现代建筑结构抗震设计方法研究

能够较好的反映地震动强度、 频谱、 持时对结构 破坏的综合影响 ， 从输入能量和耗散能量 的角 度捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形
历程。 由于能量分析的复杂性 ， 基于能量的结构 控制极限状态 ， 在该状态下结构中受力较充分 抗震设计方法还处在理 论研究 阶段 ，能实际运 的部位 已经进 入屈服后变形状态 。第三水准对 用到工程设计中的能量设计法 至今还未完整 的 应人在地震 中能够幸存的极 限状态 ，在这一极 建立起来 。能量概 念和破坏模型一直是抗震研 限状态下虽然容许结构出现不可修复的损伤 ， 究 中的两个论题 ， 特别是 目前基于性能 的抗震 但要求保持较好的整体性而不倒塌。 设计思路的提出 ，又对抗震结构的耗能能力及 ２ ２结构构件抗震承载力的验算 性能的研究 提出了新的要求 。 在结构构件抗震力验算过程 中 ， 设计地震 ３ ． １基于能量的抗震设计方法 的特点 作用力以单独的一项乘以荷载分项系数加入到 ① 基 于能量的抗震设计 方法从能 量的角 结构构件的承载力验算 的作用效应计算 中。当 度考察地震对结构的作 用和结构 的损伤破坏的 以” 承 准则’ ｌ 来考察抗震结构的安全水准时 ， 相互关系 ， 用地震输入 能量在结构 中的转化 、 耗 地震力则被视为一项’ ’ 荷载” 以相应地震作用 散来解释整个地震作用过程 ， ， 并 原理更加清晰简 分项系数的取值体现其对构件可靠性水准的影 洁 。 响。当以’ 咽计地 震力— 延性’ 合准则来综合权 联 ② 结 构地震反应 的能 量分析方法 以能量 衡抗震结构 的安全水准时 ， 地震作用效应 和其 作为地震作用参数能够较好地反映结构在地震 他荷载效应的组合效应起确定结构构件屈服水 地面运动作用下的非线性性质及地震动三要素 准的作用 （ 、 幅值 频谱特性和持时 ） 对结构抗震性能影 响。 ２ ３结构地震作用降低系数 与抗震措施 ③ 能量分析采用动力时程分析方法 ， 能够 现代抗震设计所采用的思路是 用相对 于设 求得结构地震反应的全过程 ， 使塑性 累计损伤 防烈度地震水准而言降低 了的地震作用参与组 对结构破坏的影响能够清晰的反映出来 ，对结 合来进行结构 的承载能力设 计，以使结构在较 构损伤性能的控制有重要意义 。 低的地震作用时保持 弹性工作状态 ；在较大的 ３ 存在的问题 与今后的发展方 向 ２ 地震作用下 ，则引导结构 以合理的方式进入屈 ① 对 于设计地震作用的确定方式 ， 以能量 服后反应状态 ，通过结构 的非弹性变形来抵御 谱的形式虽然得到多数人的支持 ，有待进一步 部分地震作用， 使结构在不同水准的地震作 深入堋究 。
的意义 。 ４基于损伤 的结构抗震设计
３基于能量的结构抗震设计 基 于能量的抗震设 计理论是从能量 的角度 考虑地震地面运动对于结构的作用 ， 概念明确 ，
分为三个水准： 一 第 水准对应抗震正常使用极 限状态 ，就是在该状 态下结构的功能和使用应 不受影 响，这意味着结构和非结构构件都不会 发生需要修复的损伤。第二水准对应结构损伤
设计应用尚需大量研究工作。
参考文献
【古聿贤她 震工程学 ． 地震出 １月 】 北京： 版社， ｏ ２ ６ ０
［叶列平， 杰． 结构抗震设 计方法［． ２ ］ 经 论 ｑ第六届
全 国地震工程会议论文集，０ ２ ２０．
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１６ ７一
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用下满足相应的设防水准要求。得出的基本规 律是 ： 如果以结构始终保持弹性反应所需要的 设计地震作用为基准， 则对不论属于哪 特定 地震分区的结构而言， 其取用的设计地震作用 越低 ， 结构在相同水准地震作用下达到 的屈服 后水平位移就越大，或者 位移延 性需求 就越 高。
② 结构地震反应Ｌ能茧分析还处于研究 阶 段， 能量反应分析 比较准确 的、 普遍采用 的是 动力时程分析法。 ③ 对 结构总耗 能在阻尼耗能与 非弹性变 形耗能之 间的分配 、非弹性变形能结构 内部层 间及构 件的耗能分布规律 的研究结果并不十分 明确。还没有建立起—个 比较符合实际并得到
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而 。
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建 筑 技 术
现代建筑结构抗震设 计 方法研 究
郭 华 － 江雄华 ：
（、 １ 江西 省德 安 县建 筑 设 计 室 ， 西 德 安 ３０ ０ ２ 江西省弋 阳县城 乡规划建设局 。 江 ３４ ０ 、 江西 弋阳 ３４ ０ ） ３４ ０
