建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計和基本概念課件

1、建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計和基本概念2地震是一種破壞力極強的自然災(zāi)害天然地震包括:構(gòu)造地震火山地震塌陷地震地震造成的災(zāi)害分為：直接災(zāi)害間接災(zāi)害3 一、直接災(zāi)害： 地震災(zāi)害主要有：地面破壞 地面裂縫、塌陷、噴水冒砂等；建筑物與構(gòu)筑物的破壞 房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開裂、鐵軌變形等；山體等自然物的破壞 山崩、滑坡等；海嘯 海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區(qū)的破壞；地光燒傷 雖不常見，但我國海城、唐山等地震均有此例。4二、次生災(zāi)害： 直接災(zāi)害發(fā)生后，破壞了自然或社會原有的平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，從而引發(fā)出的災(zāi)害。次生災(zāi)害所造成的傷亡和損失可能直接災(zāi)害還大，主要的次生災(zāi)害有：火 災(zāi) 由震后火源失控

2、引起； 水 災(zāi) 由水壩決口或山崩擁塞河道等引起； 毒氣泄漏 由建筑物或裝置破壞等引起； 瘟 疫 由震后生存環(huán)境的嚴重破壞而引起。5地震對人類社會的危害主要表現(xiàn)在兩個方面：(1)地震引起建筑物的破壞、倒塌將導(dǎo)致嚴重的人身傷亡和慘重的財產(chǎn)損失;(2)地震以及地震造成的水災(zāi)、火災(zāi)等次生災(zāi)害將破壞人類社會生存的自然環(huán)境，產(chǎn)生巨大的社會影響。 6近年來地震及損失情況統(tǒng)計 時間地點震級死亡人數(shù)經(jīng)濟損失1992.3.13土耳其，艾耳津坎6.88008億美元1993.9.29印度，凱拉里6.2100001994.1.17美國，北嶺6.757200億美元1995.1.17日本，神戶7.254381000億美元1

3、995.5.27俄羅斯，薩哈林7.6296510億美元1996.2.23中國，麗江7.030925億美元1996.3.19中國，伽師6.93億美元1996.5.13中國，包頭6.42627億美元1997.5.10伊朗，伽恩伊爾兼得7.11560億美元1998.2.9中國，張北6.2499億美元1999.8.17土爾其，伊茲米特7.414000100億美元1999.9.21中國臺灣，集集7.32450100億美元7近年來震害造成的經(jīng)濟損失 近年來的震害說明隨著經(jīng)濟的發(fā)展、結(jié)構(gòu)設(shè)防措施的不斷進步，地震造成的人員傷亡顯著下降，但造成的經(jīng)濟損失卻讓社會難以承受：1989年美國Loma Prieta 地

4、震1994年美國Northridge地震 直接經(jīng)濟損失200億美元1995年日本阪神地震 交通水電中斷，導(dǎo)致嚴重次生災(zāi)害，經(jīng)濟財產(chǎn)損失巨大，造成直接經(jīng)濟損失大于1000億美元1999年我國臺灣集集地震 生產(chǎn)計算機芯片的工廠遭受破壞，將會導(dǎo)致全球的計算機價格上漲 ，直接經(jīng)濟損失大于100億美元8地震災(zāi)害呈現(xiàn)的新特點隨著經(jīng)濟全球化和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的發(fā)展，一時一地的嚴重自然災(zāi)害會引起全球經(jīng)濟的震蕩.智能化程度越高、技術(shù)密集性越高，系統(tǒng)所在的結(jié)構(gòu)物遭受破壞后，其災(zāi)難性后果就越嚴重.“三水準(zhǔn)，兩階段”的抗震設(shè)防思想以保障生命安全為主要設(shè)防目標(biāo)，而如今的建筑物往往建造費用高昂，裝修、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和技術(shù)裝備的損壞所

5、造成的損失經(jīng)常令業(yè)主難以承受.9我國抗震設(shè)計理論的發(fā)展 我國在1956年編制了第一個中國地震烈度區(qū)劃圖. 1959年提出我國第一個抗震設(shè)計規(guī)范草案. 1964年提出我國第二個抗震設(shè)計規(guī)范草案，使用地震系數(shù)來計算地震作用，設(shè)計方法主要為等效靜力法與反應(yīng)譜法. 1974年出版了我國第一部正式批準(zhǔn)的抗震規(guī)范 1978年根據(jù)唐山、海城地震震害經(jīng)驗，對1974版規(guī)范進行了修改，正式出版了工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范TJ11-78. 101990年正式實施的建筑科學(xué)研究院修訂的建筑抗震設(shè)計規(guī)范GBJ11-89采用了以概率可靠度為基礎(chǔ)的三水準(zhǔn)（小震不壞、中震可修、大震不倒）兩階段（小震下的截面驗算和大震下的結(jié)

