基于性能的抗震设计理论与方法

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1、基于结构性能的抗震设计理论与方法1.1问题的提出1.1.1现行规范的抗震设计方法基本原理：基于力的设计方法存在问题l设防目标单一：主要是保证结构安全l不能有效地控制地震造成的损失1999年土耳其IzmitM7.4死1.5亡万余人，伤2万余人1989年美国LomaPrietaM7.1伤亡数百人，经济损失为150亿美元1994年美国NorthridgeM6.7伤亡57人，经济损失为170亿美元1995年日本阪神M7.1死亡5500多人，经济损失达到创纪录的1000亿美元，震后的基本恢复重建工作花费2年，耗资近1000亿美元；1999年我国台湾集镇M

2、7.3死亡2405人，伤11306人，经济损失近100亿美元1.1.2抗震设计新理论基本原理：基于性能的抗震设计理论(PerformanceBasedSeismicDesign)基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出，按此理论设计的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。发展现状基于性能的抗震设计作为一种更合理的设计理念，代表了未来结构抗震设计的发展方向，引起了各国广泛的重视。美国美国应用技术委员会ATC-33(1992)率先将基于位移的设计思想引入在用结构的抗震加固；美国联邦紧急管理厅资助的国家地震减灾项目NEHRP

3、提出了在用结构基于位移的抗震评估及加固方法，于1997年出版了《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)；ATC-40(1996)和加州结构工程师协会1995年公布的SEAOC2000都引入了基于位移的抗震设计方法；美国国际规范委员会(ICC)1997年出版的《国际建筑规范2000(草案)》[IBC2000(Draft)]强调了与结构位移设计有关的内容。2003年美国ICC(InternationalCodeCouncil)发布了《建筑物及设施的性能规范》日本1995年开始进行了为期3年的“建筑结构的新设计框架开发”研究项目，并在研究报告“

4、基于性能的建筑结构设计”中总结了研究成果。2000年6月实行了新的基于性能的建筑基准法(BuildingStandardLaw)。欧洲1998年欧洲CEB出版《钢筋混凝土结构控制弹塑性反应的抗震设计：设计概念及规范的新进展》，提出了用基于位移的方法评估在用结构的抗震性能和进行抗震加固设计，将构件塑性铰区的曲率转化为对混凝土极限压应变的要求，以此设计塑性铰区的约束箍筋，避免纵筋压屈并保证混凝土有能力达到要求的极限压应变。欧洲混凝土协会(CEB)于2003年出版了“钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计”报告。澳大利亚则在基于性能设计的整体框架以及建

5、筑防火性能设计等方面做了许多研究,提出了相应的建筑规范(BCA1996)。中国国家自然科学基金“八五”重大项目“城市与工程减灾基础研究”的有关专题就开始涉及到这方面的研究。国家自然科学基金“九五”重大项目“大型复杂结构体系的关键科学问题和设计理论”的一些专题包含了这方面的部分内容。中国建筑科学研究院工程抗震研究所联合国内部分高校和研究所开展了“我国2000年工程抗震设计模式规范”的研究，并于2000年《建筑结构学报》第一期介绍了这方面的研究成果。中国工程建设标准化协会标准《建筑工程抗震性态设计通则》（CECS160：2004）目前正在修订的国家

6、标准《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》拟纳入基于性能的抗震设计方法。1.2基本概念和理论框架1.2.1基本概念根据地震作用的不确定性（发生时间、强度和持时等）以及结构抗力的不确定性，对不同风险水平的地震作用，使结构满足不同的功能要求。1.2.2理论框架1．地震风险水平(HazardLevel)-地震设防水准未来可能作用于场地的地震作用的大小。或者说，应选择多大强度的地震作为防御的对象。中国抗震设计规范GB50011-2001——三水准设防中国地震风险水平地震作用水平50年超越概率重现期（年）小震63.2%50中震10%475大震2~3

7、%2495~1642美国有关部门的研究报告FEMA273、SEAOCVision2000美国地震风险水平地震作用水平FEMA方案SEAOC方案50年超越概率重现期（年）超越概率重现期（年）常遇地震50%7230年50%43偶遇地震20%22550年50%72稀遇地震10%47450年10%474罕遇地震2%2475100年10%9702．性能水平（PerformanceLevel）建筑物在特定的某一地震作用下预期破坏的最大程度。我国抗震设计规范GB50011-2001小震不坏基本完好[θ]=1/550中震可修中等破坏大震不倒严重破坏[θ]=1/

8、50美国SEAOC关于混凝土框架的性能水平性能水平使用良好使用无害人生安全防止倒塌震害程度基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏瞬时Δ/h<1/500<1/