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关于建筑结构地震作用计算方法的讨论 叶列平，方鄂华 清华大学土木工程系 摘要地震作用计算是结构抗震设计的首先要解决的问题。我国自8 9 抗震规范开始采用按 多遇地震 小震 计算地震作用。国际上主要抗震国家和我国‘7 8 抗震规范都采用按基本烈 度地震 中震 计算地震作用。随着抗震规范在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种 问题，学术界和工程界多次提出恢复到按中震计算地震作用，以彻底解决现行抗震规范中 的问题，并与国际上通行的地震作用计算方法保持一致。近年来，随着基于性能抗震设计方法 的发展，这一问题又再次被提出。2 0 0 4 年编制出版的建筑工程抗震性态设计通则C E C 8 1 6 0 2 0 0 4 采用的是按中震计算地震作用。本文在介绍两种地震作用计算方法的基础上，讨论两种 方法的优缺点，并基于性能抗震设计的发展，提出了我国地震作用计算方法的研究方向。 1 引言 地震作用计算是结构抗震设计的首先要解决的问题。基于我国建筑结构统一设计标准 G B J 6 8 ．8 4 以下简称统一标准 规定的设计方法体系，1 9 8 9 编制的建筑抗震设计规范 G B 儿1 ．8 9 以下简称 8 9 抗震规范 ，开始采用按多遇地震计算地震作用的方法 简称“按 小震计算地震作用” ，该方法一直沿用至今。 国际上的主要抗震国家的有关设计规范和标准，基本都采用按基本烈度 或设防烈度 地 震计算地震作用的方法 简称“按中震计算地震作用” 。建筑抗震设计规范G B J l l 8 9 的前 身1 9 7 8 年工业与民用建筑抗震设计规范T J l l ．7 8 简称7 8 抗震规范 也是采用按中震计 算地震作用的方法。 随着8 9 抗震规范和建筑抗震设计规范G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 简称0 1 抗震规范，且 8 9 抗震规范和 0 l 抗震规范统简称抗震规范 在修订、发展和使用中不断暴露出来 的各种问题，学术界和工程界曾多次提出过恢复到按中震计算地震作用的方法，以彻底解决现 行抗震规范中的问题，并与国际上通行的按中震计算地震作用的方法保持一致。 近年来，随着基于性能抗震设计方法的发展，这一问题又再次被提出。2 0 0 4 年编制出版的 建筑工程抗震性态设计通则C E C S l 6 0 2 0 0 4 以下简称 性态抗震设计通则 采用的是按 中震计算地震作用的方法。 尽管自 8 9 抗震规范实施以来，我国建筑结构的整体抗震能力有很大提高，理论分析和 震害经验也表明，按抗震规范设计的建筑结构的抗震能力比7 8 抗震规范有明显提高， 但是随着各种新型结构形式的不断出现和基于性能结构抗震设计方法的发展，按小震计算地震 作用的方法使我国抗震规范的发展受到了很多制约。本文在介绍两种地震作用计算方法的 基础上，讨论了两种方法的优缺点，提出我国抗震规范宣尽早恢复到按中震计算地震作用 的方法。不足之处请大家批评指正。 、 2 按中震计算地震作用的方法及其优缺点 2 ．1 按中震计算地震作用方法的由来 按中震计算地震作用的方法，是在静力法基础上发展起来反应谱法。静力法和反应谱法都 属于基于承载力设计方法，所不同的是反应谱法考虑了结构动力效应，使地震力分布更合理， 同时更加明确了结构塑性变形能力对结构抗震的作用。 静力法产生于二十世纪初期，是最早的结构抗震设计方法I l 】。该方法把地震引起的结构水 平惯性力看成是作用在建筑物上的一个总水平力 即地震作用 ，并取该水平力为建筑物总重量 乘以一个地震系数。意大利都灵大学应用力学教授M ．