可以对结构的整体抗震性能进行评估，然而，单纯的陆h—aver方法不能确定结构在某一特定地震作用下的响应，它必须首先与其它方法结合求得结构在设计地震作用下的结构目标位移，才能对设计地震作用下结构的抗震能力进行具体评估。乞2能力谱方法能力谱方法(c印aci哆Spectr岫Metl砌)是一种以P璐h—over分析方法和反应谱相结合的简化分析方法。这种方法首先通过对结构进行P啮h—over分析得到结构基底剪力一顶点位移关系曲线，将该曲线转换得到等价单自由度体系

7、的谱加速度一谱位移关系曲线(能力谱)，再结合地震需求谱来求结构在设计地震作用下结构反应的目标性能点，然后再对结构进行第二次P璐h—over分析，使结构达到目标性能点，由此来估计结构在设计地震作用下的弹塑性反应，这里的地震需求谱是根据单自由度体系在有效阻尼下拟加速度反应谱转换得来的，能力谱方法的原理和具体做法在ATC～40里有比较详细的介绍。能力谱方法的实质是目前采用的基于力的设计方法加位移、变形的校核，它也被认为是PIlsh—o、rer分析方法的重要发展。2．3位移影