民用建筑抗震设计问题探析

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1、民用建筑抗震设计问题探析　　摘要：对基于性能的抗震设计理论的发展史作了回顾，总结了当今国内外对这一理论的研究现状，提出了一些需要解决的问题。关键词：抗震设计，基于性能的抗震理论，性能水平，评价指标，基于位移的抗震设计中图分类号：TU973文献标识码：A1结构的抗震设计局限由于地震和地面运动有很大的不确定性，导致结构在其使用期限内可能遭遇预期强度等级的地震，也有可能遭遇远远大于预期强度等级的地震，这就使结构工程师很难准确了解结构的抗震需求。当前，多数国家对结构抗震设计原则为：对于一般的工程结构，设计时以本区

2、域内多遇地震作为结构弹性阶段承载力和变形验算依据，以保证结构在小震作用的结构正常使用功能；同时以大震作为结构在极限状态下的验算依据，以满足在结构在强震下不至于倒塌危及生命安全。虽然这种设计方法较为简单，设计结果较为经济7，但也在某种局限了结构的抗震设计。首先，仅仅以正常使用状态和极限状态作为设计阶段，并不能保证结构在除此两状态之外的处于其它状态时的损伤程度和功能完整性，这就要求我们对结构的其它状态的性能水平进行更深入的研究。其次，这种设计仅仅要求结构满足基本的抗震设防目标，局限了业主对结构抗震方面提出更高

3、的设防要求，安全度已与目前的经济和社会发展不符，故我们有必要对结构的设防目标进入更进一步的研究。因此，对结构采用多级性能水平和多级抗震设防目标的基于性能的抗震设计具有重要的理论意义和实用价值。2结构的地震反应分析了方法自1899年日本学者大森房吉首次提出用于结构抗震设计的静力法以来，结构的地震反应分析方法经历了从静力法到动力的反应谱法和动力时程分析法这三个阶段的演变过程，在动力阶段中又可分为弹性与非弹性(非线性)两个阶段。根据所考虑的地震动特点，结构地震反应分析方法可以分为确定性方法和随机振动方法。确定性

4、方法利用地震记录或由其他方法确定的地震波进行结构的地震反应计算，随机振动方法则把地震视为随机过程，把具有统计性质的地震动作用在结构上来求出结构的反应。到目前为止，国内外的抗震设计规范绝大多数都采用确定性方法，因此本文也仅考虑确定性方法。7由大森房吉提出的弹性静力法理论假设结构各个部分与地震动具有相同的振动，因此，地震力等于地面运动加速度与结构总质量的乘积。在大森房吉之后，佐野利器于1916年提出震度法，认为以结构10%的总重量作为水平地震力来考虑地震作用。该法把结构的动力反应特性这一重要因素忽略了，具有很

5、大的局限性，只有当结构可近似地视为刚体时，该方法才适用。由于缺乏对地震动特性的认识和结构振动分析理论的了解，基于动力学的地震反应分析理论一直未能得到发展；直到1930年之后，人们逐渐认识到地震动特性对确立合理的抗震设计方法的重要性，从1931年起，美国开始进行地震观测台网的布置，并在1940年ImperialValley地震中成功地收集到了包括El-Centro地震记录在内的大量地震记录资料，为抗震动力学方法的发展提供了宝贵的资料。1943年，M.A.Biot提出了反应谱的概念，并给出了世界上第一条弹性反

6、应谱曲线。G.W.Housner于1948年提出基于加速度反应谱曲线的弹性反应谱曲线，1956年N.M.Newmark率先将该法应用于实际工程设计，并在实际地震中得到了验证，自1958年第一届世界地震工程会议之后，反应谱法被许多国家所接受，并逐渐被采纳应用到结构抗震设计规范中。我国1959年的抗震规范草案就采用了反应谱理论并在以后的各次规范修订中不断完善和发展。在弹性反应谱的概念提出不久之后，就提出了非线性反应谱的概念，试图将这一简单的概念应用于非线性地震反应分析中，目前，除新西兰抗震规范采用非线性反应谱

7、以外，非线性反应谱基本没有直接得到应用。73对性能的抗震设计的不同定义“基于性能”一词源于英文Performance-based。基于性能的抗震设计（PBSD）理论是20世纪90年代由美国科学家和工程师首先提出的，最早应用于桥梁抗震设计中。基于性能抗震设计的基本思想是使被设计的建筑物在使用期间满足各种预定功能或性能目标要求。这一思想影响了美国、日本和欧洲地震工程界。各国同行表现出了极大的兴趣，纷纷展开多方面的研究。SFAOCVision2000对PBSD的定义是“性能设计应该是选择一定的设计准则，恰当的结

8、构形式、合理的规划和结构比例。保证建筑物的结构与非结构构件的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水准地震作用下，结构的损伤或破坏不超过某一特定的极限状态”。ATC-40对PBSD的定义为“基于性能的抗震设计是指结构的设计准则由一系列可以实现的结构性能目标来表示，主要针对钢筋混凝土结构并且建议采用基于能力谱的设计原理”。显然，ATC-40建议使用能力谱方法对钢筋混凝土结构进行抗震设计。FFMA273和F