P a n e 仕i 建议，l 层建筑物取设计地震水平 力为上部重量的l ／1 0 ，2 层和3 层取上部重量的l ／1 2 。日本关东大地震后，1 9 2 4 年日本“都市 9 建筑规范”首次增设的抗震设计规定，取地震系数为O ．1 。1 9 2 7 年美国统一建筑规范U B C 第一 版也采用静力法，地震系数也是取O ．1 。 静力法没有考虑结构的动力效应，即认为结构在地震作用下随地基作整体水平刚体运动， 其运动加速度等于地面运动加速度，地震力沿建筑高度均匀分布。考虑到不同地区地震强度的 差别，设计中取用的地面运动加速度 即基本烈度或设防烈度所对应的地面运动加速度 按不 同地震烈度分区给出。 2 0 世纪4 0 年代，随着结构动力学的发展，人们认识到结构在地震作用下的动力效应，即 结构的加速度响应不同于地面运动加速度，而是与结构自振周期和阻尼比等动力特性有关，并 且沿建筑高度也不是均匀分布的。采用动力学方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的 加速度反应，并建立了弹性加速度反应谱，由此可方便的确定单自由度弹性体系的加速度响应。 对于弹性多自由度结构体系，又发展了振型分解组合方法，以确定地震作用沿建筑高度的分布。 由此基于结构弹性动力学理论，建立了能够反映结构动力特性的反应谱设计法。 然而，在由静力法向反应谱法过渡的过程中，人们发现短周期结构加速度谱值比静力法中 的地震系数大1 倍以上，高度较大的结构甚至大4 ～6 倍。这使得地震工程师无法解释以前按静 力法设计的建筑物如何能够经受得住强震作用。丽地震震害表明，按当时基于静力法规范设计 的房屋在大震时并不导致倒塌【2 】。 。 为解决由静力法向反应谱法的过渡问题，以美国U B C 规范为代表，通过地震力降低系数R 将反应谱法得到的加速度反应值口。降低到与静力法水平地震作用相当的设计地震加速度口d ，即 口f ％皿 1 式中，剜象为地震力降低系数，现在称为承载力降低系数 S 慨g mR e d u c t i o nF a c t o r ，是一个 大于1 ．O 系数。这样，由反应谱得到结构加速度响应值通过“承载力降低系数R ”折减到静力法 加速度的水平。在确定和研究地震力降低系数R 的过程中，N ．M ．N e Ⅵn a r k 认识到结构的非弹性 变形能力可使结构在较小屈服承载力的情况下能够经受更大的地震作用。结构的非弹性变形能 力可以用延性表示，延性性质不同可以采用不同的R ，即对延性较差的结构，R 取值较小 降低 程度小 对延性较好的结构取值较高 降低程度大 。然而对延性在结构抗震中的作用及其重 要性的认识却经历了一个长期的过程。由于结构非弹性地震反应分析的困难，设计时只能根据 震害经验采取必要的构造措施来保证结构的非弹性变形能力，以满足结构非弹性地震响应的需 求。基于这一研究工作，形成了目前国际通行的基于反应谱的抗震设计方法，即采用加速度反 应谱并考虑结构非弹性变形能力特性折减后的地震作用来进行结构抗震承载力计算，而结构的 非弹性交形能力则通过构造措施予以保证。 静力法和反应谱法都是以地震力来反映地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应， 因此均属于基于承载力设计方法。然而，反应谱法不仅在地震力计算的准确性方面比静力法有 很大发展，并且由于引入地震力降低系数R 而突出了结构非弹性变形能力 即延性 对结构抗震 能力的贡献，并促使人们对结构的非弹性地震响应的研究。 随着近年来建筑工程所承担的社会和经济重要性越来越高，其在地震中因破损所造成的经 济损失成为必须抗震设计考虑的因素，同时随着人们对结构的非弹性地震响应分析水平的提高， 基于性能，位移抗震设计方法成为目前抗震设计方法的主要方向。