基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)一、緒論1、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展階段（1）剛性設(shè)計(jì)（2）柔性設(shè)計(jì)（3）延性設(shè)計(jì)（4）結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)（5）基于性能的抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)1、主動(dòng)控制有良好的適應(yīng)性，但由于土木工程結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量巨大，因此需要的外部能量也較大。在災(zāi)害發(fā)生的同時(shí)很難保證。同時(shí)溢出影響和遲時(shí)效應(yīng)難以解決。2、許多被動(dòng)控制措施（TMD、TLD）在小震和常規(guī)風(fēng)荷載的作用下對(duì)于減小結(jié)構(gòu)的加速度和位移反應(yīng)提高居住舒適度有較好的效果;而在大震和颶風(fēng)等作用下在保證結(jié)構(gòu)安全方面效果不理想。3、控制系統(tǒng)要求比結(jié)構(gòu)具有更高的可靠性，因此造價(jià)較高。基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想的產(chǎn)生背景1、通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的抗震設(shè)計(jì)思想和方法的反思，人們認(rèn)識(shí)到必須從以往只注重結(jié)構(gòu)安全，向全面注重結(jié)構(gòu)的性能、安全及經(jīng)濟(jì)等諸多方面發(fā)展。2、高新技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，使業(yè)主和使用者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有了更多的性能要求，如安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、和易維護(hù)等。3、建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展使得不同的建筑目標(biāo)性能能夠得以實(shí)現(xiàn)。2、基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)1、基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想是20世紀(jì)90年代美國(guó)學(xué)者提出的，它是使設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)在未來(lái)的地震災(zāi)害下能夠維持所需求的性能水平。目前各國(guó)普遍采取的是“三水準(zhǔn)、兩階段”的抗震設(shè)計(jì)思想是以保障生命安全為主要設(shè)防目標(biāo)的，它可以做到大震時(shí)主體結(jié)構(gòu)不倒，但可能造成中小震下結(jié)構(gòu)正常使用功能的喪失而引起的巨大經(jīng)濟(jì)損失（如內(nèi)裝修、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、信息技術(shù)設(shè)備等等）。具有局限性，難以滿足性能的要求。3、基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容

基于性能的抗震設(shè)計(jì)包括了地震風(fēng)險(xiǎn)水平的確定、性能水平和目標(biāo)性能的選擇、適宜場(chǎng)地的確定、概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、最終設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)過(guò)程重的可行性檢查、設(shè)計(jì)審核以及結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的質(zhì)量保證和使用過(guò)程中的檢測(cè)維護(hù)的細(xì)化工作等等。4、基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能目標(biāo)性能的確定包括：

（1）、定義一組合適的建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能水平。

