基于性態(tài)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)展望

基于性態(tài)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)展望【摘要】隨著著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展展和技術(shù)水平平的提高，人人們對(duì)建筑物物的要求越來來越高，高層層建筑巨大殼殼體結(jié)構(gòu)等等等越來越多的的容入到我們們的生活，這這對(duì)抗震設(shè)計(jì)計(jì)來說也是心心的挑戰(zhàn)，如如何建造既經(jīng)經(jīng)濟(jì)又安全可可靠的建筑物物是社會(huì)的需需要。還有一一些情況是，按按照客戶的要要求來進(jìn)行抗抗震設(shè)計(jì)，滿滿足客戶的需需要，也是我我們面臨的一一個(gè)問題?，F(xiàn)現(xiàn)在人們提出出了，基于性性態(tài)的抗震設(shè)設(shè)計(jì)，值得我我們更深入的的學(xué)習(xí)研究。【關(guān)鍵字】抗震震設(shè)計(jì)基于性態(tài)設(shè)計(jì)方法1.1基于性態(tài)態(tài)的結(jié)構(gòu)抗震震設(shè)計(jì)方法所謂基于性態(tài)的的抗震設(shè)計(jì)是是指，根據(jù)建建筑物的重要要性和用途，并并考慮建筑物物處場(chǎng)地的地地震強(qiáng)度及其其能接受的地地震破壞水平平、建造費(fèi)用用和震后修復(fù)復(fù)費(fèi)用及投資資者的經(jīng)濟(jì)實(shí)實(shí)力，選擇合合適的結(jié)構(gòu)性性態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)標(biāo)：并根據(jù)不不同的性態(tài)目目標(biāo)提出不同同的抗震設(shè)防防標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)設(shè)計(jì)的建筑在在未來地震中中具備預(yù)期功功能。因此，基基于性態(tài)的抗抗震設(shè)計(jì)方法法比只強(qiáng)調(diào)保保障生命安全全的單一設(shè)防防目標(biāo)的抗震震設(shè)計(jì)方法更更為科學(xué)和合合理，已成為為抗震設(shè)計(jì)理理論新的發(fā)展展方向。2.1抗震設(shè)計(jì)計(jì)方法簡(jiǎn)介為了更好的了解解基于性態(tài)的的抗震設(shè)計(jì)方方法，先來了了解一下抗震震設(shè)計(jì)的發(fā)展展歷程，以及及當(dāng)代實(shí)際工工程中用到的的方法。2.1.1靜靜力理論階段段靜力法的基本假假設(shè)前提是,結(jié)構(gòu)物為理理想剛體,其最大加速速度就等于地地震動(dòng)的最大大地面加速度度,這種假設(shè)對(duì)對(duì)于低矮的單單層和多層磚磚混結(jié)構(gòu)房屋屋而言是合理理的。靜力理理論假定在地地震作用下的的結(jié)構(gòu)是剛性性的，沒有考考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)動(dòng)力效應(yīng)和場(chǎng)場(chǎng)地差別對(duì)建建筑結(jié)構(gòu)的影影響，設(shè)計(jì)方方法比較粗略略。2.1.2反反應(yīng)譜方法反應(yīng)譜是指地震震波作用在單單質(zhì)點(diǎn)體系上上，求得的位位移、速度或或加速度等反反應(yīng)的最大值值與單質(zhì)點(diǎn)體體系自振周期期間的關(guān)系。反反應(yīng)譜理論假假設(shè):結(jié)構(gòu)是彈性性的,地震反應(yīng)可可以采用疊加加原理來進(jìn)行行振型組合;結(jié)構(gòu)所有支支座處的地震震動(dòng)完全相同同,基礎(chǔ)與土層層之間無相互互作用;結(jié)構(gòu)的最不不利地震反應(yīng)應(yīng)等于它的最最大地震反應(yīng)應(yīng),而與其它動(dòng)動(dòng)力反應(yīng)參數(shù)數(shù)無關(guān)。2.1.3動(dòng)動(dòng)力理論階段段其本質(zhì)是建立構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力力模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算算模型，并得得到與設(shè)計(jì)反反應(yīng)譜相匹配配的地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)加速度時(shí)程程后，直接求求解動(dòng)力方程程。采用數(shù)值值積分法，進(jìn)進(jìn)行連續(xù)分段段處理，最終終求得在低周周反復(fù)地震波波下，結(jié)構(gòu)在在每一時(shí)刻的的加速度、速速度和位移的的動(dòng)力時(shí)程。