基于性船位移抗震设计方法的 实质有两个 1 对于承担具有重要经济价值的建筑工程，“大震不倒”不再是最低抗震设防目标，而是 以预期综合经济指标损失最小为抗震设防目标。 2 抗震分析方法已经发展到能够计算包括非弹性变形在内的结构非弹性地震响应，从而 有能力实现上面 1 的抗震设防目标。 上述两个问题不属于本文地震作用计算方法讨论的问题，但又有关系。因为按中震计算地 震作用方法的发展与上述抗震设计方法的发展有直接关系，这将在后面具体讨论。 2 ．2 按中震计算地震作用方法的表达式 1 0 我国‘7 8 抗震规范和‘抗震性态设计通则均采用按中震计算地震作用的方法．美国规 范U B C 、日本规范B S L 、新西兰规范N Z S 和欧洲规范E u r o c o d e 8 也都采用按中震计算地震作用的 方法嗍。因篇幅所限，以下仅介绍我国‘7 8 抗震规范和‘抗震性态设计通则的地震作用表 达式。 ‘7 8 抗震规范的第1 4 条规定的结构底部剪力 即总水平地震作用 为， Q o C q 形 2 式中，C 为结构影响系数，是考虑不同结构材料和结构体系延性能力的差别对地震荷载 即地 震作用 的折减系数，常用结构材料和结构形式的结构影响系数C 见表1 ；砸为相应于结构基本 周期乃的地震影响系数a 值，当设计烈度为7 度、8 度、9 度时，其最大值‰；分别取0 ．2 3 、0 ．4 5 、 O ．9 0 ；嗍产生地震荷载的建筑物总重量。 表l ‘7 8 抗震规范的结构影响系数C 结构类型C 框架结构 1 ．钢 0 ．2 5 2 ．钢筋混凝土 0 ．3 0 钢筋混凝土框架加抗震墙 或抗震支撑 结构 0 ．3 m 旬．3 5 钢筋混凝土抗震墙结构 O ．3 5 旬．4 0 无筋砌体结构 O ．4 5 多层内框架或底层全框架结构 0 ．4 5 铰结排架 1 ．钢柱 O ．3 0 2 ．钢筋混凝土柱O ．3 5 3 ．砖柱 0 ．钧 由上表可见，7 8 抗震规范所包含的结构类型比较少，这与当时国内的建设状况有关， 它确实不能适应近年来我国建筑工程的多样化发展。在2 0 0 4 年的抗震性态设计通则中已大 大的丰富了结构类型，并且对各种系数进行了改进。 抗震性态设计通则第6 ．2 ．2 条规定，结构水平地震作用采用底部剪力法时，在抗震设防 地震下给定方向结构的总水平地震作用标准值应按下列公式确定， 民 C 仇吼G m 3 式中，C 为结构影响系数，按表2 采用；确为相应于结构基本周期的地震影响系数，∞ ．够， 其中肋场地设计谱 即动力放大系数 ，后 触，g 为重力加速度，彳为设计地震加速度，对 于抗震设防地震按表3 采用；琉为水平地震影响系数的增大系数，是考虑当结构基本周期位于 反应谱的谱速度和谱位移控制区时，对反应谱的修正，与结构类型有关；6 矗为相应于结构基 本周期的有效重力荷载。 表2 抗震体系的结构影响系数 结构材料抗震结构体系结构影响系数 框架结构 0 ．2 5 中心支撑框架结构 O ．3 0 偏心支撑框架结构 O ．2 7 钢 框架一中心支撑结构 O ．2 7 框架一偏心支撑结构 O ．2 5 各种筒体和巨型结构 0 ．3 0 1 1 倒摆式或柱系统结构 O ．5 5 框架结构 0 ．3 5 框一排架结构 O ．3 5 框架一抗震墙结构 0 ．3 8 板柱一抗震墙结构 O ．3 8 板柱一框架结构 O ．3 8 钢筋混凝土 框架一核心筒结构 0 ．3 8 筒中筒结构O ．3 8 落地抗震墙结构 O ．4 0 局部框支抗震墙结构 O ．4 0 倒摆式或柱系统结构 O ．5 5 框架结构 O ．3 5 框架一筒体结构 O ．3 8 钢一混凝土组合 框架一抗震墙结构 O ．3 8 筒中筒结构 O ．4 0 粘土砖。多孔砖砌体墙结构 0 ．4 5 小砌块砌体墙结构 0 ．4 5 砖、砌块砌体 底部框架一抗震墙结构 O ．4 5 多排柱内框架结构 O ．