清華大學(xué)出版社抗震結(jié)構(gòu)與抗震設(shè)計第八章

1、第八章建筑抗震性能化設(shè)計 基于抗震性能設(shè)計的理論，是近十多年來，世界上一些國家開始研究的抗震基于抗震性能設(shè)計的理論，是近十多年來，世界上一些國家開始研究的抗震設(shè)計方法。最早由美國于設(shè)計方法。最早由美國于20世紀世紀90年代開始研究，主要在既有建筑評定、加固中年代開始研究，主要在既有建筑評定、加固中使用了多重目標(biāo)的概念，并提供了設(shè)計方法；以后又提出了新建房屋基于性能的使用了多重目標(biāo)的概念，并提供了設(shè)計方法；以后又提出了新建房屋基于性能的抗震設(shè)計理念及設(shè)計方法，可較廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。隨后日本、澳大利亞、抗震設(shè)計理念及設(shè)計方法，可較廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。隨后日本、澳大利亞、歐州混凝土協(xié)會及我國也

2、展開了這項研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。歐州混凝土協(xié)會及我國也展開了這項研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。 基于抗震性能設(shè)計方法的特點是基于抗震性能設(shè)計方法的特點是：使抗震設(shè)計從宏觀定性目標(biāo)具體量化，建：使抗震設(shè)計從宏觀定性目標(biāo)具體量化，建設(shè)單位或設(shè)計者可選擇性能目標(biāo)，然后對確定的性能目標(biāo)進行深入的分析論證再設(shè)單位或設(shè)計者可選擇性能目標(biāo)，然后對確定的性能目標(biāo)進行深入的分析論證再通過專家的審查。這一方法可適用于一些目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中尚未涉及的復(fù)雜結(jié)通過專家的審查。這一方法可適用于一些目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中尚未涉及的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，為推廣應(yīng)用新體系、新材料、新技術(shù)，提供了技術(shù)可能，是目前抗震設(shè)構(gòu)體系，為推廣應(yīng)用

3、新體系、新材料、新技術(shù)，提供了技術(shù)可能，是目前抗震設(shè)計中研究的熱點，預(yù)期會成為一種新的發(fā)展趨勢。計中研究的熱點，預(yù)期會成為一種新的發(fā)展趨勢。 結(jié)構(gòu)設(shè)計是否需要采用抗震性能設(shè)計方法的主要依據(jù)，是在分析結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計是否需要采用抗震性能設(shè)計方法的主要依據(jù)，是在分析結(jié)構(gòu)方案在房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型、場地條件或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等方面的特殊要求的在房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型、場地條件或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等方面的特殊要求的基礎(chǔ)上確定的。結(jié)構(gòu)方案特殊性的分析中要注意分析結(jié)構(gòu)方案不符合抗震概念設(shè)基礎(chǔ)上確定的。結(jié)構(gòu)方案特殊性的分析中要注意分析結(jié)構(gòu)方案不符合抗震概念設(shè)計的情況和程度。國內(nèi)外歷次震害經(jīng)驗說明抗震概念設(shè)計

4、是決定結(jié)構(gòu)抗震性能的計的情況和程度。國內(nèi)外歷次震害經(jīng)驗說明抗震概念設(shè)計是決定結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素。需要要求采用抗震性能設(shè)計的工程一般表現(xiàn)為不能完全符合抗震概念重要因素。需要要求采用抗震性能設(shè)計的工程一般表現(xiàn)為不能完全符合抗震概念設(shè)計的要求。在此情況下，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)概念設(shè)計的規(guī)定與建筑師協(xié)商，改設(shè)計的要求。在此情況下，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)概念設(shè)計的規(guī)定與建筑師協(xié)商，改進結(jié)構(gòu)方案，盡量減少結(jié)構(gòu)不符合概念設(shè)計的情況和程度，不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則進結(jié)構(gòu)方案，盡量減少結(jié)構(gòu)不符合概念設(shè)計的情況和程度，不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。對于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)可按本節(jié)規(guī)定進行抗震性能設(shè)計，但需慎重選的結(jié)構(gòu)方案。對于特別

5、不規(guī)則結(jié)構(gòu)可按本節(jié)規(guī)定進行抗震性能設(shè)計，但需慎重選用抗震性能目標(biāo)，并通過深入的分析論證。用抗震性能目標(biāo)，并通過深入的分析論證。 新的抗震規(guī)范，將抗震設(shè)防目標(biāo)分為基本目標(biāo)和性能目標(biāo)兩大類。新的抗震規(guī)范，將抗震設(shè)防目標(biāo)分為基本目標(biāo)和性能目標(biāo)兩大類。基本目標(biāo)保持基本目標(biāo)保持89和和2001規(guī)范的表述，具有抗震性能設(shè)計的雛形；抗震規(guī)范的表述，具有抗震性能設(shè)計的雛形；抗震性能化目標(biāo)是針對每個工程的具體情況，包括技術(shù)和經(jīng)濟的可能條件，性能化目標(biāo)是針對每個工程的具體情況，包括技術(shù)和經(jīng)濟的可能條件，設(shè)計上提出的比基本目標(biāo)更為具體的、靈活的、明確的、定量的、切設(shè)計上提出的比基本目標(biāo)更為具體的、靈活的、明確的、定

