不规则结构抗震分析方法研究综述

不规则结构抗震分析方法研究综述

摘要：随着经济的不断发展，人们生活水平逐渐提高，尤其是近些年房地产业繁荣，人们的审美观点越来越多元化，人们对建筑功能和建筑美学的要求不断提高，不断打破传统规则建筑，体型复杂的建筑在世界的各大城市逐渐增多。但是，不规则结构在地震作用下的安全性越来越被重视，本文主要对研究不规则结构地震分析方法进行概述。

1、早期的抗震分析方法

对于结构抗震的探索和研究，是从20世纪初年美国san francisco地震后才逐渐被认识和重视。1915年日本的佐野率先提出了评估地震动的一些概念，并认定作用于结构的地震作用f=rw （r为震度，w为建筑物自重）。随后该方法被列入日本相关法规，并规定取r=0.1。20世纪20～30年代，国际上比较普遍的把抗震结构设计纳入到建筑设计中去，当时已经意识到房屋惯性力的重要性，在还无法对结构进行可靠量测得情况下，又缺乏对动力结构反应的认识，对地震力惯性加速度无法给出可靠的估算，一般认可的是取建筑物的质量10%的水平力进行设计。

2、反应谱理论分析方法

第一个强震加速度记录是1933年的美国长滩发生地震时取得的，在随后美国eicentro地震时取得了大量重要的强震加速度记录。通过对这些强震记录的加工整理以及对结构自振特性的研究总结，美国的一些学者提出了地震反应谱理论。1956年，美国旧金山采用

了新的抗震设计规定，该规定以加速度反应谱为基础，建立了建筑物自振周期、阻尼比和基底剪力系数的关系。此后，经过包括我国在内的一些国家的研究发展，形成比较合理、目前普遍采用的抗震设计方法。我国及国际山多数国家抗震设计规范本质上都采用了反应谱理论和结构能力设计的原则。

3、基于性能的抗震分析方法

自20世纪90年代开始，美国、日本、澳大利亚、欧洲混凝土协会和我国有关机构和专家研究并提出了基于性能的抗震设计理念。美国的atc40、fema273提出了原有建筑检测评估和加固中使用多重抗震目标的意见，并提出了相应的设计方法。1995年美国加州semao提出了基于性能的结构抗震理念。2003年美国国际法规委员会推出了《建筑物及设施的性能规范》，其内容全面，无所不包，涉及到结构的正常使用阶段性能、受到各种偶然和必然灾害（风、火、地震）时的性能、施工阶段和长期使用阶段的性能，该规范对基于性能设计的各项准则做出了具体全面而又精确的规定。随后，日本也开始将抗震性能设计的理念纳入新建结构的抗震设计和既有建筑加固的标准中，并由建筑研究所确定各种具体建筑的性能标准。澳大利亚则在基于性能设计的整体框架方面做出了许多研究，提出并制定了相应的建筑规范。2003年欧洲混凝土协会出版了《钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计报告》。我国在基于性能设计方面也有显著的发展，2010年《建筑结构抗震设计规范》首次将性能设计引入规范。

基于性能设计时结构抗震设计的一个新的重要发展。它的主要特点是：将抗震设计从宏观单调抗震设计目标向具体定量的多重目标推进，并且将性能目标的选择权交给业主；对结构的抗震性能进行细致深入的计算分析，并经过相关专业人员的的评测和检验。抗震设计中更注重对性能目标的实施标准的具体分析和验证，有利于促进结构抗震设计的发展和改革，现行规范中还未涉及到的新的结构体系、新的科学技术、新型材料可以经过论证后加以采用；这样可以根据不同的场地情况、抗震设防目标和结构的重要程度采取不同抗震设防目标，这是一个新的发展方向，目前仍未在工程中得到普遍的应用和推广，还有许多问题尚待解决和改进，例如：地震的偶然性、结构计算的模型以及相关参数的取用存在许多经验成分、模型试验不足、震害试验缺乏、对非结构的抗震性能目标和地震灾害预估研究不深入。但随着它在工程中的逐渐得到推广和应用，必将会趋于成熟。

复杂结构建筑结构设计比较适合基于性能的抗震设计方法。这些工程都属于不规则结构，甚至是特别不规则结构。结构建筑混凝土技术规程虽然对此类结构的常规设计方法提出了设计规定，但实际工程经常遇到规程适用范围以或规程中尚未规定的问题，此外结构钢结构和混合结构的复杂结构体系目前还有相应的设计规定。对这些工程的进行抗震设计时无法参考现行的设计规范，缺少具体详细可靠的设计依据、设计目标和方法，设计者按照实际工程情况的需要，进行具体细致的计算分析和专业可靠的的检验论证，必要时还

需要按照实际结构建立模型进行试验论证，从而采取比规范规定的更加可靠、实用和有针对性的抗震措施，这就需要业主提供相应的经济援助，同时设计人员的论证也必须接受抗震设防专项审查，以保证结构的在抗震性能目标下的安全性能。这中设计程序和设计理念和性能设计的核心思想完全一致。近年来的结构建筑工程的抗震设防专项审查的实践表明，不少工程的设计和专项审查已经涉及到基于性能抗震设计的理念和方法。在实际的复杂结构建筑工程设计中设计者和审查专家都基于性能的设计要求，因此在复杂结构建筑结构中采用性能设计的时机已经成熟。

4、基于性能的抗震分析方法举例

4.1静力弹塑性分析

静力弹塑性分析又被称为pushover分析，是基于性能的抗震设计中具有代表性的分析方法。所谓基于性能的抗震设计是以某种目标性能为设计控制目标，而不是单纯的满足规范要求的极限承载能力，最后通过非线性位移结果评价结构是否满足目标性能要求。在新颁布的《建筑抗震设计规范》（gb50011-2010）中关于结构分析方面的条文3.6.2中规定：“不规则且具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。此时，可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法”

pushover方法的早期形式是“能力谱方法”（capacity spectrum method csm），是基于能量原理的一些研究成果，试图将多自由度

体系在大震作用下的弹塑性特性通过转化成单自由度来体现，目的是构思一种罕遇地震作用下结构抗震性能的快速评估方法。

4.2时程分析

时程分析又称为动态分析法，一般可分为弹性时程分析和弹塑性时程分析。它是将地震波按时段进行数值分析后，按照地震波的特性施加到结构上，时程分析法可以得出结构在地震波中各个时段的各个构件的应力和位移反应，计算出结构在整个强震下的振动状态全过程，并描述各个时刻每一构件的内力和变形，时程分析法可以具体和准确的描述出结构在实际地震作用下各个构件的工作状态。在不规则建筑中，结构体型变化大，且常常出现平面、立面收进并存在楼板开洞严重等，导致了结构的刚度和质量分布不合理，可能引起结构发生整体或局部的扭转。结构本身存在着很多薄弱环节和安全隐患。通过时程分析可以查找发现结构在地震作用下薄弱部位和安全隐患，从而保证结构的抗震性能。因此，在抗震设计过程中，对结构进行地震下的时程分析是必要的。

5、结束语

本文主要研究了不规则结构在地震作用下的分析方法，包括早期的抗震分析方法，反应谱理论分析方法和基于性能的抗震设计分析方法等等，列举出目前基于性能的抗震设计分析方法的实际应用，对不规则结构的抗震分析的若干方法进行了综述。