4 5 表3 建筑场地抗震设防地震的设计地震加速度4 值 地震危险性地震动参数 设计地震加速度4 曲 特征分区分区甲类建筑乙类建筑丙类建筑 l0 ．1 2 6O ．0 8 8O ．0 5 20 ．2 2 2O ．1 6 2 0 ．1 0 3O ．3 0 8 O ．2 3 20 ．1 5 I 区 40 ．3 9 0O ．2 9 9O ．2 0 50 ．5 4 2O ．4 2 9O ．3 0 6O ．6 8 4 O ．5 5 40 ．4 0 由前述表1 和表2 对比可知，抗震性态设计通则比7 8 抗震规范的结构影响系数C 的规 定更加具体全面，基本适应了目前建筑工程结构的发展。 2 式和 3 式中的结构影响系数C 相当于 1 式的1 胆，R 称为承载力降低系数或结构体系系 数，在美国规范u B C 中用R 。表示，与结构体系的延性有关；日本规范B s L 是用D 凡表达，D 。称 为考虑延性能力的结构特征系数，凡是考虑结构不规则性的结构布置鼍数欧洲规范E u r o c o d e 8 是用1 ／g 表达，拂为结构性能系数，与结构形式、延性等级、结构规则性和结构破坏模式有关。 此外，新西兰规范和欧洲规范还考虑了实配及钢筋超强的影响。关于结构影响系数的更具体意 义和说明见抗震性态设计通则第6 ．6 ．1 条说明。 2 ．3 按中震计算地震作用的优缺点 1 优点 ． 由中震计算地震作用方法的发展可知，该方法的主要优点是，结构影响系数C 在结构抗震 概念上反映了结构材料、结构体系、结构形式等对在设防地震作用下整体结构抗震能力的影响。 结构影响系数c 揭示了结构抗震设计的本质，即规范采用的设计地震作用是经过折减的设计指 标，而结构在实际的地震作用下，进入了非弹性变形阶段，为抗震设计规范在地震力估计时考 虑结构的变形或吸能问题打下基础L Z J 。 如前所述，只或C 是反映结构实际地震作用与弹性反应谱之间的差异，该差异取决于结构 的延性能力，其取值与结构形式、结构体系、层数、结构塑性变形能力、耗能能力、结构的阻 尼、非承重构件的抗震贡献、实际结构材料超强程度，以及地基的变形等许多因素有关。关于 1 2 ， 确定尺或C 取值时需考虑的影响因素和具体方法属于专门研究课题，本文不讨论，只是要说明 的是各种影响因素体现在R 或C 上都是对结构总体地震响应的一种影响结果。 2 缺点 在‘8 9 抗震规范修订引入按小震水准计算作用时，指出结构影响系数C 有以下不足【．】 1 结构影响系数所对应的延性要求 4 ～6 在实际上是值得探讨的 2 一个结构用单一的结构特征系数尚不能刻画组成该结构的多种材料、多种构造的构件 及楼层 在变形能力、变形要求上的明显差异； 3 设计人员容易把仅仅在结构进入弹塑性状态才形成的折减的等代地震作用，误解为结 构的实际受力而视同其它活载、恒载，把等代的地震作用效应和其它直接荷载效应予以叠加并 进行强度验算，犹同将两种不同性质的东西在数量上加在一起处理，物理概念显然不够清楚。 文献【2 】也指出，采用考虑结构非弹性响应的地震作用计算方法存在两个主要问题一是结 构的非弹性变形隐含在力和强度的表达式里，这可能会给工程设计人员一种错觉，使设计人员 往往用增加结构的强度 增加构件截面 ，而忽略用提高结构的变形能力和吸能能力来表达到抗 震的目的二是规范所给出的结构影响系数是表示对结构有一个总体的延性要求，但实际上， 总的延性要求不能反映结构各个部件或结点的延性。文献[ 2 】同时指出，对结构非弹性变形的研 究和实际地震震害的调查表明，往往由于局部的延性不足，或局部提前达到屈服产生局部的变 形集中而导致结构验证破坏或倒塌。 ‘ ． 其它文献对采用结构影响系数C 值的地震作用计算方法所指出的不足还有【5 ．q ； 1 物理概念不够清楚，设计人员往往误解按规范设计的结构，真的具备强度安全度。