摘 要 ： 年来建 筑结构 的抗 震研 究有 了长足 进 步 ， 近 多种 新 的抗震 设计 思路和 方去 涌现 出来 ， 特 足基 亏 ｌ能抗 震设 计思 想受到地 生 震工程界 的关 注。对 １前 主要使 用和研 究 的几种抗 震设计 方法 的主要 内容 、 １ ｔ 特点 、 究现 状和发 展 趋势进 行 了概 述 ． 研 关键词 ： 载力抗震 设计 ； 移抗震 设计 ； 承 位 能量 抗震设 计 ； 伤抗震设 计 损
开展。
普遍认可 的结构破 坏状态 与能量控制参数的关 系表达式。 ④ 目前对 能量法 的研究 还局限在单 自由
度体系的分析当中， 加强对多 自由度体系地震 能量反应与单 自由度 体系反应的关系方面 进行 研究 。对能量方法得 以应用到复杂结构体系上 尽早实现与工 程实 际抗震 设计的结合有很重要
１前 言
２ Ａ基 于承载 ＿结构抗震设计方法的特点 力
建 筑结构的地震反应可以用不同的交量来 体现 ， 体在抗震设计过程 中采用何种设计 变 量则要根据 结构 自 身类型 、 反应特性 地震 地震 破坏模式等因素综合考虑 。 据结 构抗震设 计 依 变量 的不 同对 结构 抗震设计方法 进行分类 ， 大 致可分为基 于承载力的抗震设计法 、基 于位 移 的抗震设计方法、基于能量的抗震设 计方法和 基于损伤的抗震设 汁方法 。目前我国抗震 设计 是一种 以承载力为主同时含有部分性能设计思 想的方法。 ２基于承载力 的结构抗震设计 基于承载力的抗震设计 ， 建立在静力分析 理论之上 ， 惯性力的形式来反映地震作用 ， ｌ 并 按弹性 方法来计算结构地震作 用效应 的大小 、 进行结均 弹性 位移验算，把结构构件的强度是 否达 到特定的极限状态作 为结 构失效 的准则 。 基于承载力的结构抗震设计方法是现行规范 中 普遍应用的基于承载力并考虑结构延性的抗震 设计方法。 ２ 设防 目标 ． １ 现代基 于承 载力的结构抗震设计 目标大致
① 与传统 的结构设 计方法接近 ， 于工程 便 设计人员 理解和操作 。 ② 基于承载力 的抗 震设计 以惯性力 的形 式来 反映地震作用 ， 视结构为弹性体 系 ， 以结构 固有 频率所对应 的最 大地震反应 为控制值 ， 按 弹性方法计算结构地震作用效应。 ③ 加速度反 应谱理论取用 的是整 个反 应 过 程中的最大值 ，不能给 出结构地震 反应的全 过程， 没有考虑地震动的持时特 性。 ２ 基于承载力结 构抗震设计方法 的研 究 ５ 现状及发展趋势 基于承载力的抗震 设计法作为产生较早的 方法， 经过多年的研究发展较之其他抗震设计 方法相对成熟。目 前加速度反应谱的短周期段 的精度已基本满足工程使用要求，研究主要关 注反应谱 的不合理 陛。 随着高层 、 超高层等长周 期结构的发展 ， 对反应谱长周期的研究也逐渐
６结语
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从当前 主要使用 和研究 的几种抗震设计方 法出发 ， 对基于承载力 、 基于能量 、 基于损伤、 基 于位移结构抗震设计方法的内容、 特点、 研究现 状和发展趋势进行 了概述 。目前基于承 载力的 抗震设计方法较之其他方法较为成熟，有了完 整的设计体系， 与传统结构设计做法近似、 易于 操作 ，但该方法还存在—些问题需要进一 步研 究调 整。 其他 几 种抗 震设计方法各 国 色 ， 特 概念 原理清晰 ，分析及计算过程考虑到了基 于承载 力的设计方法 的一些不足 ， 但分析方法复杂 、 对 普通设计者缺乏可操作性 ，距离实际工 程抗震
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位移角限值和总体位移限值。 核心思想是直接 通过控制结构的位移和层间位移水准来进行结 构抗震设计。 它是一种合理的、 定量的并且相对 简单的方法。 根据设计思路的不同， 基于位移的
结构抗震设计大致可分为三种方法 ： 按延性系 数设计方法 、 能力谱法、 直接基 于位移 的设计方 法。 电 １ ｆ仃之间的差别在于 ： 直接位移法和控制延 性方法是依 据位移 目标进行结 构设计 的方法 ， 而能力谱法则更多 的是一种位移验算方法。
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近 年来 地震 害经 验和各 国学 者的研究 表 明： 由于地震是一种往 复运动 ， 并且地震动持时 般 较短 ，因此地震作用 下的损伤不仅与最大 变形 有关 ，还与结构的低周疲劳效 应所造成的 累积损 伤有关 。用能够反映结构 的变形和累积 损伤效应 的损伤性能参数可 以 好地描述结构 更 的非弹性性能 ， 通过选取适当的地震损伤模 型、 按照结构在未来地震作用下的损伤允许值来进 行抗 震设计更为经济合理 ，由 此产生 了基于损 伤性 能的抗 震设计思想。采用基 于地震损伤理 论的损伤指数能够定量的描述结构在地震作用 下的倒塌破坏情况 ，而且损伤指数 物理意义明 确。 ５基于位移的结构抗震设计 基于位移 的抗震 设计是指 ：在一定水 准的 地震 作用下 ，以结构的位移响应 为 目 标设计结 构和构件 ， 结构达到该水准地震作用下 的性 使 能要求。 其原理为按位移要求进行定量分析， 使 结构的塑性变形能力满足在预期的地震作用下 的变形要求，即控制结构在大震作用下的层间