在在彈性范圍內(nèi)內(nèi)考慮強(qiáng)度極極限，在非線線性范圍內(nèi)考考慮變形極限限和能量損耗耗，以具體體體現(xiàn)“小震不壞、中中震可修、大大震不倒”的要求。3.1基于結(jié)構(gòu)構(gòu)性能的抗震震設(shè)計(jì)理論20世紀(jì)90年年代初，美國(guó)國(guó)學(xué)者率先提提出了基于性性能的結(jié)構(gòu)抗抗震設(shè)計(jì)概念念（Perfoormancce-BassedSeeismiccDe-ssign簡(jiǎn)稱PBSD），PBSD理論提出多多目標(biāo)的設(shè)計(jì)計(jì)理念，它所所確定的抗震震功能目標(biāo)既既要保證生命命安全又要考考慮到經(jīng)濟(jì)財(cái)財(cái)產(chǎn)損失。因因此，在設(shè)計(jì)計(jì)中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行行全面費(fèi)用分分析，選擇經(jīng)經(jīng)濟(jì)效果最佳佳的抗震設(shè)計(jì)計(jì)方案。該理理論更強(qiáng)調(diào)個(gè)個(gè)性設(shè)計(jì)，結(jié)結(jié)構(gòu)功能目標(biāo)標(biāo)可按實(shí)際需需要、用戶要要求、投資能能力選擇不同同等級(jí)的設(shè)防防目標(biāo)，并有有利于減隔震震技術(shù)和高強(qiáng)強(qiáng)高性能砼等等新材料的推推廣應(yīng)用。同同時(shí)，結(jié)構(gòu)的的抗震能力是是按選定的抗抗震功能目標(biāo)標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具具有可預(yù)見性性?；谛詰B(tài)的抗震震設(shè)計(jì)理論主主要包括：確確定地震設(shè)防防水準(zhǔn)、選擇擇合適的抗震震性態(tài)目標(biāo)、研研究抗震性態(tài)態(tài)的分析方法法和研究基于于性態(tài)的抗震震設(shè)計(jì)方法等等。地震設(shè)防防水準(zhǔn)是指未未來可能作用用于場(chǎng)地的地地震作用的大大小。為了使使結(jié)構(gòu)滿足多多水準(zhǔn)的設(shè)防防要求，需要要根據(jù)不同重重現(xiàn)期選擇所所有可能發(fā)生生的，對(duì)應(yīng)不不同等級(jí)的用用于結(jié)構(gòu)抗震震設(shè)計(jì)的地震震動(dòng)參數(shù)。結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)的的目標(biāo)是指針針對(duì)某一地震震設(shè)防水準(zhǔn)而而期望達(dá)到的的結(jié)構(gòu)抗震性性能等級(jí)。基基于性態(tài)的抗抗震設(shè)計(jì)應(yīng)既既有效地減輕輕工程結(jié)構(gòu)的的地震破壞，減減少經(jīng)濟(jì)損失失和人員傷亡亡，又能合理理地使用有線線的資金，保保障結(jié)構(gòu)在地地震作用下的的使用功能。因因此，結(jié)構(gòu)抗抗震性態(tài)目標(biāo)標(biāo)的確定應(yīng)綜綜合考慮場(chǎng)地地和結(jié)構(gòu)的功功能與重要性性、投資與效效益、震后損損失與恢復(fù)重重建、社會(huì)效效益以及業(yè)主主的承受能力力等諸多因素素。美國(guó)學(xué)者者建議將結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震性態(tài)目目標(biāo)分為基本本性能目標(biāo)、重重要性能目標(biāo)標(biāo)和安全臨界界性能目標(biāo)等等三個(gè)等級(jí)?？拐鹦詰B(tài)分析方方法主要包括括線性靜力分分析方法、線線性動(dòng)力分析析方法、非線線性靜力分析析方法和非線線性動(dòng)力分析析方法。非線線性靜力分析析又稱靜力彈彈塑性（Push--over）分析，是是一種簡(jiǎn)化的的結(jié)構(gòu)彈塑性性分析方法，其其主要原理是是：在結(jié)構(gòu)上上施加恒定荷荷載的同時(shí)，逐逐級(jí)增加往復(fù)復(fù)荷載并計(jì)算算結(jié)構(gòu)在各級(jí)級(jí)荷載作用下下的變形和內(nèi)內(nèi)力。當(dāng)加荷荷至某些構(gòu)件件進(jìn)入塑性后后，整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)的特性發(fā)生生改變，通過過修改結(jié)構(gòu)剛剛度矩陣并重重新進(jìn)行計(jì)算算，以調(diào)整所所施加的往復(fù)復(fù)荷載的大小小和分布。這這樣就可得到到結(jié)構(gòu)在往復(fù)復(fù)靜力作用下下的彈塑性性性能。該方法法的主要用途途是檢驗(yàn)新建建結(jié)構(gòu)及評(píng)估估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的的性能是否滿滿足不同強(qiáng)度度地震下的性性態(tài)目標(biāo)。