6、構(gòu)變形驗算）的抗震設(shè)計思想. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范GBJ50011-2001取消了近震、遠震的概念，代之以設(shè)計地震分組概念；提出了長周期和不同阻尼比的設(shè)計反應(yīng)譜；增加了結(jié)構(gòu)規(guī)則性的定義等.11 實際地震災(zāi)害表明：恰當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)計能夠減輕地震災(zāi)害；抗震設(shè)計方法需要進一步完善臺灣地震災(zāi)害 底層柱子數(shù)量少，間距太大. 建筑物底部為大空間，上下剛度差異過大，形成底部薄弱層. 12柱子內(nèi)埋設(shè)管線（水、排水、電、氣、電話）等，雖然節(jié)省了空間，但大大降低了抗震性能. 柱子的有效承重面積不足，柱端箍筋不夠，造成柱端破壞. 結(jié)構(gòu)體系差，設(shè)計不合理，底部局部用柱支承. 13我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

7、是基于承載力或強度的設(shè)計方法：采用了“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)和兩階段抗震設(shè)計方法.采用彈性方法計算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力和位移，用計算所得的組合內(nèi)力驗算構(gòu)件截面.為了防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生破壞，進行使用階段的位移驗算.結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力大多是通過構(gòu)造措施獲得.對特別重要和地震時容易倒塌的建筑，進行薄弱層彈塑性變形驗算和采取相應(yīng)措施，限制其水平位移.14我國抗震設(shè)計規(guī)范所采取的地震水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)和性能指標(biāo) 地震水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)性能指標(biāo)多遇地震烈度（重現(xiàn)期50年）一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用力位移抗震設(shè)防地震烈度（重現(xiàn)期475年）可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使

8、用不明確罕遇地震烈度（重現(xiàn)期1975年）不倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞位移15我國建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)防類別建筑地震作用抗震措施甲類重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害的建筑高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全評價結(jié)果確定抗震設(shè)防烈度為68度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，抗震設(shè)防烈度為9度時，應(yīng)符合比9度更高的要求乙類地震中使用功能不能中斷或需要盡快恢復(fù)的建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求抗震設(shè)防烈度為68度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，抗震設(shè)防烈度為9度時，應(yīng)符合比9度更高的要求丙類除甲、乙、丁以外的一般建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的

9、要求應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求丁類抗震次要建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時不應(yīng)降低16現(xiàn)行設(shè)計方法存在的不足設(shè)計目標(biāo)為保證生命安全 具體實施的抗震設(shè)計方法的實質(zhì)仍主要是采用基于強度(或承載力)的設(shè)計方法，難以對建筑物進行經(jīng)濟性評估.線性狀態(tài)的假定不符合實際 現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法是基于承載力輔以層間位移角驗算的設(shè)計，這種設(shè)計方法都假定結(jié)構(gòu)處于線性狀態(tài)，這與實際的非彈性狀態(tài)下考慮時間歷程的分析結(jié)果不相一致?；诔休d力的抗震設(shè)計不能預(yù)估結(jié)構(gòu)屈服后的變形能力及在大震時的實際行為.17三水準(zhǔn)抗震設(shè)防思想規(guī)定比較模糊 “大震不倒，

10、中震可修，小震不壞”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防思想規(guī)定比較模糊，在實際設(shè)計中很難控制.“不壞”、“可修”、“不倒”主要針對主體結(jié)構(gòu) 在大的地震作用下，建筑物的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞得不到有效控制。雖然結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件可能沒有受到嚴重損害，但是，往往因為維持建筑物正常運行的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等喪失功能而造成巨大的財產(chǎn)損失.18現(xiàn)行的反應(yīng)譜法和時程分析法需要改進 目前所廣泛采用的反應(yīng)譜法仍存在許多不足之處：首先，反應(yīng)譜法不能有效地考慮強震時結(jié)構(gòu)的非線性行為；其次，不能考慮基礎(chǔ)與土之間的動力相互作用；再次，不能考慮地震動持時長短的影響；并且，反應(yīng)譜理論只能給出結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)，不能給出結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過程，以及結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的破壞機