实 际上屈服部位强度已无储备，而是通过发展塑性变形消耗地震输入能量以抵御地震作用。 2 规范用统一的结构影响系数C 折减弹性地震力进行结构和构件设计，为此对于功能、 使用要求不同的结构和构件无法反映其间的差异，设计者无法自行调节。． 3 实际结构的承载力分布往往是不均匀的，其弹塑性变形也存在着显著的不均匀。对于 存在明显薄弱层的不均匀结构，在地震作用下出现大的弹塑性层间变形，即“塑性变形集中” 的现象。采用统一的结构影响系数C 不能控制这些楼层的层间变形，也难以反映这种“塑性变 形集中”的影响。 4 实际发生的地震烈度有可能高于建筑物所在地区规定的基本烈度， 7 8 抗震规范没有 对结构可能发生严重破坏或倒塌作出估计。规范没有提供计算结构在地震作用下的变形方法。 5 结构影响系数C 是一个经验系数，与结构类型有关，而结构类型很多，且结构不同部 位往往采用不同受力特性材料的构件，各部位、各楼层或各构件的变形能力差异很大，为此需 将C 值划分得很细，依据不足，经验成分偏多。 6 无小震弹性阶段计算，不进行在小震作用下的结构弹性变形验算。 3 按小震计算地震作用的方法及其优缺点 3 ．1 按小震计算地震作用方法的由来 8 9 抗震规范是按“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则对7 8 抗震规范进行 修订的。根据地震统计资料，将重现期为5 0 年的地震作为小震 多遇地震 ，其超越概率约为 6 3 ％，比设防烈度地震 中震 低约1 ．5 5 度【7 】。这样，小震的发生频率与一般结构荷载相当， 作为第一阶段按小震作用的结构抗震承载力设计与其它荷载作用下的承载力设计所采用的方法 就取得了一致。由于在多遇的小震作用下，结构处于弹性阶段，使“小震不坏”的设计目标得 到了具体化闭，并可运用弹性叠加原理考虑小震地震作用效应和其它荷载效应进行组合【8 】，由此 实现了统一标准采用多系数承载力极限状态设计方法的规定。 3 ．2 按小震计算地震作用的优缺点 1 优点 在介绍8 9 抗震规范修订的文献[ 4 ，5 】中，说明了按小震计算地震作用有以下优点 1 结构在小震水准 多遇地震 的地震作用下处于“弹性状态”，此时的地震作用效应与 1 3 其它荷载效应的组合都是结构在弹性受力状态的叠加，符合结构力学理论，是合理的，故8 9 抗震规范也不再出现结构影响系数C 。 2 三水准抗震设计易于实现用第一水准的地震作用 小震 进行承载力验算，同时采 取规范规定的构造措施以满足第二水准 中震 的塑性变形能力要求，一般结构不必进行计算 也可满足第三水准的抗倒塌要求，而对某些特殊结构按第三水准 大震 进行能力验算，满足 抗倒塌要求。 需要说明的是，文献[ 4 】指出，8 9 抗震规范多遇地震的影响系数与7 8 抗震规范的C 口 也大体相当，相当于是利用7 8 抗震规范结构影响系数的平均值C O ．3 5 将抗震设防烈度下 的结构弹塑性反应，转化为多遇烈度地震作用下的结构弹性反应【9 】，这样在数值上总体与保持 了7 8 抗震规范的延续性。 2 缺点 文献[ 9 】在介绍性能抗震设计通则中指出按小震水准计算地震作用，虽然总体上是正确 的，但带来了以下副作用 1 设计概念模糊，常被误认为是在按多遇地震进行结构抗震承载力验算，而不是按基本烈 度设防。 2 结构影响系数C 取决于结构体系的总体性能，不同的结构材料和结构体系，有着不同的 结构影响系数，最大值与最小值的差别达到2 ．5 倍，分别是平均值O ．3 5 的1 ．3 倍和O ．5 倍。因此， 针对不同材料和不同结构体系的结构设计，采用平均值O ．3 5 进行地震力的折减，误差是很大的。 3 考虑到上述第 2 项的问题，0 1 抗震规范第5 ，4 ．