所謂的性能水平是指一種有限的破壞狀態(tài)（2）定義一組相應(yīng)的地震風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)水平（3）確定建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)性能結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能是指在一定超越概率的地震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)期望的最大破壞程度5、基于性能抗震設(shè)計(jì)的兩類目標(biāo)性能社會(huì)需求屬于第一類目標(biāo)性能，主要包括：a、建筑使用者和他人的生命安全；b、災(zāi)害可能引起的社會(huì)損失。此類目標(biāo)性能是規(guī)范給出的各類結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能，是所有結(jié)構(gòu)必須遵循的最低要求，它反應(yīng)的是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的“共性”。個(gè)人要求屬于第二類目標(biāo)性能，主要包括：a、生命安全；b、避免財(cái)產(chǎn)損失；c、維護(hù)正常使用性能。此類目標(biāo)性能是根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途及業(yè)主使用者的特殊要求，可以因結(jié)構(gòu)而異，它反應(yīng)的是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的“個(gè)性”。二、結(jié)構(gòu)全壽命總費(fèi)用評(píng)估2.1投資—效益準(zhǔn)則所謂投資—效益準(zhǔn)則,就是在設(shè)計(jì)中除了考慮技術(shù)因素外,還考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治等諸多因素,它所追求的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是在結(jié)構(gòu)壽命周期的總費(fèi)用最小,即在結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)與結(jié)構(gòu)未來(lái)的損失期望中,達(dá)到一種優(yōu)化平衡。是基于性能的抗震設(shè)計(jì)重要原則。SEAOCVision指出：“結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能水平應(yīng)綜合考慮下列因素來(lái)決定：建筑物的居住情況、建筑物性能的重要性、建筑物破壞所導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失、間接經(jīng)濟(jì)損失及人員的傷亡、建筑物作為歷史或文化名勝的潛在重要性等”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》指出可靠性的目標(biāo)水準(zhǔn)應(yīng)取決于失效后果和安全措施費(fèi)用之間的平衡，即努力降低下式給出的壽命周期的總費(fèi)用：Ctot=Cb+Cm+∑PfCfCb、Cm、Cf分別為房屋成本、維護(hù)和拆除的預(yù)期費(fèi)用、失效費(fèi)用；Pf為壽命周期的失效概率。2.2基于投資-效益準(zhǔn)則的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)模型結(jié)構(gòu)的全成本包括初始造價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面。風(fēng)險(xiǎn)是概率意義上的量，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在著大量的不確定性（如外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)特性以及結(jié)構(gòu)整體分析模型）。故應(yīng)采用基于可靠度的設(shè)計(jì)方法作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)未來(lái)的發(fā)展方向。

基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該以結(jié)構(gòu)可靠度理論作為基礎(chǔ)。基于投資-效益準(zhǔn)則的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)模型可寫為如下表達(dá)式式中,x為設(shè)計(jì)變量,W為目標(biāo)函數(shù),Co(x)為結(jié)構(gòu)的初始造價(jià),第二項(xiàng)為結(jié)構(gòu)失效損失期望,Pfs(x)為結(jié)構(gòu)體系失效概率,[Pfs]為相應(yīng)的目標(biāo)值,Cfs為該功能失效時(shí)的損失值,cfspfs代表該模式失效時(shí)的損失期望,gj(x)≤0為確定性約束條件。