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预制混凝土框架结构抗震性能研究综述预制混凝土框架结构是一种现代化建筑结构，在建筑工程领域中得到了广泛应用。
预制混凝土框架结构具有预制化、规范化生产和快速施工等明显优点，在高层建筑、公共建筑和住宅建筑中得到了广泛应用。
然而，地震是导致建筑结构倒塌的主要原因之一。
因此，研究预制混凝土框架结构的抗震性能，提高其抗震能力，对于保障人民生命和财产安全非常重要。
本文对国内外研究预制混凝土框架结构的抗震性能的研究成果进行了综述，主要包括预制混凝土框架结构抗震设计准则、预制混凝土框架结构抗震性能试验、预制混凝土框架结构抗震性能分析与应用等方面。
抗震设计准则是指根据地震灾害的特点和建筑物的抗震能力确定的一系列技术规范。
在国内外，已经出台了一系列的预制混凝土框架结构抗震设计准则。
中国的《建筑抗震设计规范》中对预制混凝土框架结构的抗震性能进行了详细规定，包括强度等级、变形能力、刚度等级等。
美国的《建筑结构设计规范》对预制混凝土框架结构的抗震设计进行了详细说明，包括地震荷载的计算方法、结构响应的计算方法等。
欧洲的《结构设计标准》则采用了一种性能设计的方法，即根据结构的性能指标来进行抗震设计。
预制混凝土框架结构的抗震性能试验是研究其抗震性能的重要手段。
在国内外，已经开展了大量预制混凝土框架结构抗震性能试验。
中国科学院地震研究所对一座18层框架结构住宅楼进行了抗震性能试验，研究了框架结构的刚度、强度、裂缝性能等。
美国国家科学基金会在加州进行了一系列大型的预制混凝土框架结构抗震性能试验，研究了框架结构的性能指标、承载能力、裂缝性能等。
欧洲也开展了大量的预制混凝土框架结构抗震性能试验，探讨了框架结构的性能指标、强度等级和变形能力等方面的问题。
中国研究人员采用有限元软件进行预制混凝土框架结构的抗震性能分析，研究分析了框架结构的承载能力、应变分布和响应特性。
美国研究人员采用离散元法和非线性有限元分析方法，进行了预制混凝土框架结构的抗震性能分析，研究了框架结构的力学性能和变形能力等方面的问题。
基于性能的框架结构抗震设计研究摘要：本文简要叙述了对国内外基于性能的抗震设计研究成果，并对二者进行了较系统的综述与分析。
通过目前的研究表明，基于性能的抗震设计不仅仅能够使得建筑结构在未来可能地震作用下的性能进行有效的控制，还能使建筑物的破坏和损失限定在可接受的范围内。
在此基础上，本文还详细论述了基于性能的抗震的几种设计。
通过对几种设计方法进行了论述和对比，结合实际工程，对于提高建筑结构的抗震设计水平具有是十分重要的意义。
关键词：抗震设计框架结构分析基于性能的抗震结构设计要求在未来不同强度的地震作用下结构达到预期的性能目标，该设计理念包括工程的设计、施工和评估等方面。
事实上，在罕遇地震作用下，建筑结构都会进入弹塑性状态，为满足结构在大震作用下的性能抗震设计要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形，因此，对结构进行弹塑性分析己成为抗震设计时的一个重要组成部分.而结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两大类.前者即弹塑性时程分析，输入地震波后，直接计算结构的地震反应，该方法能够计算地震反应全过程中各时刻结构的内力和变形状态，给出结构开裂和屈服的顺序，发现应力和塑性变形集中的部位，从而判明结构的屈服机制、薄弱环节及可能的破坏类型.时程分析是结构弹塑性分析最可靠的方法，但该方法计算复杂、工作量大，结果处理繁琐，又受地震波的不确定性、力与位移的滞回关系、轴力与弯矩的屈服关系等因素的影响，故在实际工程中的应用受到限制；相对而言，静力弹塑性分析(又称push-over)]是一种对结构非线性地震反应分析的简化计算方法，它可以较准确地描述结构抵抗侧向力的性能，包括构件的应力和变形的分布、构件的屈服顺序、承载力的薄弱部位和可能发生的破坏形式等，比较直观、计算量小，能够准确的揭示结构设计中的隐患，容易为广大工程人员所接受，作为一种新的结构抗震性能评估手段。
本文研究Push-over方法在钢筋混凝土框架结构中的应用，分析该方法在实际工程的应用及有待改进之处。
建筑结构抗震性能研究与评估方法建筑结构的抗震性能研究与评估是保障建筑物在地震发生时能够保持基本完好，并能够保护生命财产安全的重要工作。
针对这一任务，我将详细介绍建筑结构抗震性能的研究方法和评估方法。
首先，建筑结构抗震性能的研究方法主要包括理论分析、数值模拟和实验研究。
理论分析是通过建筑结构的力学原理和地震力学原理，通过运用数学方法进行计算和推导，以确定建筑结构的抗震性能。
数值模拟是利用计算机软件进行建模和模拟，通过模拟地震力对建筑结构的作用，分析和评估建筑结构的抗震性能。
实验研究是通过构建建筑模型或进行原型建筑的振动台试验等方式，在实际物理环境中对建筑结构进行震动试验，以获取建筑结构的动力响应和破坏模式，从而评估建筑结构的抗震性能。
其次，建筑结构抗震性能的评估方法包括定性评估和定量评估。
定性评估是通过观察和判断建筑结构的破坏程度和破坏形式，评估建筑结构的抗震性能。
定性评估主要包括对建筑结构的抗震设计和施工质量的评估，以及对建筑结构的耐震能力的评估。