11、理；此外，反應(yīng)譜法對于非比例阻尼結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分析效果還不理想 19時程分析還不能廣泛應(yīng)用：時程分析所用的地震波為實際的強震記錄或人工地震波，結(jié)構(gòu)對不同的地震波輸入的敏感度不同，輸入后的反應(yīng)將會有較大的差異 .時程分析耗時長，分析比較復(fù)雜，不便于在工程中廣泛應(yīng)用.20對現(xiàn)行規(guī)范的重新修訂便成為必然的趨勢 現(xiàn)代及未來的建筑不僅要防止倒塌，還要考慮控制地震造成的經(jīng)濟損失大小、保證結(jié)構(gòu)的使用功能的延續(xù),實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的“個性化”現(xiàn)代建筑向高層化和功能多樣化發(fā)展維持建筑物正常運行的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和技術(shù)裝備的破壞使建筑物不能正常使用巨大的財產(chǎn)損失修訂現(xiàn)行規(guī)范21性能設(shè)計概念的提出1976年，新西

12、蘭學(xué)者帕克（Park）提出的基于能力原理的抗震設(shè)計，其中已包含許多關(guān)于性能設(shè)計的思想 1981年Sozen首先系統(tǒng)地闡述了控制結(jié)構(gòu)位移的抗震設(shè)計思想 上個世紀初，Moehle提出了基于位移的抗震設(shè)計理論 1995年，Kowalsky和Calvi提出了一種直接基于位移的抗震設(shè)計方法 二十世紀九十年代，美、日學(xué)者提出并開始研究建筑結(jié)構(gòu)基于性能/位移的抗震設(shè)計，隨后得到各國的廣泛關(guān)注 .22美國正在大力開展性能設(shè)計的研究美國聯(lián)邦緊急救援署（FEMA)和國家自然科學(xué)基金委員會資助開展了基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在未來規(guī)范中的應(yīng)用的研究，該項目包括：應(yīng)用技術(shù)理事會的ATC-33加利福尼亞州大學(xué)Berkele

13、y分校地震工程中心的EERC-FEMA加州結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會的SEAOC Vision 200023基于性能的抗震設(shè)計在各國的應(yīng)用情況美國國際規(guī)范委員會ICC發(fā)布了建筑物及設(shè)施的性能規(guī)范日本已于2006年6月 采用了新的基于性能的結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范(Building Standard Law)我國2004年頒布建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則（試用）24 基于性能的抗震設(shè)計（Performance Based Seismic Design）的含義性能設(shè)計的描述： 性能設(shè)計應(yīng)該是選擇一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，合理的規(guī)劃和比較，保證建筑物的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造設(shè)計，控制建造質(zhì)量和長期維護水平，使得建筑物在使

14、用壽命周期中遭受一定地震力作用下，結(jié)構(gòu)的破壞不超過一個特定的極限狀態(tài)。25基于性能的抗震設(shè)計的目標(biāo) 根據(jù)建筑物的重要性和用途，確定預(yù)期的性能目標(biāo)，由不同的性能目標(biāo)提出不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)計的建筑在未來地震中具備預(yù)期功能，從而使建筑物在整個生命期內(nèi)，在遭遇可能發(fā)生的地震作用下，總的費用達到最小。26基于性能的地震工程性能設(shè)計是基于性能的地震工程中的一個環(huán)節(jié)，基于性能的地震工程包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計（有時還需要試驗驗證）建造施工監(jiān)測維護 以保證結(jié)構(gòu)在不同強度的地震作用下能維持預(yù)期的性能水平27基于性能的抗震設(shè)計包含的內(nèi)容地震風(fēng)險水平的確定結(jié)構(gòu)性能水平和目標(biāo)性能的選擇場地的確定概念設(shè)計、初步設(shè)計、最終設(shè)

15、計中的可行性檢查、設(shè)計方案確定及設(shè)計審核、實驗驗證等結(jié)構(gòu)施工中質(zhì)量保證和使用過程中的檢測維護28地震使用分組我國現(xiàn)行規(guī)范將建筑物按重要性等級劃分為甲、乙、丙、丁四類；根據(jù)FEMA（368）建議，所有的建筑應(yīng)該劃分到各自的地震使用分組中，F(xiàn)EMA將建筑物劃分為3個地震使用分組（Seismic Use Group）29地震使用分組 III: 地震使用分組 III 中所涵蓋的建筑為地震后需要盡快恢復(fù)設(shè)施和放置有毒物質(zhì)的建筑物，包括：1. 消防、救援和警署；Fire, rescue, and police stations2. 醫(yī)院； Hospitals3. 特殊的化學(xué)機構(gòu)，放置緊急救援設(shè)施； med