上述優(yōu)級(jí)化模型稀的缺點(diǎn)崖：在其壽撥命期內(nèi)區(qū)，一個(gè)芒結(jié)構(gòu)的元破壞或昌失效可屬能是由花于不同正類型的巧自然災(zāi)柏害及人餃為災(zāi)害舊，在不冶同的災(zāi)澆害下結(jié)杯構(gòu)的破下壞和失故效模式豎可能不打同；即耽使考慮困特定的勉一種災(zāi)片害引起門的結(jié)構(gòu)科破壞和扔失效，扇由于災(zāi)料害荷載雕的嚴(yán)重源不確定睛性，也釣由于結(jié)壟構(gòu)具有漲多方面圖的使用燭性能，叉致使失冒效模式騾可能相潮差很大衡，失效液造成的瓶損失也哥相差很冰大。沒(méi)有考區(qū)慮實(shí)際派結(jié)構(gòu)不免同失效李模式的氣重要性辮。結(jié)構(gòu)體楊系可靠愉度度計(jì)容算非常倒復(fù)雜。式中,矮第二項(xiàng)為已結(jié)構(gòu)失效百損失期望蔽,是所考繞慮的np個(gè)不同結(jié)稱構(gòu)功能失已效時(shí)結(jié)構(gòu)璃失效損失鵲期望值的輪和,Pfi(x)為韻基于該功支能i的結(jié)痰構(gòu)體系失挖效概率,忽[Pfi]為相應(yīng)脅的目標(biāo)值憐,Cfi為該功圈能失效速時(shí)的損老失值,CfiPfs代表該模微式失效時(shí)痰的損失期討望.2.3參結(jié)構(gòu)壽放命周期總潔費(fèi)用評(píng)估結(jié)構(gòu)壽沖命周期盛總費(fèi)用板評(píng)估涉釋及3個(gè)評(píng)方面：賀壽命周侵期總費(fèi)態(tài)用模型貍、結(jié)構(gòu)乓失效損拐失值估穩(wěn)計(jì)，結(jié)孟構(gòu)性能徹失效概抄率的計(jì)伍算。W=Ci+Cm+CfW為壽命周兩期總費(fèi)用吳，Ci為初始造刮價(jià)，Cm為檢查疤維護(hù)費(fèi)偷用，Cf為失效損蝕失期望，斥包括直接銷損失和間版接損失。趣這3項(xiàng)相賢互關(guān)聯(lián)，座如下圖所現(xiàn)示：其中，苗結(jié)構(gòu)的失效損失一般可斬分為直接損失和間接損失，主要包筆括：由于稅結(jié)構(gòu)失效陸所需要的東維護(hù)和更溪換費(fèi)用，駝結(jié)構(gòu)喪失遵性能引起吐的間接損構(gòu)失，人員均傷亡損失鄙以及由于箏結(jié)構(gòu)失效贏而產(chǎn)生的氣社會(huì)、政息治、心理額上的損失診等。它不挑僅與結(jié)構(gòu)華失效損失億值有關(guān)，融還與這種叫失效模式吐發(fā)生的概健率有關(guān)。2.3.堵1結(jié)禿構(gòu)壽命周梳期總費(fèi)用榆評(píng)估中的之貼現(xiàn)率結(jié)構(gòu)壽命冰周期總費(fèi)摩用評(píng)估中森可以采用折適當(dāng)?shù)馁N午現(xiàn)率，把怪未來(lái)的費(fèi)乏用轉(zhuǎn)化為義現(xiàn)值，從甘而可以進(jìn)丸行總費(fèi)用爬現(xiàn)值的評(píng)抄估。2.3駁.2具初始輛費(fèi)用其一是直請(qǐng)接根據(jù)結(jié)復(fù)構(gòu)具體的睛設(shè)計(jì)方案膀進(jìn)行造價(jià)包估算；（個(gè)性拾）其二是薄建立某汁一類結(jié)厲構(gòu)初始秋費(fèi)用與膏代表性塑的設(shè)計(jì)嚇參數(shù)（到如結(jié)構(gòu)平可靠度漫、設(shè)計(jì)幫強(qiáng)度）暫之間的脾近似關(guān)取系。（共性傳）初始費(fèi)胃用的評(píng)錦估一般輪采取兩挽種策略桐：初始費(fèi)稼用—可毫靠度（戲失效概吐率）的畜關(guān)系初始費(fèi)用倆—設(shè)計(jì)強(qiáng)箱度的關(guān)系C0為初始崖費(fèi)用基支準(zhǔn)值（失當(dāng)rd=S0時(shí)的初始指費(fèi)用）；肺rd為設(shè)計(jì)抗著力；S0為荷載效歇應(yīng)的均值練；k1為標(biāo)準(zhǔn)化樹(shù)后的費(fèi)用漿增長(zhǎng)率，懷對(duì)于特定奏的結(jié)構(gòu)可序以從設(shè)計(jì)弓中得到一隆般情況下千隨設(shè)計(jì)抗舞力和荷載戶均值變化店而變化.2.3化.3碰檢查久維護(hù)費(fèi)茅用結(jié)構(gòu)合喉理的維尼修策略能應(yīng)該使忽維修費(fèi)敏用和風(fēng)聰險(xiǎn)之間晉達(dá)到合理的四平衡，戲考慮技而術(shù)、經(jīng)戲濟(jì)、管鋸理等多殘方面，誤如：1、從衰結(jié)構(gòu)的帆安全性念能方面臭考慮，籌即在設(shè)償施的結(jié)負(fù)構(gòu)遭到破壞或節(jié)有損壞的貿(mào)可能性時(shí)磨進(jìn)行修復(fù)巨。2、從結(jié)倍構(gòu)的使用瞎性能方面捕考慮，即步在設(shè)施的位使用上受到影殿響后進(jìn)基行修復(fù)既。3、從美脈學(xué)及社會(huì)買需要方面畫進(jìn)行考慮墊，即主觀鎖上考慮修復(fù)。4、從涉經(jīng)濟(jì)方映面考慮派，目的疼在于將妄維修費(fèi)垂用降至刮最低的修復(fù)。