建筑抗震设防标准和性能设计方法研究——中美欧抗震设计规范比较分析

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本文对中美欧抗震设计规范中的设防标准、地震地面运动以及地震作用取值等内容进行了全面、详细的比较分析;在此基础上,对我国现行规范的相关规定提出了合理的修正建议;结合屈曲约束耗能支撑的工程应用,对基于性能设计方法进行了探讨。本文的主要研究内容如下: 一、在比较三本规范中关于抗震设防标准相关规定的基础上,本文指出在抗震设计时应采用地震地面运动峰加速度作为输入参数,而且各级地震动参数的大小应考虑地震危险性特征的地区差异。同时,本文建议应采用不同重现期的设计地震来考虑建筑物重要性差别。 二、通过对三本规范中场地效应以及设计地震危险性特征等内容的比较分析,给出了中美欧抗震设计规范之间设计地震动参数的换算关系以及中国地震分区在美欧规范中的地震动参数。同时,本文还对我国规范的场地划分和场地效应等规定提出了两点建议:(1)土层等效剪切波速的计算深度取为30m;(2)根据场地条件调整反应谱峰值amax。 三、根据对三本规范中地震作用及荷载效应组合等内容的比较分析,对地震作用应考虑结构延性进行修正的必要性进行了阐述,并给出了相应的结构调整系数值。根据算例结果得出的结论为:对于延性较小的结构,欧美规范偏于保守;对于延性较大的结构,中国规范偏于保守;对于延性适中的结构,三本规范是相当的。 四、在总结中美欧抗震规范发展趋势的基础上,对基于性能抗震设计方法进行了研究,给出了各级概率水平的地震动参数的确定方法和结果、结构性能水准的划分标准和相应的层间位移角限值、各类建筑的基本性能目标以及确定更高性能目标的方法和示例。 五、通过试验及有限元模拟分析对屈曲约束耗能支撑的力学性能及耗能性能进行了研究。研究表明:(1)屈曲约束耗能支撑的性能指标稳定,在实际工程中可以作为耗能支撑或位移型阻尼器使用;(2)在相同位移作用下,屈曲约束耗能支撑的受压荷载比受拉荷载偏大,而且随着轴向位移的增加,轴向荷载的拉压差逐渐增大;(3)在大位移往复循环状态下,屈曲约束耗能支撑存在着一定的“硬化-软化-硬化”的现象。 六、运用基于性能设计的相关研究成果,以威盛大厦为例,对含屈曲约束耗能支撑的高层建筑钢结构的地震作用效应及抗震性能进行了比较分析。分析表明:(1)本工程的结构破坏模式为:X方向梁铰机制,Y方向柱铰机制;结构的抗震性能满足设计要求,(2)本工程按中国规范稍嫌保守,按美欧规范偏于经济,按本文建议的GB50011-2001改进方案是适中的;(3)在小震作用下,屈曲约束耗能支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度,中震作用下,部分屈曲约束耗能支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力;(4)采用能力谱法进行结构抗震性能评价时,地震动的概率水准和反应谱形式对评价结果的影响较大。 上述研究表明:(1)本文给出的中国规范与美欧洲规范在建筑重要性等级、场地类别、地震地面运动参数等方面的换算关系是合理可靠的,具有重要的工程应用价值。(2)本文提出的GB50011-2001改进方案是科学合理的,具有很强的可操作性,是可行的。(3)本文提出的性能设计方法基本框架符合我国的实际情况,具有十分重要的理论价值和现实意义。
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