超限高層基于性能的抗震設(shè)計(jì)

超限高層基于性能的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)內(nèi)容◆理論背景◆基于性能抗震設(shè)計(jì)理論的提出◆基于性能抗震設(shè)計(jì)方法第一部分：理論背景

◆超限高層建筑工程指高度或規(guī)則性方面超過規(guī)范、規(guī)程適用范圍的高層建筑工程。

◆須接受抗震設(shè)計(jì)專項(xiàng)審查：1）抗震安全性

2）預(yù)期的性能目標(biāo)

◆引入基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法必然性。

第一部分：理論背景基于性能的抗震設(shè)計(jì)

◆多級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

1）生命安全；

2）控制地震造成的經(jīng)濟(jì)損失；

3）保證建筑使用功能的延續(xù)；…

◆控制結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同地震設(shè)防水準(zhǔn)下的破壞程度,從而實(shí)現(xiàn)不同的性能水平。第一部分：理論背景

規(guī)范內(nèi)容中國(guó)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(簡(jiǎn)稱抗規(guī))JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)明確規(guī)定了地震動(dòng)水準(zhǔn)、性能目標(biāo)、性能水準(zhǔn)組合及計(jì)算方法等美國(guó)《高層建筑基于性能抗震設(shè)計(jì)指南》（簡(jiǎn)稱peer-2010）集美國(guó)基于性能抗震設(shè)計(jì)研究的最新進(jìn)展，目的是將其推廣應(yīng)用到新建復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中第二部分：基于性能抗震設(shè)計(jì)理論的提出傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)理論

◆以生命安全為單一的設(shè)防目標(biāo)

◆只能保證罕遇地震下結(jié)構(gòu)不倒塌,確保生命安全允許出現(xiàn)一定的破壞。

◆沒有考慮到減少地震破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)社會(huì)的影響第二部分：基于性能抗震設(shè)計(jì)理論的提出

隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，業(yè)主對(duì)建筑的抗震性能水準(zhǔn)提出新要求：

抗震設(shè)計(jì)能夠既經(jīng)濟(jì)又可靠地保證建筑結(jié)構(gòu)的功能在地震的作用下不致喪失乃至不受影響。

基于上述認(rèn)識(shí)，美國(guó)工程界于20世紀(jì)90年代提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論。第三部分：基于性能抗震設(shè)計(jì)方法

是否選用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法否常規(guī)設(shè)計(jì)是合理選定抗震性能指標(biāo)性能目標(biāo)A性能目標(biāo)B性能目標(biāo)C性能目標(biāo)D合理選定性能水準(zhǔn)指標(biāo)初步設(shè)計(jì)小震評(píng)估中震評(píng)估大震評(píng)估性能評(píng)估完成MinimumperformanceobjectivesEnhancedobjectivesServicelevelevaluationMaximumconsideredearthquakeevaluation中國(guó)規(guī)范peer-2010不滿足預(yù)設(shè)性能目標(biāo)不滿足預(yù)設(shè)性能目標(biāo)滿足預(yù)設(shè)性能目標(biāo)滿足預(yù)設(shè)性能目標(biāo)第三部分：基于性能抗震設(shè)計(jì)方法3.1抗震性能目標(biāo)與性能水準(zhǔn)組合性能目標(biāo)應(yīng)綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)特殊性、業(yè)主經(jīng)濟(jì)實(shí)力、震后損失和修復(fù)難度等因素。對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑物在每一個(gè)設(shè)計(jì)地震動(dòng)下所要求達(dá)到的性能水準(zhǔn)的總和對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑物在每一個(gè)設(shè)計(jì)地震動(dòng)下所規(guī)定的最大容許破壞性能目標(biāo)=∑(性能水準(zhǔn))3.1抗震性能目標(biāo)與性能水準(zhǔn)組合3.1抗震性能目標(biāo)與性能水準(zhǔn)組合Peer-2010：Minimumperformanceobjectives

Enhancedobjectives結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生有限的損傷選擇更低超越概率的地震動(dòng)結(jié)構(gòu)承受2/3倍“最大考慮地震”作用時(shí)不發(fā)生次生災(zāi)害選擇更嚴(yán)格的性能可接受準(zhǔn)則，如更小的側(cè)向位移限值、更小的延性構(gòu)件變形限值或者更大的構(gòu)件安全裕量結(jié)構(gòu)全倒塌或部分倒塌的概率不超過10%非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)相當(dāng)于高規(guī)的性能目標(biāo)D限制殘余變形使用新的耐損材料使用隔振減震系統(tǒng)3.1抗震性能目標(biāo)與性能水準(zhǔn)組合我國(guó)規(guī)范：明確劃分性能目標(biāo)，嚴(yán)格規(guī)定性能指標(biāo)。Peer-2010：只對(duì)“minimumperformanceobjectives”作出限定；