2 条规定了构件承载力抗震调整系数 7 妞的不同取值 注承载力抗震调整系数是8 9 抗震规范采用小震计算地震作用后就引入 的 。然而，梁、柱、墙之类构件存在于多种结构体系中，当他们处于不同结构体系之中时，结 构特性系数C 的取值应该是不同的。然而，抗震规范给出的抗震承载力调整系数，对于梁、 柱和墙均为同一个数值，其误差是显而易见的。 除上述缺点外，笔者认为按小震计算作用还有以下不足 1 不同结构体系和结构性能的地震作用取值方法相同，没有体现不同结构体系在抗震性 能上的差异，尤其是没有体现不同结构体系在塑性变形能力方面的差异。比如，钢结构延性好 的优点在计算地震作用中无法体现，导致钢结构的钢材用量不能减少。 2 容易导致一些设计人员只关注结构各个部位是否满足抗震承载力要求，而忽视整体结 构应具有什么样的抗震性能和整体结构抗震能力到底如何，尤其是忽视整体结构在中震作用 乃 至大震作用 下应具有什么样的屈服破坏机制和性态。事实上，根据整体结构在中震或大震作 用下的性态目标，整个结构系统中并不是所有部位都要求承载力越大越好。对于预期出现塑性 铰的部位，其承载力不应提高，而是应加强构造措施增加这些部位的塑性变形能力。 3 按小震计算地震作用的反应谱与阻尼比大小有关，混凝土结构阻尼比0 ．0 5 比钢结构阻 尼比0 ．0 2 大，使得延性好的钢结构地震作用反而加大。 当然，从抗震规范体系上来说，为满足大震不倒的设防目标，除要求按小震地震作用 对结构和构件进行抗震承载力验算外，还对大震 罕遇地震 下的塑性变形能力进行了规定， 主要有两方面对一般结构采用构造措施保证；某些在地震时易倒塌的结构进行罕遇地震时的 变形验算。应该来说，抗震规范对大震的规定弥补了按小震计算地震作用所带来的问题。 事实上，按小震计算地震作用带来的最大问题，是现行抗震规范中采用的承载力抗麓 调整系数绦E 和抗震等级。如前所述，8 9 抗震规范多遇地震的影响系数相当于是取‘7 8 抗震 规范结构影响系数平均值C 0 ．3 5 ，使得8 9 抗震规范的总体安全性和经济性与7 8 抗震 规范一致[ 引。由于取消了结构影响系数C ，则7 8 抗震规范中对不同结构材料和不同结构 体系的结构影响系数C 的差别，以及与‘7 8 抗震规范配套的其它结构规范中不同受力形式构 件安全储备的差别。转化为8 9 抗震规范承载力抗震调整系数勉【8 l 和抗震等级，这实际上是 把体现不同结构整体延性的差异转换为体现不同构件的工作性质和延性性质的差异【l o J 。也就是 1 4 说，尽管采用了按小震计算作用的方法，又不得不考虑结构体系、结构形式以及结构构件的在 变形能力和抗震性能上的差异，由此引入了承载力抗震调整系数，妊和抗震等级。在某种程度上 说，抗震承载力调整系数触确定，尤其是抗震等级的划分，其经验性成分比确定结构影响系数 C 的经验性成分更多。并且，随着新型结构体系和新型结构形式的不断发展，承载力抗震调整 系数7 虹和抗震等级的确定难度越来越大，以至于成为阻碍我国抗震规范发展的瓶颈。此外， 引入触还给混凝土结构的设计计算带来很多复杂的问题【1 3 1 。 4 两种地震作用计算方法的评价 由以上介绍可知，在实现“小震不坏、中震可修、大震不到”的现阶段建筑结构抗震设防 目标和现阶段基于弹性反应谱的抗震设计方法 即采用反应谱方法计算地震作用进行结构抗震 承载力验算，采用构造措施保证结构延性能力 ，两种地震作用计算方法在具体落实抗震设防目 标的实际效果上是基本一致的，而且地震震害经验也表明，目前我国按小震计算地震作用的抗 震规范以及国外按中震计算地震的抗震规范 包括我国性能抗震设计通则 ，基本都能实 现现阶段抗震设防目标所需要的抗震能力。而两种地震作用计算方法均有各自的优缺点，因此 在评价两种不同地震作用计算方法时，还需要从哪种方法更有利于结构抗震设计方法的发展、 有利于增强工程设计人员的结构抗震概念 尤其是抗震工程教育 和提高我国工程结构抗震研 究水平的角度来进一步讨论。 