2.3砌.4雖結(jié)構(gòu)疾失效模凝式和破孤壞準(zhǔn)則人員感受針失效模式正常使用恰失效模式結(jié)構(gòu)安東全失效畏模式包括極展值荷載追作用下孝結(jié)構(gòu)最張大變形秧強(qiáng)度超滾過(guò)極限撕值而引愿起結(jié)構(gòu)劍發(fā)生重滔大破壞欲甚至倒亡塌；以膊及在常豬規(guī)荷載趙作用下厲結(jié)構(gòu)發(fā)偵生疲勞蓬破壞。1、強(qiáng)度榨破壞準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)破壞也是由最大欺應(yīng)力或內(nèi)意力超過(guò)允惠許值引起梨的，即Q是由最嗽大應(yīng)力或時(shí)內(nèi)力可以墻是剪力、轉(zhuǎn)彎矩或應(yīng)鋼力；[Q抓]為相應(yīng)的喂允許值，強(qiáng)度使倒用準(zhǔn)則哪方便，向但在地時(shí)震作用下結(jié)構(gòu)常泊常進(jìn)入非村線性狀態(tài)治，這時(shí)內(nèi)氣力或應(yīng)力高增加不多，但還甲有很大的脂塑性變形箱過(guò)程，因東此無(wú)法準(zhǔn)練確反應(yīng)和區(qū)別結(jié)壁構(gòu)屈服后單在某一階短段的破壞黨強(qiáng)度.Q≥[譽(yù)Q]結(jié)構(gòu)失攔效的主緩要判別黎準(zhǔn)則2、變形憶破壞準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)破壞員是由變形墊過(guò)大引起叼的，可采季用結(jié)構(gòu)的竹延性系數(shù)或嘆直接采觸用層間慨變形來(lái)蒙表示。△u≥[u也]△u檔、[堪u]分別為結(jié)含構(gòu)層間變釀形反應(yīng)和慰允許值。2.3.欺5失粉效損失費(fèi)習(xí)用1、失賞效損失咱費(fèi)用的素評(píng)估模狐型Nt表示在時(shí)吹間段內(nèi)的猶所有荷載叢工況，Cj表示在個(gè)當(dāng)時(shí)第掏j個(gè)性雨能失效毛時(shí)的損列失值，λ為年貼現(xiàn)率注，Pij為第i居個(gè)災(zāi)害縣荷載工豈況下第駛j個(gè)極各限狀態(tài)意的失效效概率，伍k所考聰慮的極說(shuō)限狀態(tài)2、結(jié)構(gòu)丙失效損失炮值估計(jì)Kand刷a和Sh蓄ah提出么的模型損失的分喉類：a、結(jié)構(gòu)鏟破壞，需腥要維修或峰更換。b、建筑鏈物內(nèi)物品舟損壞，需劫要維修或膽更換。c、非結(jié)鋼構(gòu)構(gòu)件破面壞，需要罩維修或更崖?lián)Q。d、儀殖器設(shè)備崇損壞，紫需要維躬修或更盞換。e、脊性能失染效f、受冰傷g、死零亡h、心個(gè)理傷害不同用掩途建筑贊結(jié)構(gòu)的括分類：A、私有未房屋B、供出字租的公寓C、小勒商店D、高晚層辦公丟樓E、豎醫(yī)院F、抓消防站G、核誦電站根據(jù)我糊國(guó)實(shí)際肯情況的行結(jié)構(gòu)失級(jí)效損失繡值估計(jì)2.4翼人員傷亡銹損失評(píng)估一般情況愧下可以采殲用兩種方閉法來(lái)處理梨人員傷亡堅(jiān)損失問(wèn)題卵，一是人催員傷亡損哪失的貨幣崗化處理，驗(yàn)計(jì)入結(jié)構(gòu)華壽命周期嫂總費(fèi)用中笑；另一種發(fā)是將人員錘傷亡與結(jié)硬構(gòu)壽命周痕期總費(fèi)用柔分開(kāi)考慮摸，要求人三員傷亡率義在一個(gè)可來(lái)以接受的傘范圍內(nèi)，刑并將這一慈要求作為近約束條件脖加進(jìn)問(wèn)題往的數(shù)學(xué)模能型之中。2.4.眾1人糠員傷亡損露失的貨幣辣化通過(guò)支付鼓意愿來(lái)進(jìn)悼行人員傷纖亡損失評(píng)稅估。支付意崗愿是指在狼假想市姿場(chǎng)下人爆們對(duì)環(huán)產(chǎn)境物品既、公共盞物品或嚴(yán)者某種已服務(wù)愿野意支付祖的貨幣那量。2.4這.2屈基于生惠命質(zhì)量伏的人員松傷亡損冶失費(fèi)用顏評(píng)估通過(guò)生命質(zhì)萬(wàn)量指標(biāo)和避免死亡父隱含費(fèi)用來(lái)對(duì)人員察的傷亡損嘆失費(fèi)用進(jìn)紋行評(píng)估2.4殿.3岡人員喝傷亡的劫風(fēng)險(xiǎn)水理平人員傷字亡損失市的貨幣菠化處理挖常導(dǎo)致本一些人訂類倫理鞋方面的際爭(zhēng)論，避因此可照以將人箱員傷亡鎖與結(jié)構(gòu)干壽命周頓期總費(fèi)徹用分開(kāi)液考慮，按參照整秧個(gè)社會(huì)穴各種活濱動(dòng)的人牛員傷亡遮風(fēng)險(xiǎn)水護(hù)平，是蟻建筑破廣壞導(dǎo)致欣的人員避傷亡率犧在一個(gè)遞可以接幻玉受的范垃圍。2.4.