建筑結(jié)構(gòu)不同抗震設(shè)計(jì)方法的對(duì)比管窺

摘 要：近幾年，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法方面的研究取得了重大突破，多種新的抗震設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想涌現(xiàn)出來(lái)，尤其是基于性能抗震設(shè)計(jì)方法。但是這些方法與現(xiàn)行規(guī)范的抗震設(shè)計(jì)方法的對(duì)比還不夠深入，需要進(jìn)一步研究各種抗震方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果。本文將對(duì)建筑結(jié)構(gòu)不同抗震設(shè)計(jì)方法的對(duì)比進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì)方法;對(duì)比分析

目前，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)具備了基于性能抗震設(shè)計(jì)的雛形，但是還不夠靈活，對(duì)抗震性能控制不明確，而基于性能的抗震設(shè)計(jì)能有效地解決這些問(wèn)題，其具有良好的發(fā)展前景。

一、基于性能抗震設(shè)計(jì)和現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想比較

世界各國(guó)基本都是按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的思想，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。雖然設(shè)置了三個(gè)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，但是在實(shí)踐中，都是按照單一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并對(duì)位移限制進(jìn)行控制。不同設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)性能與地震損失程度模糊不清，實(shí)際抗震效果是保證在大震情況下，建筑不倒塌，無(wú)法準(zhǔn)確控制不同水準(zhǔn)地震造成的破壞程度以及經(jīng)濟(jì)損失。

二、抗震設(shè)防目標(biāo)的比較

（一）設(shè)計(jì)地震作用水準(zhǔn)

設(shè)計(jì)地震作用水準(zhǔn)，能夠了解不同地震災(zāi)害程度、建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)施的性能。在確定地震作用水準(zhǔn)時(shí)，需要考慮震中距、地區(qū)震級(jí)、地震重現(xiàn)期和出現(xiàn)概率等因素。

我國(guó)多遇烈度地震和罕遇烈度地震的設(shè)防地震水準(zhǔn)名義上是按照50年內(nèi)63.5%和2%--3%考慮，但與實(shí)際存在一定出入。實(shí)際上，我國(guó)是以和中震烈度相差-1.55度和1度來(lái)定義小震大震烈度，是以基本地震為標(biāo)準(zhǔn)，再乘以一個(gè)固定常數(shù)系數(shù)得到。因此，我國(guó)各地小震和大震的地震重現(xiàn)率或者超越概率不同，所以地區(qū)50年內(nèi)發(fā)生的超越概率63.5%的地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能是不同的。

基于性能抗震設(shè)計(jì)的劃分水平如表2，比較分析得出，水準(zhǔn)一、三、五代表“小”、“中”、“大”震水平，再細(xì)分就有了水準(zhǔn)二、四，這樣劃分便于理解多級(jí)地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、不同控制水平下，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞程度。對(duì)應(yīng)每個(gè)地震設(shè)防水準(zhǔn)，能確定的參數(shù)只有地震加速度。比如，VISION2000的設(shè)計(jì)地震水準(zhǔn)包括地面震動(dòng)、滑坡、場(chǎng)地液化以及沉降等特征。

（二）抗震性能水平

結(jié)構(gòu)地震性能水準(zhǔn)表示在某一地震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)下預(yù)期結(jié)構(gòu)的最大破壞程度，非結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞及其造成的后果。從人員安全性、結(jié)構(gòu)功能性和結(jié)構(gòu)易損性三個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行描述。在定義地震性能時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)類型、修復(fù)使用、橫向和豎向承載構(gòu)件、結(jié)構(gòu)體系、設(shè)備和裝修以及結(jié)構(gòu)變形等因素，將地震性能表述為量化指標(biāo)，便于設(shè)計(jì)和評(píng)估建筑工程。我國(guó)規(guī)范中明確規(guī)定，可以用“不壞”、“可修”、“不倒”來(lái)描述在地震作用下結(jié)構(gòu)性能水平?！靶≌稹北硎静皇軗p或者不需修理可繼續(xù)修理的水平;“中震”表示輕度損壞，修理后能繼續(xù)使用;“大震”表示不致倒塌或者危害生命的嚴(yán)重破壞。這種提法對(duì)性能水平的描述不夠具體，性能水平界定模糊，因此，在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，很難對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能實(shí)施嚴(yán)格控制。目前，用哪種結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)劃分抗震性能水平還未形成統(tǒng)一共識(shí)，有人認(rèn)為可以根據(jù)層間位移角來(lái)劃分抗震性能水平，有人認(rèn)為可以根據(jù)能量和位移雙重參數(shù)來(lái)劃分抗震性能水平。結(jié)構(gòu)性能控制參數(shù)不同，結(jié)構(gòu)性能計(jì)算方法和衡量參數(shù)也不同。

（三）抗震措施比較

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，在制定構(gòu)件截面抗震措施時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)類型、地震烈度、房屋高度、重要性以及場(chǎng)地類別等因素，合理控制結(jié)構(gòu)抗震性能水平的宏觀定性，不需對(duì)結(jié)構(gòu)性能和損失程度進(jìn)行描述。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照規(guī)范制定抗震措施，不需要考慮地震時(shí)結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)。這種做法的合理性和經(jīng)濟(jì)性較低。

基于性能的抗震設(shè)計(jì)將地震作用下結(jié)構(gòu)變形需求以及抗震措施結(jié)合起來(lái)，對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行變形能力設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的變形能力和耗能能力與預(yù)期性能水平保持一致，達(dá)到目標(biāo)性能水平。這種設(shè)計(jì)方法將抗震措施和結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)結(jié)合起來(lái)，要求設(shè)計(jì)人員制定有效的抗震措施，保證達(dá)到預(yù)期抗震性能，對(duì)結(jié)構(gòu)地震后的反應(yīng)過(guò)程分析比較清楚，使抗震措施設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，考慮了性能目標(biāo)因素。

（四）可靠性理論在現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)和基于性能抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，采用可靠性理論，能妥善處理地震作用時(shí)間、結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度以及空間強(qiáng)隨機(jī)性等不確定因素。目前，我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在設(shè)計(jì)構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)，運(yùn)用了可靠性理論。雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中未直接運(yùn)用可靠性理論，但是表達(dá)式分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)是以可靠性理論為依據(jù)。不過(guò)可靠性理論的應(yīng)用局限在結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次上，根據(jù)分項(xiàng)系數(shù)分析不確定性設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)可靠度分布在較大范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)水平模糊不清。

三、總結(jié)

綜上所述，對(duì)于一般場(chǎng)地條件下較規(guī)則的普通框架結(jié)構(gòu)，按照我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)能夠充分滿足大震、小震位移限值要求，也能滿足三個(gè)地震性能水準(zhǔn)要求。基于性能抗震設(shè)計(jì)方法是根據(jù)地震性能水準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比較靈活，能全面把握在地震作用下結(jié)構(gòu)性能。在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，側(cè)移模式的假設(shè)、結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的制定、位移延性系數(shù)的選擇等因素都影響著設(shè)計(jì)地震作用的確定，從而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)性能進(jìn)行精確控制，因此，可以將基于性能的抗震設(shè)計(jì)引入到我國(guó)規(guī)范抗震設(shè)計(jì)中。

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