16、ical facilities having emergency treatment facilities4. 特定的緊急滅火中心；Designated emergency preparedness centers5. 特定的緊急手術(shù)中心；Designated emergency operation centers6. 特定緊急避難所；Designated emergency shelters7. 能源供應(yīng)站或為其他地震使用分組設(shè)施提供緊急防備的公用設(shè)施；Power generating stations or other utilities required as emergency bac

17、k-up facilities for Seismic Use Group III facilities308. 緊急車庫和緊急飛機庫；Emergency vehicle garages and emergency aircraft hangars9. 特定的交流中心；Designated communication centers10. 航空控制塔和空中運輸控制中心；Aviation control towers and air traffic control centers11. 盛放能夠?qū)е鹿矠?zāi)害的大量的有毒物質(zhì)的建筑；Structures containing sufficient

18、quantities of toxic or explosive substances deemed to behazardous to the public12. 為消防提供水壓的水控制設(shè)施；Water treatment facilities required to maintain water pressure for fire suppression.31地震使用分組 II: 地震使用分組 II 中包括的建筑物為人員密集或功能重要的建筑物，包括：1. 設(shè)計容納300人以上的建筑；Covered structures whose primary occupancy is public a

19、ssembly with a capacity greater than 300 persons2. 容納250人以上的教育建筑；Educational structures with a capacity greater than 250 persons3. 容納超過150人的日常護理中心；Day care centers with a capacity greater than 150 persons4. 大于50個常住的喪失能力而又未作為地震分組III的醫(yī)療設(shè)施；Medical facilities with greater than 50 resident incapacitated

20、patients not otherwise designateda Seismic Use Group III structure325. 監(jiān)獄和拘留所；Jails and detention facilities6. 容納大于5000人的所有建筑；All structures with a capacity greater than 5,000 persons；7.發(fā)電站和其他未在地震分組III 中而又需要繼續(xù)運行的公用設(shè)施；Power generating stations and other public utility facilities not included in Seism

21、ic Use Group III and required for continued operation8. 進行飲用水基本消毒處理的水處理設(shè)施；Water treatment facilities required for primary treatment and disinfection for potable water9.進行廢水基本處理的廢水處理設(shè)施； Waste water treatment facilities required for primary treatment33地震使用分組I: 地震使用分組I包含的建筑是不屬于地震使用分組 II和地震使用分組III的建筑34多

22、種使用功能: 建筑物具有多種使用功能時按級別較高的使用功能劃分，如果建筑物有多個相互獨立的部分組成，并且組成部分功能不同，可應(yīng)按相關(guān)規(guī)定劃分地震使用分組，或者如果建筑中獨立的組成部分是用來保證生命安全的部分，那么這部分應(yīng)和其他更重要的部分一樣具有高的地震使用分組.35不同地震使用分組的重要性系數(shù)地震使用分組II1.0II1.25III1.536地震設(shè)計類別FEMA(368)規(guī)定：每種建筑均應(yīng)根據(jù)地震使用分組和設(shè)計反應(yīng)譜加速度系數(shù)確定其地震設(shè)計類別，以此確定結(jié)構(gòu)體系、高度和規(guī)則性限值、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力、水平作用力等地震設(shè)計類別分為：A,B,C,D,E,F六種類別37基于短周期反應(yīng)譜加速度的地震

23、設(shè)計類別SDS 值地震使用類別IIIIIISDS0.167AAA0.167SDS0.33BBC0.33SDS0.5CCD0.5SDS38基于1秒周期反應(yīng)譜加速度的地震設(shè)計類別SDS值地震使用類別IIIIIISDS0.067AAA0.067SDS0.133BBC0.133SDS0.2CCD0.2SDSa Seismic Use Group I and II structures located on sites with mapped maximum considered earthquake spectral response acceleration at 1 second period,

24、S1, equal to or greater than 0.75 shall be assigned to Seismic Design Category E and Seismic Use Group III structures located on such sites shall be assigned to Seismic DesignCategory F.39建筑監(jiān)測FEMA（368）規(guī)定如下條件下的抗震設(shè)計類別為D,E,F的建筑需要做建筑監(jiān)測：地震使用分組為II和III的建筑；建筑高度大于75ft的建筑；抗震設(shè)計類別為E或F且為抗震使用分組I組中建筑層數(shù)大于兩層的建筑監(jiān)測中存在