鵲4人錯(cuò)員傷亡損瘦失的評(píng)估各模型D為地震娛引起的死瞇亡人數(shù)，遺H為建筑嚷物倒塌數(shù)竹，P為地仁震破壞區(qū)處的人口數(shù)魚(yú)，W為地帖震破壞區(qū)頭的建筑總毒數(shù)，S為拉嚴(yán)重破壞惱（部分倒魄塌）的建魂筑數(shù)量，凝x為建筑嗎的破壞率駱，B為發(fā)頃生火災(zāi)的辨建筑數(shù)量坦，F(xiàn)與火為災(zāi)有關(guān)的壟參數(shù)，T粉為與地震鉆發(fā)生的時(shí)懶間有關(guān)的適參數(shù)，E換為與年代評(píng)有關(guān)的參堆數(shù)。人們基于裳不同的側(cè)尋重點(diǎn)又提敵出了以下塘的一些模敘型三、基于謀投資—效槽益準(zhǔn)則的趕結(jié)構(gòu)目標(biāo)貍性能3.1遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)目殼標(biāo)可靠度呆的優(yōu)化決彼策根據(jù)投斗資—效爐益準(zhǔn)則腎,本文駱提出以殘下3種拉結(jié)構(gòu)目拒標(biāo)可靠度優(yōu)悼化決策抬模型：式中:和[Psi]為設(shè)計(jì)夫變量,是徑基于性能獅i的結(jié)構(gòu)任目標(biāo)可靠烤度;目標(biāo)程函數(shù)包括稱3部分,率C0([Psi])為結(jié)紙構(gòu)的初始千造價(jià),Cm([Psi])為命檢查維無(wú)修費(fèi)用女,第3葛項(xiàng)是所奴考慮的旨np個(gè)不同劣結(jié)構(gòu)性丟能失效勢(shì)時(shí)結(jié)構(gòu)練失效損懷失期望祥值的和付,Cfi為該性能泰失效時(shí)的才損失值.模型1捷概念模鍵型此處換話個(gè)角度撲，在目串標(biāo)可靠寬度優(yōu)化件決策模茶型中,尾把結(jié)構(gòu)邀設(shè)計(jì)方賴案也作汽為設(shè)計(jì)墊變量,看這樣,故根據(jù)設(shè)棗計(jì)方案旺可以很古方便地畜得到結(jié)缺構(gòu)造價(jià)臉,從而妹解決了斃結(jié)構(gòu)造融價(jià)評(píng)估鄉(xiāng)豐這一困鍛難.基碧于這種濾考慮，著提出了瞧以下兩愚種優(yōu)化撫模型:參數(shù)規(guī)劃尿法及約束禁放松法該模型斧的目標(biāo)扣函數(shù)中叼可以看揀出，結(jié)笛構(gòu)造價(jià)吼必須表僑示為結(jié)份構(gòu)目標(biāo)腥可靠度跟的函數(shù)蜓，即由太結(jié)構(gòu)目責(zé)標(biāo)可靠哥度唯一聯(lián)決定結(jié)濾構(gòu)的初朝始造價(jià)銳。模型2獸參數(shù)筒規(guī)劃法式中:x就表示結(jié)構(gòu)奪設(shè)計(jì)方案潑的設(shè)計(jì)變獸量向量,萬(wàn)可以是與飄結(jié)構(gòu)布局句、拓?fù)?、顛形狀、尺瞎寸等有關(guān)俯的變量;爪目標(biāo)函數(shù)狂中，C0(x)和簽Cm(x)分弦別為結(jié)構(gòu)釀的初始造旱價(jià)和檢查膜維修費(fèi)用征，是結(jié)構(gòu)己設(shè)計(jì)方案讀x的函數(shù)耕,Psi(x)努為設(shè)計(jì)彎方案x遠(yuǎn)基于性槳能i的墨結(jié)構(gòu)體捎系可靠奶度，Cfi為該性能脂失效時(shí)的甘損失值.影約束條件橋中，gj(x)表≤0為糊與設(shè)計(jì)啄方案有騾關(guān)的確鵲定性約雹束條件列,如構(gòu)凈件的強(qiáng)容度約束貨、構(gòu)造輔要求約蟻束等，[Psk]-Psk(x)堡≤0為唐基于性蜻能的結(jié)娛構(gòu)體系印可靠度討約束.模型3葉約束放松壯法式中各挨項(xiàng)表示妥的含義張與模型遮2相同組.求解挨最優(yōu)模泛型3,鄙得到最閑優(yōu)設(shè)計(jì)睡方案xopt,則基衣于性能達(dá)的結(jié)構(gòu)吳體系目拌標(biāo)可靠很度可由號(hào)下式求來(lái)出:可以證溜明當(dāng)模趙型2中惰基于性喂能的結(jié)萌構(gòu)體系興可靠度宇約束均申為作用座約束時(shí)貨，模型暗2與模萍型3等樹(shù)價(jià)。在模型鍵3中最扇優(yōu)目標(biāo)應(yīng)可靠度誦既未出麥現(xiàn)在目羨標(biāo)函數(shù)宰中,也彈未出現(xiàn)冷在約束需中.從缺這個(gè)事體實(shí)可得童到一個(gè)侵重要的答結(jié)論,鴿在根據(jù)吃投資—肢效益設(shè)逝計(jì)結(jié)構(gòu)正時(shí),準(zhǔn)婆確地估擋計(jì)結(jié)構(gòu)煎在壽命疲周期的喊總費(fèi)用戚和失效威風(fēng)險(xiǎn)是仍非常關(guān)騾鍵的,宇如果它奇?zhèn)兡鼙桓蓽?zhǔn)確估伍計(jì),對(duì)付目標(biāo)可過(guò)靠度并雕不需要醋加以約筍束就能閑得到有號(hào)恰當(dāng)可它靠度的底設(shè)計(jì),偶并同時(shí)鄉(xiāng)豐確定最娃優(yōu)目標(biāo)漿可靠度悅。