定量评估是通过计算和测量建筑结构的动力响应参数，利用抗震设计规范和地震动参数，以及运用结构动力学和地震工程等理论，进行建筑结构的抗震性能评估。
定量评估主要包括对建筑结构的位移、加速度、速度、力和能量等动力响应参数的计算和分析，以及使用抗震评估指标对建筑结构进行评估。
除了上述方法，还可以通过建筑结构的性能基于抗震设计的考虑进行多目标优化。
这种方法是综合考虑建筑结构在抗震性能、经济性、永久性和舒适性等多个方面的要求，通过重复进行模拟和优化计算，以得到满足抗震性能和其他要求的最佳设计方案。
此外，建筑结构抗震性能的研究与评估还需要考虑建筑结构的规模、形状、材料、连接方式、结构体系等因素的影响。
建筑结构的规模和形状会影响抗震性能评估中的模型选择和计算精度。
建筑结构的材料和连接方式会影响建筑结构的刚性、强度和耐久性，从而影响抗震性能。
建筑结构的结构体系是指建筑结构的组成和布置方式，不同结构体系具有不同的抗震性能和破坏模式，因此在抗震性能研究与评估中需要充分考虑结构体系的影响。
建筑结构抗震性能研究及设计方法建筑结构的抗震性能是评估一座建筑物能否承受地震力量的关键因素。
在地震频繁的地区，建筑结构的抗震设计至关重要，它不仅影响着建筑物的安全性，还关系到人们的生命财产安全。
因此，本文将探讨建筑结构抗震性能的研究和设计方法。
一、地震对建筑结构的影响地震是地球上地壳活动的表现，它会产生巨大的水平和垂直地震力。
地震对建筑结构的影响主要表现为地震波的传导和建筑结构的动力响应。
地震波的传导是指地震波从地震发生地传播至建筑物的过程，它的强度和频率与地震烈度有关。
建筑结构的动力响应是指在地震波作用下建筑结构所发生的运动情况，包括结构的位移、速度和加速度等。
二、建筑结构抗震性能研究方法1. 地震波分析：地震波分析是研究地震波如何传递和作用于建筑结构的过程。
通过获取地震波的地震参数，如地震烈度、震源距离等，可以进行地震波传播和地震波动力响应的数学模拟计算，从而评估建筑结构在地震中的受力情况。
2. 结构动力响应分析：结构动力响应分析是研究建筑结构在地震波作用下的响应特性。
通过使用数学模型和计算方法，可以模拟建筑结构在地震中的位移、速度和加速度等动态响应参数。
结构动力响应分析可以帮助评估建筑结构的抗震性能，查明结构的破坏机理，从而为抗震设计提供依据。
三、建筑结构抗震设计方法1. 基础设施设计：建筑结构的抗震设计首先涉及到合理的基础设施设计。
在选址阶段，应综合考虑地质条件、土壤工程特性和地震烈度等因素，选择适合的地点进行建设。
在基础设施设计时，应根据地震波参数和土壤特性等，合理设计地基承载能力和地震力的传递路径。
2. 结构材料选用：抗震设计中，选用合适的结构材料是非常关键的。
抗震设计要求建筑结构能够在地震中保持基本完好，因此结构材料的抗震性能和力学性能都需要充分考虑。
常用的抗震结构材料包括钢筋混凝土、钢结构和木结构等。
3. 结构构造设计：结构构造设计是指建筑结构的框架结构和连接方式设计。
在抗震设计中，应采用合理的构造形式，增加结构的抗震能力。
概述木材由于具有资源易于再生、绿色环保、保温隔热性好等优点，与可持续发展的目标相互协调，其在建筑业中的应用发展越来越受到重视。
此外，随着近十年来材料技术的发展，诸如正交胶合木(cross laminated timber, 简称CLT)等新型工程木产品的诞生使得建造多高层木结构建筑成为可能。
为了建筑业的可持续发展，也为了解决大城市人口密度不断增长的问题，木材不能局限于以往三层及三层以下的低矮建筑，近些年，多高层木结构建筑取得了快速发展。
基于上述背景，本文首先枚举了一批全球新建的典型多高层木结构建筑，以期通过具体建筑案例分析来洞悉当前多高层木结构建筑的发展趋势，然后总结了当前多高层木结构建筑常用的结构体系类型及存在的相关问题；基于上述在节点及结构体系两个层面的问题，对多高层木结构建筑开展了一系列试验和理论研究，揭示了部分结构体系的抗震机理；最后，概括了适用于多高层木结构建筑的抗震设计方法。
1 多高层木结构建筑发展概况1.1 典型建筑案例介绍自2008年建起第一幢木结构CLT高层后，世界各国纷纷响应这个理念，各地建起了一些示范建筑。
最早于2009年，伦敦建成了一幢名为“Stadthaus”的9层公寓式建筑（图1）[1]，该建筑底层为混凝土剪力墙结构，上部8层的墙板、楼板、包括电梯和楼梯井道均采用CLT板建造。
该工程中，绝大多数构件经工厂预制后现场拼装而成，施工周期仅9周，且施工误差仅为混凝土结构的一半。
此外，施工过程绿色环保，碳排放少，所用建材本身兼有碳贮存功能。
2012年，墨尔本建成了一幢名为“Forte”的10层公寓式建筑（图2）[2]，该建筑同样采用了底层混凝土框架-上部楼层CLT剪力墙的上下组合结构体系。
“Forte”的施工周期约10个月，与同体积的混凝土或钢结构建筑相比，其在保温隔热方面能够节约25%的能源，且兼有抗震性能优良的特点。
图1 英国9层公寓式建筑“Stadthaus”图2 墨尔本10层公寓式建筑“Forte”2015年，挪威卑尔根建成了一幢名为“Treet”的14层木结构建筑（图3），该建筑总高52.8 m，采用了胶合木梁柱框架-CLT剪力墙的结构体系，其中胶合木构件尺寸较大，以满足其炭化速率达到耐火极限要求，并且基于防火考虑，金属连接件、钢板和销轴等均未置于木构件表面。