6、量的、切實可行的設(shè)防目標(biāo)。該目標(biāo)不得低于基本設(shè)防目標(biāo)，適用于對使用功實可行的設(shè)防目標(biāo)。該目標(biāo)不得低于基本設(shè)防目標(biāo)，適用于對使用功能或其他方面有專門要求的建筑工程。能或其他方面有專門要求的建筑工程。 修訂后的抗震規(guī)范繼續(xù)采用兩階段設(shè)計三個地震水準(zhǔn)下的基本目修訂后的抗震規(guī)范繼續(xù)采用兩階段設(shè)計三個地震水準(zhǔn)下的基本目標(biāo)：第一階段即承載力驗算，取多遇地震的地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的彈標(biāo)：第一階段即承載力驗算，取多遇地震的地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，繼續(xù)采用性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，繼續(xù)采用建筑結(jié)構(gòu)可靠建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB 50068）規(guī)定的

7、分項系數(shù)表達式進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件）規(guī)定的分項系數(shù)表達式進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面承載力抗震驗算；第二階段即彈塑性變形驗算，對地震時易倒的截面承載力抗震驗算；第二階段即彈塑性變形驗算，對地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)、有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及有專門要求的建筑，除進塌的結(jié)構(gòu)、有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及有專門要求的建筑，除進行第一階段設(shè)計外，還要進行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗算并行第一階段設(shè)計外，還要進行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。定量實現(xiàn)罕遇地震下的設(shè)防要求。采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。定量實現(xiàn)罕遇地震下的設(shè)防要求。 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)指相對于每一個設(shè)防地震等級所期望達到的抗震性能水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)及

8、結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)指相對于每一個設(shè)防地震等級所期望達到的抗震性能水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞及引起的后果都被認為是性能目標(biāo)。對于每個預(yù)期水準(zhǔn)的地震，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞及引起的后果都被認為是性能目標(biāo)。對于每個預(yù)期水準(zhǔn)的地震，結(jié)構(gòu)的破壞和可否繼續(xù)使用的情況可參照建筑地震破壞等級加以劃分見表結(jié)構(gòu)的破壞和可否繼續(xù)使用的情況可參照建筑地震破壞等級加以劃分見表8.1。 在基于性能的抗震設(shè)計時，可根據(jù)業(yè)主的要求除采用規(guī)范規(guī)定的設(shè)防目標(biāo)外，建在基于性能的抗震設(shè)計時，可根據(jù)業(yè)主的要求除采用規(guī)范規(guī)定的設(shè)防目標(biāo)外，建筑結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下可供選定的高于常規(guī)設(shè)計的一般情況的預(yù)期性能目標(biāo)可大筑結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下可供選定的高于

9、常規(guī)設(shè)計的一般情況的預(yù)期性能目標(biāo)可大致歸納如表致歸納如表8.2所示。所示。為實現(xiàn)預(yù)期性能的具體指標(biāo)，設(shè)計應(yīng)選擇提高結(jié)構(gòu)或其關(guān)鍵部位的抗震承載力、變形能力為實現(xiàn)預(yù)期性能的具體指標(biāo)，設(shè)計應(yīng)選擇提高結(jié)構(gòu)或其關(guān)鍵部位的抗震承載力、變形能力和構(gòu)造的抗震等級的具體指標(biāo)，宜明確以下目標(biāo)。和構(gòu)造的抗震等級的具體指標(biāo)，宜明確以下目標(biāo)。 即：在預(yù)期的不同的地震動水準(zhǔn)下對結(jié)構(gòu)的不同部位的水平、豎向構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞、即：在預(yù)期的不同的地震動水準(zhǔn)下對結(jié)構(gòu)的不同部位的水平、豎向構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞、形成塑性鉸、達到屈服或保持彈性等承載力要求；形成塑性鉸、達到屈服或保持彈性等承載力要求； 在不同地震動水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)不同部位的預(yù)

10、期彈性或彈塑性狀態(tài)；在不同地震動水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)不同部位的預(yù)期彈性或彈塑性狀態(tài)；在相應(yīng)情況下構(gòu)件延性構(gòu)造的高、中、低要求。在相應(yīng)情況下構(gòu)件延性構(gòu)造的高、中、低要求。整個結(jié)構(gòu)不同部位的構(gòu)件（豎向和水平）可選用相同或不同的抗震性能要求。整個結(jié)構(gòu)不同部位的構(gòu)件（豎向和水平）可選用相同或不同的抗震性能要求。（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對應(yīng)不同性能要求的承載力參考指標(biāo)見表）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對應(yīng)不同性能要求的承載力參考指標(biāo)見表8.3。 （2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)。）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要按地震殘余變形確定使用性能時，在滿足提高抗震安全性能要求的條結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要按地震殘余變形確