25、的不足需要報告業(yè)主和相關(guān)機構(gòu)。40FEMA（368）規(guī)定的結(jié)構(gòu)變形和側(cè)移: 結(jié)構(gòu)變形和側(cè)移不能超過規(guī)定的限值，結(jié)構(gòu)如有明顯扭轉(zhuǎn)變形，則結(jié)構(gòu)最大側(cè)移應(yīng)包含扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)所有部件都必須從結(jié)構(gòu)整體出發(fā)進行設(shè)計。41StructureSeismic Use GroupIIIIII非砌體剪力墻或砌體框架剪力墻結(jié)構(gòu)，四層樓且具有內(nèi)墻、隔墻、天花板和外墻的結(jié)構(gòu)0.025 hsx 0.020 hsx0.015 hsx砌體懸臂剪力墻結(jié)構(gòu)(彎曲型)0.010 hsx0.010 hsx0.010 hsx其他的砌體剪力墻結(jié)構(gòu)0.007 hsx0.007 hsx0.007 hsx砌體剪力墻-框架結(jié)構(gòu)0.013 hsx0

26、.013 hsx0.013 hsx所有其他結(jié)構(gòu)0.020hsx0.020hsx0.020hsx42基于性能的抗震設(shè)計研究所應(yīng)用的抗震性能水準(zhǔn)抗震性能水準(zhǔn)是指結(jié)構(gòu)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)。根據(jù)FEMA的資料，可以將建筑物的抗震性能目標(biāo)劃分四種：基本完好 Operational Performance Level輕微破壞 Immediate Occupancy Performance Level生命安全 Life Safety Performance Level不倒塌 Collapse Prevention Performance Level43Target Buildin

27、g Performance Levels 基本完好Operational Performance Level (1-A) 輕微破壞Immediate Occupancy Performance Level (1-B) 生命安全Life Safety Performance Level (3-C) 不倒塌 Collapse Prevention Performance Level (5-E) 震害水平Earthquake Hazard Level 50%/50 year xxx20%/50 year xxBSE-1 (10%/50 year) xBSE-2 (2%/50 year) X為不可接受

28、區(qū)域；為基本性能水平；、 、 為更高性能目標(biāo)；44破壞控制和結(jié)構(gòu)性能水平 結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能不倒塌 生命安全輕微破壞基本完好Level (5-E)Level (3-C) Level (1-B)Level (1-A) 整體破壞 可用中等輕度輕微 大體描述幾乎沒有殘留剛度和強度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側(cè)移。一些出口被堵,內(nèi)隔墻和無支撐的女兒墻已經(jīng)或開始失效,建筑即將倒塌無永久側(cè)移;結(jié)構(gòu)基本保持原有強度和剛度;結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件有輕微破壞。電梯能夠重新啟動,防火措施得力. 所有樓層都有殘留強度和剛度;承受重力荷載的構(gòu)件仍起作用;不發(fā)生墻體平面外失效或女兒墻倒塌;有永久側(cè)移。隔墻破壞,

29、建筑修復(fù)費用可能很高幾乎沒有殘留剛度和強度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側(cè)移。一些出口被堵,內(nèi)隔墻和無支撐的女兒墻已經(jīng)或開始失效,建筑即將倒塌非結(jié)構(gòu)構(gòu)件大規(guī)模破壞 無掉落,但設(shè)備電器系統(tǒng)破壞 設(shè)備及附屬設(shè)施安全, 但可能因其他公用設(shè)施損壞無法正常運行微小的損壞，能源及其他設(shè)施或備用設(shè)施可用45預(yù)期地震后破壞狀態(tài)正常運行 Operational (1-A) ：Backup utility services maintain functions; very little damage.立即修復(fù) Immediate Occupancy (1-B)The building remains

30、 safe tooccupy; any repairs are minor.生命安全 Life Safety (3-C)Structure remains stable and has significant reserve capacity; hazardous nonstructural damage iscontrolled. 不倒塌 Collapse Prevention (5-E)The building remains standing,but only barely; any otherdamage or loss is acceptable.Target Building Pe

31、rformance Levels and Rangeshigher performance less losslower performance more loss46現(xiàn)行設(shè)計和性能設(shè)計一般程序的對比現(xiàn)行設(shè)計方法基于性能的設(shè)計方法性能目標(biāo)規(guī)范給出最低標(biāo)準(zhǔn)業(yè)主根據(jù)需要和經(jīng)濟條件設(shè)定設(shè)計及驗證方法采用規(guī)范給定的方法設(shè)計人員選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計方法預(yù)期達到的性能滿足規(guī)范的要求，但實際能達到的性能并不明確滿足目標(biāo)性能，性能水平明確47基于性能設(shè)計方法的特點 對應(yīng)不同設(shè)防水平、不同的結(jié)構(gòu)，提出相應(yīng)的性能目標(biāo)，由不同的性能目標(biāo)提出不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，采用一定的建筑材料、施工方法和結(jié)構(gòu)分析手段完成設(shè)計，使所設(shè)計的