结构抗震性能评估与改进方法地震是自然灾害中最具破坏性的一种，特别是在一些地震频发的地区，对建筑结构的抗震性能进行评估和改进变得尤为重要。
本文将讨论结构抗震性能评估的方法以及如何通过一些改进来提高结构的抗震能力。
一、结构抗震性能评估方法在进行结构抗震性能评估时，需要考虑几个关键因素。
首先，要对地震的激励进行分析，包括地震的频率、振型和加速度等。
其次，需要评估结构的弹性性能，即结构在受力后是否能够恢复到初始状态。
最后，还需要考虑结构的塑性性能，即结构在受力后能否发生塑性变形，从而分散地震能量。
对于抗震性能评估，可以使用一些数值方法来进行模拟和分析。
有限元分析是一种常用的方法，通过将结构分割成有限数量的单元，在每个单元中计算力和位移的关系，从而获得结构的受力情况。
同时，还可以使用试验方法来评估结构的抗震性能，通过在实验室中对结构进行地震模拟，观察结构的行为和性能。
二、结构抗震性能的改进方法在评估了结构的抗震性能后，可以根据评估结果来采取相应的改进措施。
以下是一些常用的改进方法：1. 结构加固：通过在结构中增加钢筋、箍筋等材料，以增强结构的抗震性能。
同时，可以采用更好的连接节点设计来提高结构的整体稳定性。
2. 防震减灾措施：在结构的设计和施工中，可以采取一些防震减灾措施，如设置避震器、阻尼器等。
这些措施可以有效地减少地震对结构的冲击。
3. 结构材料的改进：选择更加抗震的材料来进行结构构建，如高强度混凝土、钢结构等。
这些材料具有较好的抗震性能，能够承受更大的地震冲击。
4. 结构的合理布置：在结构设计中，应该合理布置各个结构元素，以增加结构的整体稳定性。
同时，还应该考虑结构与地基的相互作用，以确保结构能够充分发挥抗震的功能。
通过以上的改进方法，可以提高结构的抗震性能，减轻地震对结构造成的破坏。
此外，还可以通过定期检测和维护结构来确保其抗震性能的长期有效性。
总结：结构抗震性能评估和改进是一个复杂且重要的过程。
结构抗震性能设计方法研究摘要：随着我国建筑行业的不断进步，我国建筑的抗震能力也得到了一定的提高，但是，面对复杂的地震灾害，我国建筑还需要进一步提高抗震性能。
本文将从以下几个方面来分析基于性能的结构抗震设计方法。
关键词：性能；结构；抗震结构；设计一、前言目前，我国建筑在抗震方面还存在很多不足，其中，抗震的性能设计就是一个至关重要的环节，所以，对基于性能的结构抗震设计方法进行研究和分析很有现实意义。
二、基于性能的结构抗震设计的概念尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究，也得到了一些初步的成果。
但是对于基于性能的抗震设计，现在还没有一个统一的定义。
比较有权威性的是美国seaoc，atc和fema等组织给出的基于性能设计的描述。
其中seaoc对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和结构比例，保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。
atc对基于性能抗震设计的描述为“基于性能抗震设计是指结构的设计标准由一系列可以取得的结构性能目标来表示。
主要针对混凝土结构并且采用基于能力的设计原理”。
fema对基于性能抗震设计的描述为“基于不同强度地震作用，得出不同的性能目标。
在分析和设计中采用弹性静力和弹塑性时程分析来得到一系列的性能水平，并且采用建筑物顶点位移来定义结构和非结构构件的性能水平，不同的结构形式采用不同的性能水平”。
三、基于性能的抗震设计理论特点pbsd的根本目的在于要求结构在整个寿命期内，在一定的条件下，花在抗震上的费用最少，即追求建筑物在服役期内的最佳经济效益—成本比。
其主要的特点如下：1、采用了多级设防目标多级目标的设计理念是在不同地震设防水准下，能够有效地控制建筑物的破坏状态实现不同性能水平，使建筑物在整个生命周期内，在遭受可能发生的地震作用下，总体费用达到最小，因此它不仅注重结构的性能设计，也注重非结构构件和内部设施的保护。
建筑结构的抗震设计与结构安全评估建筑结构的抗震设计与结构安全评估对于确保建筑物的安全性至关重要。
随着科学技术的不断进步，人们对于建筑结构抗震能力的要求越来越高。
本文将介绍建筑结构抗震设计的主要原则和方法，并探讨结构安全评估的重要性。
一、抗震设计抗震设计是建筑结构设计中非常重要的一个方面，它旨在使建筑结构在地震发生时具备一定的抵抗能力和适应能力，以减少地震造成的损失。
在抗震设计过程中，需要考虑以下几个方面：1. 结构的合理布局：通过合理的结构布局，可以将地震力合理地引导到地基，从而减小对建筑结构的影响。
2. 结构的选择和使用合适的材料：在选择结构类型和建筑材料时，应该考虑其抗震性能，确保结构能够承受地震引起的荷载。
3. 设计合理的结构连接方式：结构的连接方式对于抗震性能至关重要。
合理的连接方式可以提高结构的整体抗震能力，提高结构的稳定性。
4. 设计适当的剪力墙和支撑系统：剪力墙和支撑系统可以提供额外的抗震支撑，增加结构的整体刚度，提高结构的稳定性。