3.2念結(jié)構(gòu)目導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)強(qiáng)脈度的優(yōu)化仍決策1、強(qiáng)度船模型在結(jié)構(gòu)乎響應(yīng)分奏析中，貞結(jié)構(gòu)層翁間變形考和地震受作用的毒關(guān)系采棋用理想效彈塑性偉模型，伶如圖以上模型窩采用以下蛙假定:(1)砍結(jié)構(gòu)的澆初始造辮價(jià)由結(jié)籠構(gòu)設(shè)計(jì)驅(qū)強(qiáng)度決桶定;(2)結(jié)視構(gòu)反應(yīng)由謙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)葵強(qiáng)度和地碼面運(yùn)動(dòng)大楚小決定;(3)欄結(jié)構(gòu)的夢(mèng)破壞程病度由結(jié)丸構(gòu)層間柄變形決拋定;(4)末考慮不引同的地征震動(dòng).結(jié)構(gòu)壽葡命周期港總費(fèi)用招包括初掃始造價(jià)葛、破壞鼓修復(fù)費(fèi)槳用、結(jié)雙構(gòu)失效憂損失和離引起的菜間接損照失,見(jiàn)尺圖2.崖這樣,軌結(jié)構(gòu)最雖優(yōu)設(shè)計(jì)歸強(qiáng)度的丈模型為2、結(jié)構(gòu)吃壽命周期映總費(fèi)用式中:管R為結(jié)芽構(gòu)設(shè)計(jì)姜強(qiáng)度,廟Ct為結(jié)構(gòu)壽雜命周期總偏費(fèi)用,Ci為初始造頑價(jià),Cr為破壞小修復(fù)費(fèi)藝用,Cc為結(jié)構(gòu)殘失效損末失,Cf為結(jié)構(gòu)匪失效引眠起的間叼接損失損;通過(guò)鉆構(gòu)造近艙似關(guān)系睡來(lái)估算塞以上費(fèi)慶用.3.3紗結(jié)構(gòu)目勁標(biāo)設(shè)防烈煮度的優(yōu)化非決策在遵循其倒抗震設(shè)防指標(biāo)準(zhǔn)下，坊根據(jù)投資貍—效益準(zhǔn)譯則，對(duì)建犁筑結(jié)構(gòu)的源設(shè)防烈度巧進(jìn)行優(yōu)化賊決策，從溪某種程度圖也反了結(jié)柔構(gòu)的目標(biāo)柳性能水平淚，這就是最優(yōu)設(shè)寨防烈度。按設(shè)防胸烈度Id設(shè)計(jì)的滿魔足規(guī)范要新求、造價(jià)溫最小的設(shè)虎計(jì)方案為忠x(Id)來(lái)討帶論.根撓據(jù)“小覺(jué)震不壞餃、中震棗可修、斤大震不涼倒”的倦設(shè)防要敞求,結(jié)晚構(gòu)x(章Id)在遇登到隨機(jī)悶烈度為斷S的地柔震時(shí)不味壞、可拍修、不久倒的可表靠度可紫近似表廉示為圖姨3所示棟的關(guān)系傷,圖中跟Il、Id、Iu分別表示學(xué)眾值烈度祝、設(shè)防烈迷度、大震拉烈度.把規(guī)范均中規(guī)定她的5個(gè)患破壞等姻級(jí):基陸本完好醫(yī)、輕微櫻破壞、孝中等破麻壞、嚴(yán)券重破壞貪、倒塌腦,與“客不壞、已可修、卵不倒”股聯(lián)系起資來(lái)后,濫通過(guò)近鑰似處理聾,就可妨以得到揪結(jié)構(gòu)x廣(Id)遭受興某一等蠻級(jí)破壞項(xiàng)的概率紛,從而壘進(jìn)一步衣進(jìn)行結(jié)塘構(gòu)x(其Id)的失效贊損失期望資評(píng)估.這樣,最優(yōu)規(guī)設(shè)防烈度芒的優(yōu)化決消策模型為3.4撐結(jié)肥構(gòu)目標(biāo)雁性能優(yōu)抵化決策盲的討論前面3種攔目標(biāo)性能顛優(yōu)化決策肆采用了不同同的處理喊方法,窄最優(yōu)可靠學(xué)度采用了角結(jié)構(gòu)可靠慮度理論進(jìn)床行可靠度劉計(jì)算;警最優(yōu)設(shè)防農(nóng)烈度則假瓦定按規(guī)范熄設(shè)計(jì)的結(jié)即構(gòu)滿足“問(wèn)小震不壞劇、中震可處修、大震竿不倒”來(lái)?yè)鋵?duì)可靠度甘做近似處額理后得到扇;最優(yōu)田設(shè)計(jì)強(qiáng)度部利用Mo撤nte書(shū)Ca鍋rlo法蒜來(lái)解決這饒個(gè)問(wèn)題.而對(duì)于結(jié)慢構(gòu)性能失捧效值的確封定,以獄上3種說(shuō)目標(biāo)性能視優(yōu)化決策他都采用了攜已有的一燒些調(diào)查數(shù)寧據(jù).下屯面對(duì)最優(yōu)腥可靠度與什最優(yōu)烈度刺的關(guān)系做醉進(jìn)一步的宇討論.設(shè)防荷載英和目標(biāo)可怪靠度是結(jié)丹構(gòu)抗震設(shè)捷計(jì)中必須威考慮的兩承類變量.盲它們之間毯的關(guān)系如留下：(1)如果作用暑到結(jié)構(gòu)上奇的荷載是挽無(wú)限粗糙維的(即荷載岔的離散性未遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于含結(jié)構(gòu)本身筐的離散性貝),則連結(jié)構(gòu)可以王看做確定及性的.茄對(duì)于給定裹的結(jié)構(gòu),耐結(jié)構(gòu)的憶可靠度和迫設(shè)防荷載姐有簡(jiǎn)單的隊(duì)一一對(duì)應(yīng)播關(guān)系.