4 ．1 结构抗震设计方法的发展 众所周知，目前结构抗震设计方法已发展到性能设计阶段。基于性能抗震设计方法的实现， 其重要的一个标志就是要给出在不同抗震设防目标的不同地震水平下 尤其是罕遇地震水平下 整体结构的地震变形响应，并由此确定结构中各部位 特别是出现塑性变形的部位 变形大小 甚至是累积塑性变形或耗能的大小 ，并据此进行各部位的抗震构造设计。因此，基于性能抗 震设计在确定地震作用时，不仅要给出地震力，还要给出地震引起的结构变形，甚至耗能。地 震力和地震产生的结构变形都是地震作用。地震作用的含义是，地震时地面运动使结构产生的 动力反应。包括地震力、变形、能量反应等【2 1 。 目前抗震规范采用的是单一的抗震设防目标。在这种单一的抗震设防目标下，当按小 震不坏的水准确定地震力后，中震和大震下结构的非弹性状态和塑性变形程度也基本处在～定 的范围 不同的结构体系和形式有所不同 ，因此形成了以结构所受的地震力作为地震作用进行 结构抗震承载力验算为主、构造措施保证结构塑性变形为辅 对于一般结构不再计算塑性变形 的基于承载力抗震设计方法。而地震力的计算只需要借助弹性反应谱即可实现。 而基于性能设计的抗震设防目标是可选的，这就要求同时给出结构所受的地震力和变形这 两种地震作用 甚至包括结构的能量反应 ，以确定不同水准地震下结构的性态，包括适用性、 可修复性和损伤程度。因此，此时仅利用弹性反应谱计算地震力就不够了，而需要给出弹塑性 反应谱。弹塑性反应谱与结构的屈服强度和预期的结构延性大小有关。由于抗震设防目标可选， 预期的结构延性大小也有所不同，因而需要给出不同目标延性系数情况下的弹塑性反应谱。如 果把弹性反应谱看作是目标延性系数等于1 的弹塑性反应谱，则不同目标延性系数的反应谱是 一族谱曲线，由此可建立一个完整的反应谱理论。 对于给定的结构延性系数口，弹塑性加速度反应谱可以通过弹性加速度反应谱除以与延性系 数埘劬结构周期r 有关的承载力折减系数R 鸬乃得到，即 ． ． 蹦加黼 ∽ 由此可得到弹塑性位移反应谱， 曲 加志心础_ 1 5 式中，岛∽为弹塑性加速度反应谱，当工F 1 时，即是 工尸1 为弹性加速度反应谱；显示MMBC算法较DSOC与DCOC算法具有参数选取简 便、控制效果显著等优点,能较好地适用于高层结构分散控制器设计. 8.期刊论文 蔡国平.黄金枝 控制存在延时的建筑结构地震作用下的最优控制方法 -应用力学学报2001,184 直接从时滞微分方程进行控制律设计,对控制存在延时的建筑结构在地震作用下的最优控制方法进行了研究.在控制时滞量为采样周期的整数倍和非整数倍的两种情况下,通过采 用零阶保持器,将包含时滞的连续系统转化为形式上不包含时滞的标准离散线性系统,然后进行控制律的设计.所得出的控制律表达式中,除了含有当前的状态反馈外,还包含有前若干 步控制项的线形组合.最后对某三自由度结构模型进行了仿真计算,结果表明,延时对控制效果有较大的影响,延时并非愈短愈好. 9.会议论文 叶昆.李黎.朱宏平.符蓉 近断层脉冲型地震作用下基础隔震建筑结构最大位移反应研究 2009 近断层脉冲型地震作用下,基础隔震建筑结构将产生过大的水平变形,超过基于常规地震所设计的隔震缝宽度,从而导致与周围基坑或挡墙的碰撞响应.为了有效地避免碰撞的发生 ,本文对LRB基础隔震建筑结构在近断层脉冲型地震作用下的最大位移反应进行了研究.利用基于小波技术识别得到的近断层脉冲型地震库,通过进行大量的非线性时程分析,计算了在 不同地震烈度、隔震周期和特征屈服强度比等情况下基础隔震建筑结构的最大位移反应,根据这些计算结果,采用非线性回归分析方法给出了近似计算公式,这对在近断层区域设计基 础隔震建筑结构能够提供有价值的参考. 本文链接 下载时间2009年12月9日