5. 考虑建筑物的地震位移控制：在抗震设计中，需要考虑建筑物的地震位移控制，以减小地震引起的变形和破坏。
二、结构安全评估结构安全评估是对建筑结构进行定期检测和评估，以确保其安全可靠。
结构安全评估的主要内容包括以下几个方面：1. 结构物的全面检查：对建筑结构的各个部分进行全面的检查，包括主体结构、承重构件、连接件等。
2. 破坏性测试：通过破坏性测试，可以评估结构物的抗震性能，并发现潜在的安全隐患。
3. 结构分析和计算：通过结构分析和计算，可以评估结构物的响应特性，并确定结构的安全性。
4. 定期维护和修复：根据安全评估的结果，进行定期的维护和修复工作，确保结构物的安全可靠。
三、结论建筑结构的抗震设计和结构安全评估是保证建筑物安全的重要手段。
抗震设计应遵循合理布局、选择适当材料、合理连接、使用剪力墙和支撑系统等原则。
而结构安全评估则是定期检测和评估建筑结构的安全性，以及进行维护和修复工作。
建筑物结构设计中的抗震性能评估地震是一种自然灾害，给建筑物以及人类带来了巨大的破坏和伤害。
为了减少地震对建筑物的影响，人们在建筑物的结构设计中越来越重视抗震性能评估。
抗震性能评估是指对建筑物的结构体系进行力学性能、耐震性能以及物理性能等多方面的综合评定。
在建筑物结构设计中，首先需要考虑的是建筑物所处的地理位置和地震活动频率。
不同地区的地震活动频率不同，因此对于位于地震活动频率较高的地区，建筑物的抗震要求会更高。
其次，建筑物所采用的结构体系也会决定其抗震性能。
常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构和桁架结构等，每种结构体系都有其适用的场景和优缺点。
抗震性能评估一般分为两个主要方面：静力性能评估和动力性能评估。
静力性能评估主要是通过计算建筑物在地震力作用下的持力能力和刚度来评估其抗震性能。
动力性能评估则是通过建立建筑物的动力模型，采用地震荷载和地震动力学分析方法来评估其动力响应。
这两种评估方法互相补充，可以更全面地评估建筑物的抗震能力。
静力性能评估主要包括强度和刚度两个方面。
强度指的是建筑物在地震力作用下的抗震能力，可以通过损伤指标来评估。
损伤指标一般包括最大剪切力、最大弯矩和剪应力等参数。
刚度则是指建筑物在地震力作用下的变形能力，主要包括弹性刚度和塑性刚度。
建筑物的刚度越大，其变形能力越小，抗震性能越好。
动力性能评估是目前抗震性能评估的前沿领域。
通过建立建筑物的动力模型，可以更准确地预测建筑物在地震灾害中的响应。
动力性能评估主要根据建筑物的固有周期、耗能能力和位移角度等参数来评估其抗震性能。
固有周期指的是建筑物在地震作用下的振动周期，具有较小振动周期的建筑物抗震性能较好。
耗能能力则是指建筑物在地震作用下对地震能量的吸收能力，一般通过加装耗能装置来提高建筑物的耗能能力。
位移角度则是指建筑物在地震作用下的变形程度，一般应控制在安全范围内。
除了静力性能评估和动力性能评估，抗震性能评估还需要考虑建筑物的地基条件、耐久性以及建筑物的功能需求等。
第37卷 第1期2005年3月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi’an Univ.of Arch.&Tech.(Natural Science Edition)Vol.37 No.1Mar.2005基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述邢 燕,牛荻涛(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘 要:基于性能的结构设计是21世纪抗震设计的发展趋势,而新建结构的抗震设计与在役结构的抗震评估及加固设计则是减轻地震灾害的二个重要方面.对基于性能的结构设计方法进行了评述,并对性能设计理论在结构抗震性能评估与加固设计中的应用状况进行了分析,进一步指出建立在役结构抗震性能评估及加固理论与方法需研究解决的问题.关键词:结构性能;抗震设计;抗震评估;在役结构中图分类号:TU311.3 文献标识码:A 文章编号:100627930(2005)0120024205 ΞSummarization of performance-based seismicdesign and evaluation methodXING Yan,NIU Di2tao(School of Civil Eng.,Xi’an Univ.of Arch.&Tech.,Xi’an710055,China)Abstract:Performance2based design is the development current of seismic design of the21th century.Two important aspects of alleviating earthquake disaster are seismic design of new structures and seismic evaluation as well as the retrofit design of existing structures.The methods of performance2based design are reviewed in this