建筑结构基于性能的抗震设计.ppt

建筑结构基于性能的抗震设计--- 基本概念 同济大学 土木工程学院 结构工程与防灾研究所 吕西林 （所长、教授） 地震是一种破坏力极强的自然灾害 天然地震包括: 构造地震 火山地震 塌陷地震 地震造成的灾害分为： 直接灾害 间接灾害 地震对人类社会的危害 主要表现在两个方面： (1)地震引起建筑物的破坏、倒塌将导致严重的人身伤亡和惨重的财产损失; (2)地震以及地震造成的水灾、火灾等次生灾害将破坏人类社会生存的自然环境，产生巨大的社会影响。 近年来地震及损失情况统计 近年来震害造成的经济损失 近年来的震害说明随着经济的发展、结构设防措施的不断进步，地震造成的人员伤亡显著下降，但造成的经济损失却让社会难以承受： 1989年美国Loma Prieta 地震 1994年美国Northridge地震 直接经济损失200亿美元 1995年日本阪神地震 交通水电中断，导致严重次生灾害，经济财产损失巨大，造成直接经济损失大于1000亿美元 1999年我国台湾集集地震 生产计算机芯片的工厂遭受破坏，将会导致全球的计算机价格上涨 ，直接经济损失大于100亿美元 地震灾害呈现的新特点 随着经济全球化和网络经济的发展，一时一地的严重自然灾害会引起全球经济的震荡. 智能化程度越高、技术密集性越高，系统所在的结构物遭受破坏后，其灾难性后果就越严重. “三水准，两阶段”的抗震设防思想以保障生命安全为主要设防目标，而如今的建筑物往往建造费用高昂，装修、非结构构件和技术装备的损坏所造成的损失经常令业主难以承受. 我国抗震设计理论的发展 我国在1956年编制了第一个中国地震烈度区划图. 1959年提出我国第一个抗震设计规范草案. 1964年提出我国第二个抗震设计规范草案，使用地震系数来计算地震作用，设计方法主要为等效静力法与反应谱法. 1974年出版了我国第一部正式批准的抗震规范 1978年根据唐山、海城地震震害经验，对1974版规范进行了修改，正式出版了《工业与民用建筑抗震设计规范TJ11-78》. 1990年正式实施的建筑科学研究院修订的《建筑抗震设计规范GBJ11-89》采用了以概率可靠度为基础的三水准（小震不坏、中震可修、大震不倒）两阶段（小震下的截面验算和大震下的结构变形验算）的抗震设计思想. 《建筑抗震设计规范GBJ50011-2001》取消了近震、远震的概念，代之以设计地震分组概念；提出了长周期和不同阻尼比的设计反应谱；增加了结构规则性的定义等. 我国现行的结构抗震设计 我国现行的结构抗震设计是基于承载力或强度的设计方法： 采用了“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准设防目标和两阶段抗震设计方法. 采用弹性方法计算结构在小震作用下的内力和位移，用计算所得的组合内力验算构件截面. 为了防止非结构构件发生破坏，进行使用阶段的位移验算. 结构的延性和耗能能力大多是通过构造措施获得. 对特别重要和地震时容易倒塌的建筑，进行薄弱层弹塑性变形验算和采取相应措施，限制其水平位移. 我国抗震设计规范所采取的地震水准、结构性能水准和性能指标 我国建筑抗震设防分类和设防标准 现行设计方法存在的不足 设计目标为保证生命安全 具体实施的抗震设计方法的实质仍主要是采用基于强度(或承载力)的设计方法，难以对建筑物进行经济性评估. 线性状态的假定不符合实际 现行的建筑结构抗震设计方法是基于承载力辅以层间位移角验算的设计，这种设计方法都假定结构处于线性状态，这与实际的非弹性状态下考虑时间历程的分析结果不相一致。基于承载力的抗震设计不能预估结构屈服后的变形能力及在大震时的实际行为. 三水准抗震设防思想规定比较模糊 “大震不倒，中震可修，小震不坏”的三水准抗震设防思想规定比较模糊，在实际设计中很难控制. “不坏”、“可修”、“不倒”主要针对主体结构 在大的地震作用下，建筑物的非结构构件破坏得不到有效控制。虽然结构的主要构件可能没有受到严重损害，但是，往往因为维持建筑物正常运行的非结构构件等丧失功能而造成巨大的财产损失. 现行的反应谱法和时程分析法需要改进 目前所广泛采用的反应谱法仍存在许多不足之处： 首先，反应谱法不能有效地考虑强震时结构的非线性行为； 其次，不能考虑基础与土之间的动力相互作用； 再次，不能考虑地震动持时长短的影响； 并且，反应谱理论只能给出结构的最大地震反应，不能给出结构反应的全过程，以及结构各构件的破坏机理； 此外，反应谱法对于非比例阻尼结构以及不规则结构的分析效果还不理想 时程分析还不能广泛应用： 时程分析所用的地震波为实际的强震记录或人工地震波，结构对不同的地震波输