32、建筑物在未來的地震中具備預(yù)期的功能，從而使建筑物在整個使用期內(nèi)，在可能遭遇的地震作用下總的費用最少 ；提供了社會團體、業(yè)主根據(jù)自己的需求選擇結(jié)構(gòu)在相應(yīng)地震下性能目標(biāo)的機會；設(shè)計人員根據(jù)所選定的性能目標(biāo)進行設(shè)計，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震下的響應(yīng)滿足預(yù)期的抗震性能目標(biāo); 基于性能的抗震設(shè)計更為直接地滿足個人或者社會對建筑物的要求，即建筑物是否安全可靠，是否滿足業(yè)主的使用需要，而不是普通的使用者提出的建筑物可以抵御多強的地震力，或者變形控制在什么程度48性能設(shè)計有其優(yōu)越性有利于新結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展有利于新材料的研發(fā)針對建筑個體制定設(shè)計、維護、施工方案, 建筑物能經(jīng)濟有效運行.業(yè)主能清楚結(jié)構(gòu)所能達到的抗震性能.從

33、性能設(shè)計的特點來看，基于性能的抗震設(shè)計是一個十分理想的目標(biāo)，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)將會更經(jīng)濟、合理，且對應(yīng)于不同的設(shè)防水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的性能是可預(yù)知的。49基于性能的抗震設(shè)計的主要步驟根據(jù)業(yè)主要求和經(jīng)濟條件確定性能目標(biāo)對已設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行性能評估根據(jù)目標(biāo)性能進行結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足性能目標(biāo)YESNO結(jié)構(gòu)達到預(yù)期的性能50性能設(shè)計有賴于各學(xué)科的綜合發(fā)展材料力學(xué)結(jié)構(gòu)動力學(xué)土動力學(xué)地震工程與地質(zhì)學(xué)（地震活動規(guī)律分析）工程地震學(xué)（地震危險性分析）性能設(shè)計理論的完善51結(jié)構(gòu)壽命期總費用評估地震動水平結(jié)構(gòu)性能水平初始造價結(jié)構(gòu)破壞程度修復(fù)費用直接損失間接損失結(jié)構(gòu)壽命期總費用52現(xiàn)階段抗震設(shè)計的主要理論 承載力設(shè)計 目前各國規(guī)范普遍采用

34、的設(shè)計方法位移設(shè)計 是隨著人們對抗震認識的深入而發(fā)展起來的以位移為主要設(shè)計參數(shù)的設(shè)計方法，目前基于性能的設(shè)計主要還是指基于位移的設(shè)計 能量設(shè)計 結(jié)構(gòu)在遇到較大地震作用時,會產(chǎn)生非彈性變形,導(dǎo)致能量耗散。能量設(shè)計方法的主要思想是通過控制結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耗能能力,達到控制整個結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。53基于位移的抗震設(shè)計主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在預(yù)期地震作用下的位移在一定限值以內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)的安全或可修復(fù)狀態(tài)；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及附屬構(gòu)件在預(yù)期地震作用下的是否正常運行或破壞狀態(tài)也需要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相應(yīng)位移控制；54控制結(jié)構(gòu)位移的主要措施合理選取結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件有效控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能設(shè)置抗震多道防線布置耗能構(gòu)件55結(jié)構(gòu)耗

35、能能力是結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)由于結(jié)構(gòu)在強震作用下產(chǎn)生屈服進入塑性變形階段，結(jié)構(gòu)的剛度、自振周期和阻尼比都會發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的破壞并不取決于瞬時的地震作用力，變形能力和耗能能力不足才是結(jié)構(gòu)在強震作用下倒塌的主要原因56合理設(shè)計是設(shè)計者的關(guān)鍵任務(wù)結(jié)構(gòu)通過設(shè)計要在結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)在所可能遭遇的地震作用下滿足預(yù)期的功能要求合理的結(jié)構(gòu)體系的選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性的控制耗能機制的制定57基于性能的優(yōu)化設(shè)計主動控制與被動控制耗散地震能量基于性能的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計基于性能的阻尼器優(yōu)化布置應(yīng)用新型耗能材料綜合應(yīng)用耗能裝置58結(jié)構(gòu)可通過分災(zāi)的方法減輕其地震災(zāi)害在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，將整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計為兩個部分，主要功能部