paper.The actuality and existent problems are analyzed and that performance2based design is applied to seismic evaluation and retrofit design.Key words:performance;seismic design;seismic evaluation;existing structure1989年美国加洲Lorma Prieta地震(Ms7.1)和1994年美国Northridge地震(Ms6.7),伤亡数百人,而造成的经济损失高达150～200亿美元;1995年日本阪神大地震(Ms7.1)[1],死亡5500多人,造成的经济损失高达1000亿美元,震后的恢复重建工作花费两年多时间,耗资近1000亿美元.2000年我国台湾发生的7.6级地震,死亡2103人,房屋倒塌上万,对经济影响也十分巨大.上述震害说明,随着经济的发展和人口密度的增加,人们逐渐认识到过去的仅以保证人的生命安全为目标的设计理论,在抗震设计理念、适应社会需求等方面都存在一定的不足.按规范设计的建筑物可以避免倒塌而不危及人的生命,但一次地震,甚至一次中等大小的地震所造成的损失,就大大超过了社会和业主所能接受的程度.因此,现代及未来的建筑不仅要防止倒塌,还要考虑控制经济损失,保证结构使用功能的延续等问题.近年来国际上提出了基于结构性能的抗震设计理论(Performance2based seismic design,简称PBSD),其基本思想是以结构抗震性能分析为基础,针对每一种设防水准(如50a超越概率为6312%,Ξ收稿日期:2003207208基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078044)作者简介:邢 燕(19792),女,山西长治人,硕士研究生,主要从事服役结构的抗震性能评估和加固研究.10%和2%的地震动),将结构的抗震性能划分成不同等级(如性能完好,性能连续,保证安全,近于倒塌等),采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计,使结构在各种地震水平作用下所造成的破坏程度,是业主所选择并能够承受的.另一方面,结构性能的优劣不仅与设计有关,施工和使用过程对其也有较大影响.如结构在使用过程中,由于环境等因素的作用,混凝土腐蚀与钢筋锈蚀,进一步导致结构性能(包括抗震性能)的退化.因此在发展基于性能的抗震设计方法的同时还应该重视在役结构抗震性能评估理论与方法的研究.1 基于损伤性能的抗震设计方法目前PBSD 理论主要有基于位移的抗震设计(简称DBSD )、基于地震损伤性能的设计方法(简称SDPBD )和综合抗震设计方法.1.1 基于位移的抗震设计(DBSD )方法DBSD 方法的基本思想是在一定水准的地震作用下,以结构的位移响应为目标进行设计,使结构达到该水准地震作用下的性能要求.具体有:延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的方法和适应谱push 2over 方法等.延性系数法的实质,是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系,由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变,从而使构件具有要求的延性系数[2,3].这种方法在新西兰等国家得到应用,并称之为“能力设计”方法.直接基于位移的方法是用“替代结构”将实际结构表示为一等效单自由度体系,采用与最大位移∃d相对应的割线刚度K e 和等效阻尼比Νeq 来代替实际结构[4].而基于力的抗震设计方法是以结构的弹性刚度和阻尼来表征结构的,因此较基于力的设计方法有所改进.用这种方法确定目标位移和将多自由度体系等效为单自由度体系的前提是结构中可能形成塑性铰的部位同时达到屈服,显然这在实际结构中较难实现.能力谱方法(Capacity Sp ectrum M ethod )[4,5]是将地震反应谱曲线和结构能力谱曲线绘制在同一图中,求得两个曲线相交点(称为性能点)的位移(称为目标位移)或采用图示的方法直观地评估结构在给定地震作用下的性能,它的关键就是用pu sh 2over 方法获得能力谱曲线.p u sh 2over 方法是近年来在国外得到广泛应用的一种结构抗震能力评价的新方法.它的优点在于水平力的大小是根据结构周期的变化由设计反应谱求得,而分布形式则根据结构振型的变化求得.但也存在两个问题:(1)侧向水平力的分布形式如何选择;(2)如何考虑高振型对地震作用的影响.我国也有很多学者都对这一方法做了不同程度的改进[6～8].能力谱法其实是一种静力非线性方法,与以往的静力方法不同之处主要在于它将设计反应谱引入了计算过程.能力谱法较多用在在役结构的抗震评估中,目前也在性能设计中得到广泛应用,比基于力的设计方法更为合理.在前面的方法中,为了能利用反应谱,必须将多自由度体系等效成单自由度体系;而规范中的反应谱都是线弹性的,所以又必须将非线性体系等效成线性体系.这两方面等效必然会带来一定的误差,因而能力谱方法和延性系数设计方法只适用于中低层结构,对于高阶振型影响不能忽略的结构则不适用.