11、定使用性能時，在滿足提高抗震安全性能要求的條件下，對應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)見表件下，對應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)見表8.4。 （3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細部構(gòu)造對應(yīng)于不同性能要求的抗震等級，可按表）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細部構(gòu)造對應(yīng)于不同性能要求的抗震等級，可按表8.5選用。選用。不同性能要求的位移和延性的要求為：不同性能要求的位移和延性的要求為： 、性能、性能A：在大震作用下位移可按線性彈性計算，約為：在大震作用下位移可按線性彈性計算，約為 ，震后不存在殘余，震后不存在殘余變形。變形。 、性能、性能B：在大震作用下，震時位移小于：在大震作用下，震時位移小于2 ，震后殘余變形小于，震后殘余變形小

12、于0.5 ，延性系數(shù)延性系數(shù) ，可采用低延性構(gòu)造。，可采用低延性構(gòu)造。 、性能、性能C：在大震作用下，阻尼有所增加，震時位移約為：在大震作用下，阻尼有所增加，震時位移約為4-5 ，震后殘余，震后殘余變形約為變形約為 （考慮剛度退化），延性系數(shù)（考慮剛度退化），延性系數(shù) ，采用中等延性構(gòu)造。，采用中等延性構(gòu)造。 、性能、性能D：在大震作用下，考慮等效阻尼加大和剛度退化，震時位移約為：在大震作用下，考慮等效阻尼加大和剛度退化，震時位移約為7-8 ，震后殘余變形約為，震后殘余變形約為2 ，延性系數(shù)，延性系數(shù) ，采用高延性構(gòu)造。，采用高延性構(gòu)造。eueueueueueueu1.525（1）地震層剪力和

13、地震作用效應(yīng)調(diào)整，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段程度的不）地震層剪力和地震作用效應(yīng)調(diào)整，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段程度的不同采用不同的方法。同采用不同的方法。 a、構(gòu)件處于開裂階段或剛剛進入屈服階段，可取等效剛度和等效阻尼，按、構(gòu)件處于開裂階段或剛剛進入屈服階段，可取等效剛度和等效阻尼，按等效線性方法估算。等效線性方法估算。 b、構(gòu)件處于承載力屈服至極限階段，宜采用靜力或動力彈塑性分析方法估、構(gòu)件處于承載力屈服至極限階段，宜采用靜力或動力彈塑性分析方法估算或采用前述第算或采用前述第3水準(zhǔn)中提到的簡化方法計算。水準(zhǔn)中提到的簡化方法計算。 c、構(gòu)件處于承載力下降階段，應(yīng)采用計入下降段參數(shù)的動力彈塑性分析方

14、、構(gòu)件處于承載力下降階段，應(yīng)采用計入下降段參數(shù)的動力彈塑性分析方法估算。法估算。 （2）構(gòu)件層間彈塑性變形計算，應(yīng)按實際承載力并計入重力二階效應(yīng)，風(fēng)）構(gòu)件層間彈塑性變形計算，應(yīng)按實際承載力并計入重力二階效應(yīng)，風(fēng)荷載和重力作用下的變形不參與地震組合。荷載和重力作用下的變形不參與地震組合。 （3）在中震作用下，混凝土構(gòu)件的初始剛度宜采用長期剛度，一般可?。┰谥姓鹱饔孟?，混凝土構(gòu)件的初始剛度宜采用長期剛度，一般可取0.85簡化計算。簡化計算。結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計時，進行彈塑性計算分析應(yīng)符合下列要求。結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計時，進行彈塑性計算分析應(yīng)符合下列要求。 （1）分析方法的選用：）分析方法的選用： a、高度

15、不超過、高度不超過150m的建筑，可采用靜力彈塑性分析法。的建筑，可采用靜力彈塑性分析法。 b、高度超過、高度超過200m的建筑，應(yīng)采用彈塑性對程分析法。的建筑，應(yīng)采用彈塑性對程分析法。 c、高度在、高度在150200m之間，根據(jù)不規(guī)則程度選用靜力或動力時程分析法。之間，根據(jù)不規(guī)則程度選用靜力或動力時程分析法。 d、高度超過、高度超過300m的結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)或特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)有兩個獨立的結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)或特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)有兩個獨立的計算，互相校核。的計算，互相校核。（2）鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸、配筋及鋼結(jié)構(gòu)的截面規(guī)格，直接影響）鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸、配筋及鋼結(jié)構(gòu)的截面規(guī)格，直接影響彈塑性分析的計算結(jié)果，因此，計算時應(yīng)以實際情況輸入信息進行計算。彈塑性分析的計算結(jié)果，因此，計算時應(yīng)以實際情況輸入信息進行計算。 （3）復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行施工模擬分析，并以施工完成后的靜內(nèi)力作）復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行施工模擬分析，并以施工完成后的靜內(nèi)力作初始狀態(tài)進行計算。初始狀態(tài)進行計算。 （4）彈塑性時程分析，宜采用雙向或三向地震波輸入，高度超過）彈塑性時程分析，宜采用雙向或三向地震波輸入，高度超過200m或結(jié)構(gòu)體系復(fù)