非非線性動(dòng)力分分析法又稱為為彈塑性時(shí)程程分析法，在在建立構(gòu)件的的恢復(fù)力模型型、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算模型型，并得到與與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜譜相匹配的地地震波后，采采用逐步積分分法求出結(jié)構(gòu)構(gòu)在每一時(shí)刻刻的彈塑性地地震響應(yīng)。非非線性靜力分分析方法和非非線性動(dòng)力分分析方法是我我國(guó)《建筑抗抗震設(shè)計(jì)規(guī)范范》（GB500011-20010）規(guī)定的用用于對(duì)不規(guī)則則且具有明顯顯薄弱部位可可能導(dǎo)致地震震時(shí)嚴(yán)重破壞壞的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行罕遇地地震作用下的的彈塑性變形形分析時(shí)所采采用的方法?；谛詰B(tài)的抗震震設(shè)計(jì)方法主主要包括基于于位移的設(shè)計(jì)計(jì)方法、綜合合設(shè)計(jì)法、能能力設(shè)計(jì)法?；谖灰频目箍拐鹪O(shè)計(jì)法（Displlacemeent-BaasedSSeismiicDessign）是指用量量化的位移作作為設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)，針對(duì)不同同地震設(shè)防水水準(zhǔn)，制定相相應(yīng)的目標(biāo)位位移，并通過過設(shè)計(jì)，使結(jié)結(jié)構(gòu)子啊給定定水準(zhǔn)地震作作用下達(dá)到預(yù)預(yù)先指定的目目標(biāo)位移，從從而控制結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗震性能能。該方法是是由美國(guó)加州州大學(xué)伯克利利分校得Mohelle和Priesstly等人提出的的，最早應(yīng)用用于橋梁的抗抗震設(shè)計(jì)中。綜綜合設(shè)計(jì)法（ComprrehenssiveDDesignnApprroach）是由美國(guó)國(guó)學(xué)者Berteero等人提出來來的，該方法法首先確定業(yè)業(yè)主所能接受受的最低性態(tài)態(tài)目標(biāo)，在對(duì)對(duì)場(chǎng)地的適宜宜性做出評(píng)價(jià)價(jià)后，進(jìn)行總總體概念設(shè)計(jì)計(jì)和綜合數(shù)值值設(shè)計(jì)，最終終確定結(jié)構(gòu)和和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的尺寸。能能量設(shè)計(jì)法（EnerggyDessignAApproaach）認(rèn)為，結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞程程度是由地震震輸入的總能能量和結(jié)構(gòu)耗耗散能量的能能力決定的。通通過控制結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件的耗耗能能力，可可達(dá)到控制整整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震震性能的目的的。該方法可可用于估計(jì)接接哦股的潛在在破壞程度并并用于結(jié)構(gòu)的的消能減振設(shè)設(shè)計(jì)。4.結(jié)語基于性態(tài)的抗震震設(shè)計(jì)理論的的研究是一項(xiàng)項(xiàng)有重要意義義的課題,它的研究與與發(fā)展有待國(guó)國(guó)內(nèi)外土木工工程界和地震震工程學(xué)界的的共同努力。目目前需要研究究的問題有:(1)建立合理理的性態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)理論框架;(2)關(guān)于地震震危險(xiǎn)性和設(shè)設(shè)防地震水準(zhǔn)準(zhǔn)的研究;(3)結(jié)構(gòu)抗震震性態(tài)水準(zhǔn)的的劃分;(4)建立合理理的可以反映映結(jié)構(gòu)反應(yīng)的的性能指標(biāo);(5)完善設(shè)計(jì)計(jì)反應(yīng)譜;(6)基于性態(tài)態(tài)的設(shè)計(jì)方法法的改進(jìn)和新新的設(shè)計(jì)方法法的提出;(7)對(duì)結(jié)構(gòu)性性態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確確的評(píng)估;(8)結(jié)構(gòu)性態(tài)態(tài)的明確說明明;(9)新型結(jié)構(gòu)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)(如隔震或耗耗能減震結(jié)