适应谱pu sh 2over 方法[9]则克服了以上的不足.这一方法与传统的pu sh 2over 分析方法相比,最主要的区别在于:(1)直接利用反应谱来定义加载特性;(2)侧向荷载随结构的动力特性变化而改变.即虽是静力加载,但同样能体现结构的动力特性,更能体现出结构和地震频谱特性的耦联效应.而且这一方法考虑了多振型的组合,因而惯性力的分布形式较符合实际.该方法不需要进行一系列的等效过程,能够得到多自由度体系的能力曲线.1.2 基于地震损伤性能的设计方法1.2.1 地震损伤模型①双参数模型[10]为了合理地反映弹塑性变形和低周疲劳效应对结构地震损伤的影响,P ark 和A ng (1985年)提出52第1期邢 燕等:基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述了如下钢筋混凝土构件地震损伤模型:D =x m x cu +ΒE hF y x cu (1)式中:x cu 是单调加载下构件的极限位移;Fy 是构件的屈服剪力;x m 和E h 是构件实际的地震最大变形和累积滞变耗能;Β是构件的耗能因子(低周疲劳参数),按下式计算.对于剪切型结构[11]:Β=(-01447+01073Κ+0124n 0+01134Θt )017100Θw (2)式中:Κ为剪跨比(Κ<117时Κ=117);n 0为轴压比(n 0<012时n 0=012);Θt 为纵向受拉钢筋配筋率(Θt <0175%时Θt =0175%);Θw 为体积配箍率.对于弯曲型结构:Β=[0137n 0+0136(k p -012)2]019100Θw (3)式中:k p =Θt f y 0185f c ′为归一化的配筋率;f y 和f c ′分别为受拉钢筋的强度设计值和混凝土圆柱体轴心抗压强度设计值.Fajfar (1992年)引入正规化累积耗能参数[11]:对于剪切型结构:Χh =1Λm E h F y x y (4)对于弯曲型结构:Χh =Υy ΥE h M y Υy (5)则地震损伤可以表示为:D =(1+ΒΧ2h Λm )Λm Λcu (6)式中:Λcu 是结构层破坏的极限延性系数.通过引入正规化累积滞回耗能参数,可以将复杂的地震损伤指数的计算问题转化为较容易的最大位移延性系数的计算问题.②改进能力谱方法模型Fajfar 通过大量弹塑性地震反应时程分析,给出了用于非线性静力分析方法(Non linear StaticP rocedu re,简称N SP )Χh 的简化计算公式[12]:Χh =016z t (Λ-1)0158Λa g v g t D 0130(7)式中:Λ为等价SDO F 体系的延性系数,由改进能力谱法(即与延性有关的能力谱方法,见前述)求得;a g 和v g 分别为设计地面峰值加速度和峰值速度;t D 为强震动持时;z t 为参数,由等价SDO F 体系弹性周期T n 确定[13].1.2.2 设计方法(1)基于地震损伤性能的设计方法[14]①地震损伤直接验算法:为了实现“三水准”地震损伤性能目标,对于一般结构,在多遇地震作用下(对于重要结构,在设防烈度地震作用下)可按现行建筑抗震设计规范进行截面抗震验算和变形验算;必要时可以验算“中震可修”的性能目标;在罕遇地震作用下按下式进行薄弱层的地震损伤验算:D i m ≤[D ](8)式中:D i m 是结构在罕遇地震作用下薄弱层地震损伤值,即结构层地震损伤最大值;[D ]是结构层容许的损伤指数,对一般结构取0.9,重要结构取0.5[14].如果采用改进能力谱法模型来计算D i m ,这种方法被称为基于改进能力谱的地震损伤性能设计[15].它能够较好地控制结构在大震作用下的非线性与损伤性能,但没有消除pu sh 2over 自身存在的缺陷.②转化为变形的地震损伤验算方法:如果式(4)表示的耗能参数Χh 能按简化计算公式确定,则式(8)可以改写成:Λi m ≤[Λ](9)式中:Λi m 是结构在罕遇地震作用下薄弱层的地震最大延性系数,按文献[16]有关简化公式计算;[Λ]的62 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第37卷计算是将[D ]=0.5或0.9代入式(6)相应得到.(2)基于性能的综合抗震设计方法[17]该方法从抗震设计开始就同时考虑强度、位移、能量耗散、结构和非结构的损坏、它们对体系能量输入、能量需求和能量供给能力的组合影响以及对与期望的功能水准相联系的极限状态下的可接受损伤的影响.这一综合抗震设计方法其实就是基于局部结构构件损伤指数DM 和非结构构件层间侧移指数ID I 的设计谱方法.对于剪切型结构,非结构构件层间侧移指数谱ID I 由下式求得.ID I (T ,Λ,Ν)=2H ∑[S d (T n ,Λ,Νn )]2Β1Β2(10)式中:H 是建筑物总高度;S d ()为位移反应谱;Β1是考虑扭转效应的放大系数;Β2是考虑塑性扭转集中在一层的放大系数.局部结构构件损伤指数谱可以表示为DM (T ,Λ,Ν)=(1+b Χ2Λ)Β1Β2ΗΗumon ≈(1+b Χ2Λ)Β1Β2ID I Ηumon(11)这样,利用图1,再考虑与所选定的性能目标相应的正常使用极限状态和承载能力极限状态下的结构损坏(DM saf )和非结构损坏(ID I ser ,ID I saf )就可选定最小周期和最大延性.