36、分和分災(zāi)功能部分，在非災(zāi)害荷載下，結(jié)構(gòu)體系的主體結(jié)構(gòu)和分災(zāi)元件共同發(fā)揮作用，保證結(jié)構(gòu)的各種正常使用功能；在災(zāi)害荷載作用下，結(jié)構(gòu)分災(zāi)元件發(fā)揮作用，通過一定的分災(zāi)模式（耗能、隔震、改變結(jié)構(gòu)特性以減少地震輸入等）來保證主體結(jié)構(gòu)的安全性和功能性。59結(jié)構(gòu)分災(zāi)的概念分災(zāi)抗震設(shè)計以“主體分災(zāi)”設(shè)計概念，使結(jié)構(gòu)體系的層次清晰明了。強調(diào)設(shè)計者把握結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，簡化了結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計工作，提高了設(shè)計的可靠性。通過分災(zāi)元件的高效率失效，大大增強了主體結(jié)構(gòu)對地震動的適應(yīng)性，提高了主體結(jié)構(gòu)防御外災(zāi)害性地震的能力。60結(jié)構(gòu)分災(zāi)的原則一體化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計投資效益準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)可靠度理論的應(yīng)用61分災(zāi)構(gòu)件和分災(zāi)子結(jié)構(gòu)分災(zāi)構(gòu)

37、件：耗能支撐；隔震支座；阻尼器等分災(zāi)子結(jié)構(gòu)：帶豎縫剪力墻；框桁架結(jié)構(gòu)等62布置耗能構(gòu)件是一種方便有效的提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法 布置耗能構(gòu)件以達到實現(xiàn)結(jié)構(gòu)不同性能目標(biāo)的方法具有；良好的適應(yīng)性；明確清晰的抗震性能；操作和實現(xiàn)簡便是實現(xiàn)性能設(shè)計的有效手段63耗能構(gòu)件布置布置點的選擇數(shù)量的確定預(yù)期達到的目標(biāo)考慮經(jīng)濟優(yōu)化選擇方案64結(jié)構(gòu)計算要求彈性計算和非線性計算分析中，對結(jié)構(gòu)整體模型及構(gòu)件、節(jié)點的各種計算參數(shù)要力求正確合理 對具有水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意區(qū)分不落地柱和墻體的轉(zhuǎn)換梁、框支梁相鄰層的計算層數(shù)和層高、轉(zhuǎn)換厚板有限元的類型和劃分 對剪力墻，應(yīng)注意非線性分析中的計算模型和參數(shù)的確定 對采用滑動

38、支座的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用考慮支座兩側(cè)結(jié)構(gòu)相互作用和影響的整體計算模型進行大震下的計算65對平面尺寸凹凸不規(guī)則或平面內(nèi)局部開設(shè)大洞口的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)洞口位置、大小、數(shù)量和分布以及抗側(cè)力構(gòu)件的布置 正確選擇分片剛性樓蓋或整體非剛性樓蓋的計算模型，如樓板不能在大震下處于基本彈性狀態(tài)，則需要研究提出合理的計算模型 對采用消能減震的結(jié)構(gòu)，應(yīng)正確確定構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)有效阻尼比，注意構(gòu)件、節(jié)點的模擬和計算參數(shù)對整體結(jié)構(gòu)的影響 結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜難以準(zhǔn)確反映各構(gòu)件的受力狀態(tài)時，需至少采用兩種不同的力學(xué)模型進行計算并予以對比分析，有時，還需要通過相應(yīng)的模型試驗，以確定計算的可信度 66豎向地震分析 超限高層建筑中的轉(zhuǎn)換大梁長懸

39、臂構(gòu)件連體結(jié)構(gòu)的連接體本身 67 8度設(shè)計時應(yīng)按規(guī)定考慮豎向地震作用，計算時宜采用時程分析法，要特別注意豎向地震的高位放大和跨中放大，避免震害。 研究表明，強震觀測記錄和理論計算分析的結(jié)果，通常結(jié)構(gòu)頂部的豎向地震加速度反應(yīng)約為底部的2 3倍：懸臂端或較大跨度連接體的跨中部位，其豎向地震加速度反應(yīng)比支座處顯著增大，有的計算可能達到3倍。這意味著，8度時頂部較大跨度連接體的跨中部位，局部構(gòu)件的豎向地震作用可能超過9度。有的模型試驗也表明，連接體的豎向振動是不可忽視的。68薄弱層變形分析 對結(jié)構(gòu)層間位移進行控制是為了保證結(jié)構(gòu)整體剛度和整體安全超限高層建筑結(jié)構(gòu)計算薄弱層變形的主要方法包括：靜力彈塑性分

