基于pushover方法的框架结构抗震性能评价分析

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1、1绪论1.1引言建筑结构的抗震要求是具有足够的刚度和承载能力以抵抗小震，具有足够的变形和耗能能力以抵抗大震。震害、实验和理论分析都表明，变形能力不足和耗能能力不足是结构在大震下倒塌的主要原因。目前国内外现行抗震设计规范均采用基于承载力的抗震设计，基于承载力的抗震设计不能预测结构屈服后的变形能力及在大震时的实际行为。基于性能/位移的抗震设计要求结构在未来不同强度水平的地震力作用下达到预期的性能指标。近10年来世界各国发生的大地震，特别是1994年美国的Northbridge地震和1995年的日本Kobe大地震震害表明：按现行抗震规范设计的结构总体上保证了

2、大震不倒的安全目标，但是地震造成的结构损伤严重，经济损失巨大，引起了世界土木工程界的重视。为了提高结构的抗震性能，九十年代初，美日学者提出了基于性能的抗震设计思[1]想，由于这一问题的复杂性和开放性，迄今为止基于性能的抗震设计仍然处于框架结构阶段，许多技术问题需要进一步研究解决，包括性能水准、非结构构件以及性能目标的量化等等。其中性能目标的量化可以有多种形式，诸如位移、能量或损伤目标等。静力弹塑性分析，即Pushover方法作为一种新兴的评估结构抗震能力的方法，在工程界得到了越来越广泛的关注和应用，但目前对于这种静力的方法去预测结构的动力反应，其可靠性

3、如何一直是许多学者所关注的问题，而且对于现有的几种Pushover分析方法的优劣与适用性也没有给出综合的评价。因此，很有必要结合实际工程实例进行其可靠性的具体分析，并找出其适用范围，如果能实现这一目标，对于Pushover方法的发展将会有一定的推动作用。[2]本文采用灌入了包括美国、中国规范在内的多国规范的国际通用软件ETABS1对一幢10层的钢框架结构进行Pushover分析。ETABS进行Pushover分析主要基于[3][4][5]ATC-40、FEMA273及FEMA274。ETABS分析软件集建模、分析、设计等强大功能于一体，具有建模速度快、

4、分析快速准确高效等优势，这是国内外一般的分析软件所不能比拟的。可以预测，在成功的引入中国规范后，ETABS将会在中国工程界得到越来越广泛的应用。1.2基于性能/位移的抗震设计方法研究现状传统的抗震设计方法是基于承载力的，目前国内外现行建筑抗震设计规范均采用基于力的抗震设计。1.2.1基于承载力的抗震设计方法目前在工程抗震设计法中，最常用的设计方法主要有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法等。其各自的特点和适用条件如下：1）底部剪力法底部剪力法其实质是将结构等效为单自由度体系，通过加速度反应谱将地震惯性力处理成等效水平地震荷载，按x、y两个方向分别计

5、算地震作用。它只考虑结构的基本振型，适用于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。用底部剪力法计算地震作用时，将多自由度等效为单自由度体系，只考虑结构的基本自振周期计算总水平地震力，然后再按一定规律分配到各个楼层，此法只[6]适用于简单的结构体系。2）振型分解反应谱法较高的结构除基本振型的影响外，高振型的影响也比较大，因此一般高层建筑都要用振型分解反应谱法考虑多个振型的组合效应。在组合前要分别计算每个振型的水平地震作用及其效应，然后进行内力与位移的振型组合。因为总是前几个振型起主要作用，在工程设计中只需要用有限个振型来计算

6、内力和位移。规范规定，如果有限个振型参与的等效重量达到总重量的90%，就已经足够精确了。对于平面结构，其振型组合一般采用平方和平方根法（SRSS方法），对空间结构一般采用完全二次方程法2（CQC法）进行组合。采用振型分解反应谱法由于考虑了地面运动的强弱、结构场地土的性质以及结构动力特性对地震力的影响，故能近似反应结构的抗震性能，因此得到了广泛的应用。3）时程分析法当结构的刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑，7度和8度Ⅰ、Ⅱ类场地、高度超过100m以及8度Ⅲ、Ⅳ类场地、高度超过80m和9度高度超过60m的房屋建筑，宜采用弹性时程分析法作补充计算。时

7、程分析法是一种直接的动力分析方法。它通过动力方法计算得到时程波作用的各时刻各个质点的位移、速度、加速度以及各构件的内力，反映地面运动的方向、特性及持续作用的影响。从理论上讲，时程分析方法比反应谱法更为先进，但由于时程分析方法技术复杂、计算耗费机时、结果处理繁杂，且许多问题在理论上还有待改进各国规范有关时程分析的规定又缺乏可操作性,因此并没有得到广泛的应用,通常只限于理论研究中，且由于计算量大及地面运动的不易预测，目前只是作为反应谱法的补充和校核。1.2.2基于性能/位移的抗震设计方法鉴于承载力的抗震设计不能预估结构屈服后的变形能力及在大震时的实际行为，

8、九十年代初美日学者提出了基于性能/位移的抗震设计，即静力弹塑性分析方法。美国应用技术委员会AT