图1 选择最小刚度和强度以满足性能目标(Ν=5%)F ig .1 Selecting the m ini m al rigidity and strength to m eet the need of perfo rm ance这种基于性能的综合抗震设计方法以其合理性和明晰的表达方式在工程中得到广泛应用,主要优点就是适应性强,不受各国规范差异的影响.另外,能量概念的应用扩大了这种设计方法的范围,并可以在设计中考虑经济优化以及在抗震设计和抗震修复中采用诸如基底隔震和被动耗能装置等新的技术.2 基于性能的设计方法在抗震性能评估和抗震加固方面的应用很久以来,结构工程界主要集中于结构分析和结构设计理论的研究上,目的是提高结构的设计质量.但实际上,结构性能的好坏更是取决于它在整个服役期间的表现.因此,人们还需要对已建成结构在服役期内进行跟踪决策和控制,以保证结构具有良好的性能.20世纪90年代以来,美国工程界将基于性能的方法引入建筑抗震性能评估和抗震加固设计,如ATC 240和FEMA 2273.2.1 在役结构基于性能的抗震评估我国学者田颖等应用能力谱方法,用振型分解法建立了多自由度体系与等效单自由度体系之间的转换关系,用弹性反应谱曲线建立了地震需求曲线,建立了在役RC 框架结构基于位移的抗震性能评估方法[18].但该方法仅适用于以第一振型为主的结构,为使基于位移的评估方法更为合理,应通过弹塑性反应谱来建立结构的地震需求曲线,并建立更能反映结构抗震性能的基于位移的评估参数和评估标准.国外学者Joe MAFFEI 结合自己在抗震鉴定加固方面的经验,提出了一种抗震性能评估方法[19],72第1期邢 燕等:基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述这一方法将能力设计引入在役结构的抗震性能评估,首先确定构件的期望强度值和导致结构失效的变形形式,然后用基于力或基于位移的方法对控制截面进行验算.该方法适用于线性与非线性、静力与动力分析,给工程师提供了更多关于能力方面的信息,也适用于抗震加固设计.2.2 基于性能的抗震加固对在役结构,由于其往往具有某种损伤,因此在进行抗震加固设计时控制变形比控制力更为合理.十多年来,已经发展了很多基于变形的非线性抗震分析的简化方法,但还未能应用于抗震加固中. FEMA2273在这方面做了大量的工作,发展了一种非线性静力分析程序(Nonlinear Static Procedure),它运用一些统计得到的参数将弹性反应转化为非弹性反应.但在这些系数的取值以及在考虑高振型影响方面还未取得共识.在目前的非线性分析中,大多是用弹性反应振幅来估计非线性反应最大值.近来还提出一种更好的方法,即用延性不变的非弹性谱来简化需求曲线.但这些方法都不能很好地综合考虑各种构件的复杂非线性行为.我们认为能力谱方法由于其直观简单和图形可视化的优点用于加固设计中.由于在役结构已经具有某种程度损伤,已不能作为弹性结构处理,因此,非线性反应分析则是在役结构抗震性能评定和加固的关键工作,在这方面今后尚应做深入的研究.3 结 语我国地域广阔,经济发展不平衡,不同层次、不同经济实体对地震灾害的承受能力不同,对结构抗震性能的要求也不同.结构性能设计理论的应用能充分发挥结构工程师的主动性,在可能的情况下最大限度地满足业主需求,使地震对建筑结构的破坏、对人的生命和财产所造成的损失,保持在社会和业主可承受的范围内.结构性能设计理论还有利于在结构设计中使用可改变结构抗震性能和增加结构安全性的新材料、新技术(如推广纤维补强混凝土等新材料和减隔震等新技术).基于性能的抗震设计理论作为发展趋势已被普遍认同,但基于性能的抗震设计与抗震评估方法都需要通过理论分析、设计实践和实验研究加以完善,尤其是关于在役结构抗震性态评估的研究还较少,还有许多问题需要深入研究:(1)建立反映我国地震地面运动特征的位移谱和弹塑性反应谱;(2)研究复杂结构体系的性能设计方法;(3)结构性能设计理论设计方法实用化;(4)在役损伤结构抗震性态参数和性能目标;(5)在役损伤结构的累积损伤分析;(6)在役损伤结构的抗震性态评估方法.参考文献:[1] 小谷俊介.日本基于性能结构抗震设计方法的发展[J].建筑结构,2000,(6):329.[2] 周 云,安 宇,梁兴文.基于性态的抗震设计理论和方法的研究与发展[J].世界地震工程,2001,(6):127.[3] 史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D].西安:西安建筑科技大学,2002.[4] 钱稼茹,罗文斌.建筑结构基于位移的抗震设计[J].建筑结构,2001,(4):326.[5] 张 巍,孟少平.混凝土结构基于位移的抗震能力设计[J].工程抗震,2002,(9):529.[6] 叶燎原,潘 文.结构静力弹塑性分析(push2over)的原理和计算实例[J].建筑结构学报,2000,(2):37243.[7] 杨 溥,李英民.结构静力弹塑性分析(push2over)方法的改进[J].建筑结构学报,2000,(2):44250.[8] 叶献国.多层建筑结构抗震性能的近似评估——改进能力谱法[J].