更高要求的性能目標(biāo)，只給出設(shè)計(jì)建議；

工程師有更多的選擇空間，對(duì)工程師的要求更高。

3.2地震動(dòng)選取及調(diào)整我國(guó)規(guī)范：◆頻譜特性：常用雙頻段控制法方法從地震波庫(kù)中選出與地震影響系數(shù)曲線符號(hào)的地震波◆有效持續(xù)時(shí)間：一般為結(jié)構(gòu)基本周期的5~10倍◆有效峰值：調(diào)幅，將選出的地震波的加速度最大值調(diào)整到《抗規(guī)》表的值?！糁辽?組地震動(dòng)◆不考慮地震波在方向上的差異，在荷載輸入時(shí)人為調(diào)整比例3.2地震動(dòng)選取及調(diào)整Peer-2010：選波的過程就考慮調(diào)波1)確定對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)起控制作用的地震動(dòng)特征（震級(jí)、震中距、場(chǎng)地類別（剪切波速）等）；

2)從地震波庫(kù)選??；3)給出調(diào)幅系數(shù)范圍，允許程序自由選擇系數(shù)對(duì)所選地震動(dòng)進(jìn)行調(diào)幅，使之和目標(biāo)反應(yīng)譜的均方誤差最少；4）至少7組地震波；5）所選地震波包含三個(gè)方向的完整信息

3.3地震動(dòng)水準(zhǔn)及分析方法

地震動(dòng)水準(zhǔn)分析方法我國(guó)規(guī)范多遇地震振型分解反應(yīng)譜法或彈性時(shí)程分析設(shè)防烈度地震彈性或彈塑性時(shí)程分析罕遇地震彈塑性時(shí)程分析

peer-2010ServiceLevelEvaluation

反應(yīng)譜分析或非線性動(dòng)力時(shí)程分析(正常使用水準(zhǔn)地震評(píng)估)MaximumConsideredEarthquakeShakingEvaluation非線性動(dòng)力時(shí)程分析(最大考慮地震評(píng)估)3.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)規(guī)范：◆具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件：

1）保證承載力；

2）滿足延性指標(biāo)。◆整體指標(biāo)：

層間位移角。3.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)Peer-2010：“正常使用水準(zhǔn)地震”

◆用反應(yīng)譜分析時(shí)，需求能力比不能超過1.5；◆非線性反應(yīng)時(shí)程分析，地震作用應(yīng)小于期望強(qiáng)度；◆任意一層的層間位移角不得超過5%

3.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)Peer-2010：“最大考慮地震”

◆結(jié)構(gòu)構(gòu)件：

1）承載力；

2）變形限值：混凝土，鋼筋的應(yīng)變限值；構(gòu)件的轉(zhuǎn)角限值◆結(jié)構(gòu)整體：

1）層間位移：瞬時(shí)層間位移最大限值；殘余層間位移限值。

2）承載力損失值：任一層由結(jié)構(gòu)變形引起的層承載力損失不得超過20%.

3.5土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)共同作用的考慮我國(guó)規(guī)范沒有明確規(guī)定如何考慮土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)共同作用的影響。Peer-2010：在“正常使用水準(zhǔn)地震”作用下，將地基視作剛性，忽略土-基礎(chǔ)相互作用。在“最大考慮地震”作用下，基礎(chǔ)周圍土體變形受基礎(chǔ)影響較大，將地基視作柔性，建模時(shí)用彈簧模擬基礎(chǔ)周圍柔性土體。

第四部分：工程實(shí)例

4.1工程概況：

位于洛杉磯

C類場(chǎng)地

結(jié)構(gòu)地上42層，底下4層

結(jié)構(gòu)總高141.2m

中間為核心筒，外圍為框架柱

在美國(guó)屬于超限結(jié)構(gòu)

4.三2抗震三性能三目標(biāo)三選擇三：4.三3地震三動(dòng)選三擇其平均三反應(yīng)三譜與三目標(biāo)反應(yīng)譜在三雙頻段三控制三法選三擇的地震動(dòng)周期0.三5～10三s內(nèi)吻合三很好，結(jié)三每條反三應(yīng)譜在三控制三頻段三內(nèi)與構(gòu)前6階振型周三期的三平均三反應(yīng)譜三目標(biāo)譜三符合三很好，三但是在其值和目三標(biāo)反三應(yīng)譜三值基三本一致三他周期處則出現(xiàn)了三明顯三偏差三。第四三部分三工三程實(shí)三例◆荷載與三地震三波輸三入：三荷載三組合三；不三同方三向的三地震三波◆分三析方法：多遇三地震三、三設(shè)防三烈度三地震