40、析方法(pushover法) 彈塑性時程分析法等 69模型試驗要求 當(dāng)超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計缺乏依據(jù)時，應(yīng)進行必要的模型試驗 采用高含鋼率的型鋼混凝土梁柱和剪力墻，具有型鋼的異形截面構(gòu)件等新型構(gòu)件時，應(yīng)進行構(gòu)件的模型試驗 采用多桿件鑄鐵節(jié)點、多級轉(zhuǎn)換層、梁側(cè)面的樓板開洞使梁本身及梁柱節(jié)點域不與樓板直接相連時，應(yīng)進行新結(jié)構(gòu)部件的模型試驗 70根據(jù)實際需要制定結(jié)構(gòu)試驗方案靜力試驗動力試驗構(gòu)件試驗整體模型試驗足尺試驗縮尺試驗71有的復(fù)雜體系或總高度超過規(guī)程的適用高度特別多，如中央電視臺主樓、上海環(huán)球、新保利、北京國貿(mào)等，需進行新結(jié)構(gòu)體系整體模型試驗. 試驗的目的要有針對性，模型設(shè)計和試驗方案需要

41、經(jīng)過論證，以達到提供超限結(jié)構(gòu)性能設(shè)計依據(jù)的目的.72基于性能的抗震設(shè)計目前最可能的應(yīng)用范圍復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu),在抗震設(shè)計中有特殊的問題和要求;比較重要或重大的公共建筑,例如政府大樓,救災(zāi)指揮中心,消防指揮中心,重要的醫(yī)院,重要的交通樞紐,.采用隔震與消能減震技術(shù)的結(jié)構(gòu);現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的改建及抗震加固,特別是保護性建筑和有特殊要求的結(jié)構(gòu).73性能設(shè)計方案及應(yīng)用實例(1) 大連金廣楓景大連金廣楓景位于7度設(shè)防區(qū)，剪力墻結(jié)構(gòu)， I類場地，主樓平面為橢圓形且墻體全部落地。結(jié)構(gòu)總高度170m，超過抗震規(guī)范適用高度42 ，比高層混凝土規(guī)程B級高度超過14 該工程的特點是超高較多，但小震的地震力比風(fēng)力小，常規(guī)設(shè)計的

42、截面承載力和變形為風(fēng)力控制。所采用的性能設(shè)計要求是：墻體及其連梁的抗震等級采用特一級，比A級高度的剪力墻結(jié)構(gòu)提高二級，而且上部軸壓比大于的墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。底部加強部位墻體的承載力按中震彈性設(shè)計，可基本達到大震不屈服；同時，中震下的截面的平均剪應(yīng)力為，接近滿足大震不出現(xiàn)剪切裂縫的控制條件。考慮地震作用的不確定性，在延性構(gòu)造上留有余地 .74(2) 北京蘭華大廈該結(jié)構(gòu)為8度設(shè)防的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總高93m。底部五層的樓板偏于一側(cè)，無樓板的一側(cè)為穿層型鋼混凝土斜柱，斜柱和斜支撐在五層頂板形成較大的拉力和壓力 針對上述特點，其性能設(shè)計的要求是：五層頂板采取加強措施確保靜力和地震下的安全；斜柱采取

43、措施減少長細比，并保證在中震下考慮P-效應(yīng)的承載力按彈性設(shè)計，在大震下的變形可得到控制，約為1450；增加框架部分承擔(dān)的地震剪力，取20 的總地震剪力，且每個斜柱承擔(dān)2的總地震剪力。75(3) 南寧地王國際商廈該結(jié)構(gòu)為6度設(shè)防的混凝土內(nèi)筒-外框結(jié)構(gòu)，外形基本規(guī)則，總高201m，停機坪高度218m，接近高層混凝土規(guī)程B級的最大高度，頂部有局部的抽柱轉(zhuǎn)換，并有高4Om的偏置觀光電梯小塔. 該工程的特點是總高度較大且頂部小塔偏置，核心筒較大(為平面尺寸的45 ，高寬比110)，按6度設(shè)防，截面承載力不受小震的地震力控制。其性能設(shè)計要求是：增大外框架承擔(dān)的地震力，且底部的外框柱設(shè)置芯柱加強；除少數(shù)外框架梁外，豎向構(gòu)件(墻、柱)在中震下保持彈性，最大層間變形11000，出現(xiàn)在總高度的23處；大震下底部加強部位基本不屈服，上部最大的彈塑性層間變形約1280；頂部小塔考慮扭轉(zhuǎn)和鞭稍效應(yīng)，也按中震不屈服設(shè)計。76(