工程抗震,1998,(12):10214.[9] 魏 巍,冯启民.几种push2over分析方法对比研究[J].地震工程与工程振动,2002,22(8):66273.[10] Park Y J,Ang A H.Seismic damage model for reinforced concrete Journal of structural engineering[J].ASCE,1985,(4):7222739.[11] Fajfar P.Equivalent ductility factors taking into account low2cycle fatigue[J].Earthquake Enging Struct.Dyn,1992,21:8372848.[12] Fajfar P,Gaspersic P.The N2method:the seismic damage analysis of RC building[J].Earthquake EngingStruct.Dyn,1996,25:31246.[13] Vidic T,Fajfar P,Fischinger M.Consistent inelastic design spectra:strength and displacement[J].EarthquakeEnging Struct.Dyn,1994,23:5072521.(下转第34页)4)砌块构造.一般情况下,墙板混凝土肋格大小与成品砌块尺寸不匹配时,肋格内砌块需要拼接.试验表明:有水平通缝的墙板,其构成墙体的承载力、刚度都远小于其他没有水平通缝的墙体.因此,在砌块设计中,应严禁有水平通缝出现.(2)隐框构造1)边框柱构造 外框柱在密肋壁板结构中起着非常重要的作用.首先,外框柱和暗梁形成的隐框连接、约束着密肋复合墙板,从而形成密肋复合墙体,成为密肋壁板结构的主要受力构件;其次,外框柱及中间连接柱等竖向现浇构件自下而上的连续布置使密肋壁板结构具有明确的传力体系,其结构整体性大大加强.对于多层密肋复合墙体,边框柱应满足:①外框柱的截面宽度等于墙厚,外框柱的截面长度宜为1～2倍的墙厚,并不应小于200mm.②外框柱的混凝土强度等级应高于墙板肋梁肋柱混凝土强度等级.③外框柱纵筋不应小于4Ф14;箍筋不宜小于Ф6@200.对于中高层密肋复合墙体,外框柱尺寸的确定及配筋的控制宜参考我国现行抗震规范中剪力墙结构对边缘构件的规定.抗震与非抗震设计的密肋复合墙体按同等抗震等级的剪力墙结构进行约束边缘构件和构造边缘构件的设置.2)暗梁构造 密肋复合墙体中的暗梁,其截面高度可取墙厚的2倍,配筋应符合一般框架梁相应抗震等级的最小配筋要求.3 结 论(1)复合墙体独特的构造特点使其承力体系的三部分构件:砌块、框格及框架,能够在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发挥作用,具有多道抗侧力防线,故在试验的不同阶段墙体应采取不同的受力模型.(2)复合墙体的破坏形式主要分为剪切型破坏和弯曲型破坏,其中剪切型破坏属于合理的破坏形式;根据试验拟合和理论计算,本文提出用墙体退化四线型恢复力模型.(3)结合抗震控制设计理念,提出复合墙体抗震设计方法;根据密肋壁板结构装配整体式的施工特点,提出复合墙体相应的施工构造要求.参考文献:[1] 黄 炜.密肋复合墙体抗震性能及设计理论研究[D].西安:西安建筑科技大学,2004.[2] 西安建筑科技大学.密肋壁板轻型框架结构理论与应用研究[R].西安:西安建筑科技大学,2000.[3] 谢 强.高层轻板框架结构的刚度和承载力分析[J].西安建筑科技大学学报,2000,32(3):2052208.[4] 陈 平.密肋复合墙板抗剪承载力计算研究[J].西安建筑科技大学学报,2002,34(1):26229.[5] 周铁钢.多层密肋壁板结构受力性能分析及实用设计方法研究[D].西安:西安建筑科技大学,2002.(编辑 李 斌)(上接第28页)[14] 欧进萍.钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计[J].哈尔滨建筑大学学报,1999,23(1):21230.[15] 何 政,欧进萍.钢筋混凝土结构基于改进能力谱法的地震损伤性能设计[J].地震工程与工程振动,2000,(6):31238.[16] 高小旺.地震作用下多层剪切型结构弹塑性位移反应的实用计算方法[J].土木工程学报,1984,23(1):79287.[17] Bertero R,Bertero V.Application of a comprehensive approach for the performance2based earquake2resistentdesign of building[C].12WCEE,2000.[18] 田 颖,钱嫁茹,刘凤阁.在用RC框架结构基于位移的抗震性能评估[J].建筑结构,2001,31(7):53259.[19] Maffei J.Suggested improvements to performance2based seismic guidelines[C].12WCEE,2000.(编辑 李 斌)。