大戀震和颶風(fēng)庸都可以近爭(zhēng)似為無(wú)限后粗糙的荷誦載.(2)如果作用激到結(jié)構(gòu)上退的荷載是稅一般粗糙衡的,此停處采用蓋一個(gè)簡(jiǎn)掉單的概梳念模型暴來(lái)討論兼結(jié)構(gòu)設(shè)切防荷載員和結(jié)構(gòu)諒目標(biāo)性鉗能水平窮的關(guān)系烘.在兔這個(gè)模黨型中,產(chǎn)假定邊設(shè)計(jì)變禮量包括茂結(jié)構(gòu)設(shè)虜計(jì)方案狡x,參設(shè)防烈昆度Id(來(lái)丸描寫設(shè)計(jì)知地震荷載號(hào)),襖目標(biāo)可靠漿度[Ps]鹿,目標(biāo)扣函數(shù)包仍括初始笛造價(jià)和值損失期湊望。式中:Ps是結(jié)構(gòu)的垃實(shí)際可靠圖度,C0是結(jié)構(gòu)的途初始造價(jià)熄,D(x)秒為失戚效損失竿.其得他約束茅包括了紡結(jié)構(gòu)分肥析所需裕滿足的霉控制方判程、規(guī)真范中規(guī)悶定的各洲種構(gòu)造女措施、攏描述結(jié)尚構(gòu)失效片的極限摘狀態(tài)方舅程和結(jié)它構(gòu)可靠州度的計(jì)醉算方法歸.按照這恰個(gè)模型倍進(jìn)行設(shè)尚計(jì)存在隨一個(gè)非有常嚴(yán)重穴的困難奏是結(jié)構(gòu)呀可靠度規(guī)或失效幕概率的著計(jì)算.最優(yōu)設(shè)頸防烈度湯計(jì)算中檢,采恭用了一酬個(gè)重要炮的假定棚:嚴(yán)格按現(xiàn)勾有規(guī)范設(shè)籮計(jì)的結(jié)構(gòu)絡(luò)可靠度將雅等于目標(biāo)淺可靠度.這魄樣可以霧回避計(jì)構(gòu)算結(jié)構(gòu)者可靠度僵的困難寨,認(rèn)為結(jié)構(gòu)組的可靠度挎等于規(guī)定手的目標(biāo)可者靠度.根據(jù)“返小震不換壞、中趙震可修矩、大震夫不倒”慣的設(shè)防掌水準(zhǔn),做近似錘處理了溜結(jié)構(gòu)在棗地震烈壩度作用纖下的“糊不壞、覺(jué)可修、近不倒”牲的可靠忌度,稍并和結(jié)許構(gòu)的5鉛個(gè)地腳震破壞聞等級(jí)聯(lián)興系起來(lái)宋,可豬以得到星根據(jù)規(guī)從范按設(shè)駁防烈度Id設(shè)計(jì)出來(lái)溜的結(jié)構(gòu)在申遇到隨機(jī)鳥(niǎo)烈度地震次時(shí)發(fā)生某鞠一破壞等選級(jí)的概率米.這樣,閃式(7)妥可以簡(jiǎn)滿化為目標(biāo)函數(shù)甘中包含結(jié)續(xù)構(gòu)設(shè)計(jì)方己案x和設(shè)盈防烈度Id,待袋求變量只嚼有設(shè)防烈墻度Id因此,問(wèn)障題得到簡(jiǎn)每化。優(yōu)化問(wèn)題退歸結(jié)為確但定最優(yōu)設(shè)幻玉防烈度.從上可以要得出,最淹優(yōu)設(shè)防烈鳳度的優(yōu)缺查點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)顛共性的最性優(yōu)目標(biāo)性遣能水平.找操作簡(jiǎn)米便,考慮艇了“小紛震不壞、兄中震可修婦、大震不員倒”的普狼遍性要求大,易于萌和現(xiàn)行規(guī)僻范銜接。局限：無(wú)法考諒慮結(jié)構(gòu)絞抗震設(shè)議計(jì)中的江特殊性園要求,擊而強(qiáng)駱調(diào)設(shè)計(jì)錘的個(gè)性很正反映描了基于術(shù)性能的兼結(jié)構(gòu)抗無(wú)震設(shè)計(jì)餅思想,欺。四、基膜于投資展—效益庭準(zhǔn)則的評(píng)結(jié)構(gòu)朗分災(zāi)抗錦震設(shè)計(jì)4.1睛、結(jié)構(gòu)籍分災(zāi)抗剛震設(shè)計(jì)揚(yáng)概念按照投來(lái)資—效暑益準(zhǔn)則羅設(shè)計(jì)結(jié)噸構(gòu)時(shí),瘦結(jié)構(gòu)設(shè)虛計(jì)問(wèn)題蘭表達(dá)為傅一個(gè)優(yōu)珍化設(shè)計(jì)冰問(wèn)題，醉即式中：X為設(shè)計(jì)月向量,目標(biāo)函餡數(shù)W為結(jié)構(gòu)斯在全壽治命周期沸內(nèi)的總明費(fèi)用,C0(X)為誓結(jié)構(gòu)的測(cè)初始造慘價(jià),Cm為結(jié)構(gòu)的界檢查、維平護(hù)和維修候費(fèi)用,第三項(xiàng)膠為結(jié)構(gòu)艱失效損絡(luò)失期望,等于所慨考慮的ns個(gè)不同結(jié)存構(gòu)性能分脖別在小震(l=1)、中震(l=2)、大震(l=3)作用下,發(fā)生失效地時(shí)結(jié)構(gòu)失尸效損失期災(zāi)望值之和鹽。Plfi(X)為在某級(jí)葡地震作用謠下基于該漠性能i的結(jié)構(gòu)匙失效概小率,[plfi]為相應(yīng)薄的目標(biāo)返值,Clfi為該性歉能失效氧時(shí)的損迅失值,ClfiPlfi代表該模類式失效時(shí)肯的損失期分望。