超限高層基于性能的抗震設計

超限高層基于性能的抗震設計要點內(nèi)容◆理論背景◆基于性能抗震設計理論的提出◆基于性能抗震設計方法第一部分：理論背景

◆超限高層建筑工程指高度或規(guī)則性方面超過規(guī)范、規(guī)程適用范圍的高層建筑工程。

◆須接受抗震設計專項審查：1）抗震安全性

2）預期的性能目標

◆引入基于性能的抗震設計方法必然性。

第一部分：理論背景基于性能的抗震設計

◆多級設防標準

1）生命安全；

2）控制地震造成的經(jīng)濟損失；

3）保證建筑使用功能的延續(xù)；…

◆控制結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同地震設防水準下的破壞程度,從而實現(xiàn)不同的性能水平。第一部分：理論背景

規(guī)范內(nèi)容中國GB50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范(簡稱抗規(guī))JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(簡稱《高規(guī)》)明確規(guī)定了地震動水準、性能目標、性能水準組合及計算方法等美國《高層建筑基于性能抗震設計指南》（簡稱peer-2010）集美國基于性能抗震設計研究的最新進展，目的是將其推廣應用到新建復雜結(jié)構(gòu)設計中第二部分：基于性能抗震設計理論的提出傳統(tǒng)的抗震設計理論

◆以生命安全為單一的設防目標

◆只能保證罕遇地震下結(jié)構(gòu)不倒塌,確保生命安全允許出現(xiàn)一定的破壞。

◆沒有考慮到減少地震破壞造成的經(jīng)濟損失和對社會的影響第二部分：基于性能抗震設計理論的提出

隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展，業(yè)主對建筑的抗震性能水準提出新要求：

抗震設計能夠既經(jīng)濟又可靠地保證建筑結(jié)構(gòu)的功能在地震的作用下不致喪失乃至不受影響。

基于上述認識，美國工程界于20世紀90年代提出了基于性能的抗震設計理論。第三部分：基于性能抗震設計方法

是否選用基于性能的抗震設計方法否常規(guī)設計是合理選定抗震性能指標性能目標A性能目標B性能目標C性能目標D合理選定性能水準指標初步設計小震評估中震評估大震評估性能評估完成MinimumperformanceobjectivesEnhancedobjectivesServicelevelevaluationMaximumconsideredearthquakeevaluation中國規(guī)范peer-2010不滿足預設性能目標不滿足預設性能目標滿足預設性能目標滿足預設性能目標第三部分：基于性能抗震設計方法3.1抗震性能目標與性能水準組合性能目標應綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)特殊性、業(yè)主經(jīng)濟實力、震后損失和修復難度等因素。對所設計的建筑物在每一個設計地震動下所要求達到的性能水準的總和對所設計的建筑物在每一個設計地震動下所規(guī)定的最大容許破壞性能目標=∑(性能水準)3.1抗震性能目標與性能水準組合3.1抗震性能目標與性能水準組合Peer-2010：Minimumperformanceobjectives

Enhancedobjectives結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生有限的損傷選擇更低超越概率的地震動結(jié)構(gòu)承受2/3倍“最大考慮地震”作用時不發(fā)生次生災害選擇更嚴格的性能可接受準則，如更小的側(cè)向位移限值、更小的延性構(gòu)件變形限值或者更大的構(gòu)件安全裕量結(jié)構(gòu)全倒塌或部分倒塌的概率不超過10%非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計相當于高規(guī)的性能目標D限制殘余變形使用新的耐損材料使用隔振減震系統(tǒng)3.1抗震性能目標與性能水準組合我國規(guī)范：明確劃分性能目標，嚴格規(guī)定性能指標。Peer-2010：只對“minimumperformanceobjectives”作出限定；

更高要求的性能目標，只給出設計建議；

工程師有更多的選擇空間，對工程師的要求更高。

3.2地震動選取及調(diào)整我國規(guī)范：◆頻譜特性：常用雙頻段控制法方法從地震波庫中選出與地震影響系數(shù)曲線符號的地震波◆有效持續(xù)時間：一般為結(jié)構(gòu)基本周期的5~10倍◆有效峰值：調(diào)幅，將選出的地震波的加速度最大值調(diào)整到《抗規(guī)》表的值?！糁辽?組地震動◆不考慮地震波在方向上的差異，在荷載輸入時人為調(diào)整比例3.2地震動選取及調(diào)整Peer-2010：選波的過程就考慮調(diào)波1)確定對結(jié)構(gòu)反應起控制作用的地震動特征（震級、震中距、場地類別（剪切波速）等）；

2)從地震波庫選?。?)給出調(diào)幅系數(shù)范圍，允許程序自由選擇系數(shù)對所選地震動進行調(diào)幅，使之和目標反應譜的均方誤差最少；4）至少7組地震波；5）所選地震波包含三個方向的完整信息

3.3地震動水準及分析方法

地震動水準分析方法我國規(guī)范多遇地震振型分解反應譜法或彈性時程分析設防烈度地震彈性或彈塑性時程分析罕遇地震彈塑性時程分析

peer-2010ServiceLevelEvaluation

反應譜分析或非線性動力時程分析(正常使用水準地震評估)MaximumConsideredEarthquakeShakingEvaluation非線性動力時程分析(最大考慮地震評估)3.4驗收標準我國規(guī)范：◆具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件：

1）保證承載力；

2）滿足延性指標?！粽w指標：

層間位移角。3.4驗收標準Peer-2010：“正常使用水準地震”

◆用反應譜分析時，需求能力比不能超過1.5；◆非線性反應時程分析，地震作用應小于期望強度；◆任意一層的層間位移角不得超過5%

3.4驗收標準Peer-2010：“最大考慮地震”

◆結(jié)構(gòu)構(gòu)件：

1）承載力；

2）變形限值：混凝土，鋼筋的應變限值；構(gòu)件的轉(zhuǎn)角限值◆結(jié)構(gòu)整體：

1）層間位移：瞬時層間位移最大限值；殘余層間位移限值。

2）承載力損失值：任一層由結(jié)構(gòu)變形引起的層承載力損失不得超過20%.

3.5土-基礎-結(jié)構(gòu)共同作用的考慮我國規(guī)范沒有明確規(guī)定如何考慮土-基礎-結(jié)構(gòu)共同作用的影響。Peer-2010：在“正常使用水準地震”作用下，將地基視作剛性，忽略土-基礎相互作用。在“最大考慮地震”作用下，基礎周圍土體變形受基礎影響較大，將地基視作柔性，建模時用彈簧模擬基礎周圍柔性土體。

第四部分：工程實例

4.1工程概況：

位于洛杉磯

C類場地

結(jié)構(gòu)地上42層，底下4層

結(jié)構(gòu)總高141.2m

中間為核心筒，外圍為框架柱

在美國屬于超限結(jié)構(gòu)

4.三2抗震三性能三目標三選擇三：4.三3地震三動選三擇其平均三反應三譜與三目標反應譜在三雙頻段三控制三法選三擇的地震動周期0.三5～10三s內(nèi)吻合三很好，結(jié)三每條反三應譜在三控制三頻段三內(nèi)與構(gòu)前6階振型周三期的三平均三反應譜三目標譜三符合三很好，三但是在其值和目三標反三應譜三值基三本一致三他周期處則出現(xiàn)了三明顯三偏差三。第四三部分三工三程實三例◆荷載與三地震三波輸三入：三荷載三組合三；不三同方三向的三地震三波◆分三析方法：多遇三地震三、三設防三烈度三地震