gj(X)為確定性販約束條件續(xù),包括規(guī)蜜范給定的柴結(jié)構(gòu)抗震說(shuō)構(gòu)造要求訓(xùn)等。對(duì)于失效森損失很小被的失效模殊式,可以召允許它們擋有高的失樂(lè)效概率,市而對(duì)失效輪損失很大晝的失效模氏式,則應(yīng)樸該使其失排效概率盡虎量低。整個(gè)結(jié)用構(gòu)系統(tǒng)軟設(shè)計(jì)為哪兩個(gè)部討分:主體結(jié)構(gòu)響和分災(zāi)元馳件在非災(zāi)漁害荷載察下,結(jié)岔構(gòu)體系春的主體釀結(jié)構(gòu)和慎分災(zāi)元?jiǎng)蚣餐职l(fā)揮作蔑用,保俱證結(jié)構(gòu)隔的各種酒正常使莫用功能昨;在災(zāi)害鐵荷載下洪,結(jié)構(gòu)緊的分災(zāi)貪元件開(kāi)具始發(fā)揮庸分災(zāi)作暑用,通告過(guò)一定朋的分災(zāi)油模式(誰(shuí)如耗能柄、隔震綁方式、躲改變結(jié)剪構(gòu)特性確以減少俘地震輸泊入等)阻,來(lái)乞保證主舅體結(jié)構(gòu)乖的安全新,盡量能使其變帖形狀態(tài)豆維持在斑彈性階腸段,從創(chuàng)而維護(hù)記整個(gè)結(jié)附構(gòu)體系望的各種甲正常使休用功能巷.著名有過(guò)限元和益結(jié)構(gòu)工待程領(lǐng)域宰的專家忘Wil撲son毒曾出:現(xiàn)代結(jié)蕉構(gòu)設(shè)計(jì)濕的哲理貧是,一舌個(gè)好的除結(jié)構(gòu)設(shè)易計(jì)方案賠應(yīng)使結(jié)腿構(gòu)體系盼中只有輕有限的獻(xiàn)構(gòu)件需蛛要延性擾,而且襪整個(gè)結(jié)健構(gòu)體系陡的破壞伐機(jī)制應(yīng)克很清晰須地設(shè)計(jì)亭出來(lái)。睡這種設(shè)襖計(jì)方法蒙可以使兵結(jié)構(gòu)體笛系在大沙震后的綢修復(fù)費(fèi)鐘用最小角。分災(zāi)抗廣震設(shè)計(jì)衣基本原歲則分災(zāi)抗思震設(shè)計(jì)熟應(yīng)遵循駝以下基仗本原則素:(1)劉一體化的誰(shuí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化蒜設(shè)計(jì)：根據(jù)結(jié)構(gòu)俯總體性概僵念設(shè)計(jì)原雜則,利用預(yù)優(yōu)化設(shè)計(jì)惰理論,將涂結(jié)構(gòu)體系挨的主體結(jié)梅構(gòu)和分災(zāi)經(jīng)元件作為紗一個(gè)整體銹,進(jìn)行優(yōu)處化設(shè)計(jì),煙同時(shí)確定晶出它們各詢自的設(shè)計(jì)決參數(shù),并壞且要考慮瓜非災(zāi)害荷陪載與災(zāi)害禍荷載兩種訓(xùn)荷載工況禍。(2)大投資島—效益樓準(zhǔn)則：結(jié)構(gòu)抗震珍設(shè)計(jì)應(yīng)考奪慮結(jié)構(gòu)的聯(lián)初始造價(jià)濁(包括主頭要功能部餡分和分災(zāi)黎功能部分恒)、維蛾修費(fèi)用和舉損失期望指(包括直坦接損失和垮間接損失臉)這三個(gè)誘以經(jīng)濟(jì)指桑標(biāo)來(lái)衡量怖的目標(biāo)函使數(shù),根據(jù)精投資—效嚴(yán)益準(zhǔn)則,純結(jié)合具體織實(shí)際情況箏,找到一攏個(gè)使結(jié)構(gòu)裙的初始造蠻價(jià)、維修剝費(fèi)用和損僻失期望協(xié)呆調(diào)起來(lái)的爆設(shè)計(jì)方案吼。(3)結(jié)構(gòu)可零靠度理俘論的應(yīng)敢用：充分考慮續(xù)結(jié)構(gòu)抗震建設(shè)計(jì)中的董各種不確慕定因素。莖設(shè)計(jì)中,穗應(yīng)使結(jié)構(gòu)習(xí)的分災(zāi)模漁式成為結(jié)錘構(gòu)失效概蘿率最大、驗(yàn)失效損失犬較小的局垃部失效模喊式(第一雪道防線)奔;該失夜效模式的碰實(shí)現(xiàn)使原世結(jié)構(gòu)體系奏遷移為一貝個(gè)主要穩(wěn)丹定構(gòu)形,薪其動(dòng)力特匠性與原結(jié)堡構(gòu)有較大堂差別,從景而有利于睬繼續(xù)抵御驗(yàn)地震作用著(第二道喘防線)萍。這樣,屋分災(zāi)元件諷通過(guò)不同夜的分災(zāi)模阻式,為結(jié)行構(gòu)提供了劑兩道抗震陡防線。分災(zāi)抗呀震設(shè)計(jì)燈的應(yīng)用（1）分蹲災(zāi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)議計(jì)中廣輔泛使用驚的耗能阻趟尼器支償撐和基宮礎(chǔ)隔震浸支座等票被動(dòng)控府制元件,可以看之作是良好睛的分災(zāi)構(gòu)揭件,在風(fēng)揀荷載和小裝地震作用架下,這些液分災(zāi)構(gòu)件儲(chǔ)和普通構(gòu)誘件一樣起給支撐或連歸接作用;熔在大震作微用下,耗隊(duì)能支撐發(fā)瓦生非彈性輩變形耗