基于抗震规范和地震动区划图的风险导向地震动决策参数分析

基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》中给出的地震动强度,对普通建筑结构的风险导向地震动决策参数进行分析,探讨目标倒塌风险、易损性对数标准差,以及大震、中震、巨震条件倒塌概率的取值。基于抗震规范和地震动区划图中的地震动强度进行风险导向地震动决策,验证了决策参数分析结果的合理性,给出了我国单体结构和群体结构的风险导向地震动决策参数建议值,并对风险导向地震动决策参数进行了相关分析。结果表明：对于单体结构,易损性对数标准差取0.3时,目标倒塌风险及大震、中震、巨震的条件倒塌概率分别为1.0%、10.0%、0.04%、54.7%,易损性对数标准差取0.4时,该值分别为1.0%、11.0%、0.2%、44.6%;对于群体结构,目标倒塌风险取1.0%时,易损性对数标准差及大震、中震、巨震的条件倒塌概率分别为0.6、10.4%、1.1%、30.2%,目标倒塌风险取0.4%时,该值分别为0.6、3.6%、0.2%、13.2%。通过分析可以发现：易损性对数标准差不大于0.6时,随着易损性对数标准差的增大,中震的条件倒塌概率逐渐增大,巨震的条件倒塌概率逐渐减小,大震的条件倒塌概率变化不大;易损性对数标准差相同时,随着目标倒塌风险的增大,大震、中震、巨震的条件倒塌概率逐渐增大。     

采用不同目标谱的RC框架结构一致地震倒塌风险评价

当前的抗震设防参数和抗震设计方法基于传统的“一致危险”范式，需要向更为合理的“一致风险”范式转换。为了实现“一致风险”的防控目标，需要对结构的绝对倒塌风险和相对倒塌风险进行双控，并基于目标谱选取实际地震动记录对结构的两种倒塌风险进行一致风险验算。该文以钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构为研究对象，采用三种目标谱(规范设计谱、一致危险谱和一致风险谱)选取地震动记录，采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法获取结构倒塌易损性曲线和函数，分别选取基于抗震设防参数的地震危险性函数和基于场地安评的概率地震危险性函数，对结构的地震倒塌风险进行验算。分析结果表明：基于规范设计谱对结构进行地震倒塌风险评价偏于保守，而场地相关谱可考虑地震构造环境不同造成的不同区域地震危险性的差异，可更好实现一致风险的抗震设计目标。     

关于地震区划图的编制原则与抗倒塌设防的探讨

地震区划图是工程设防的重要依据,是防震减灾过程中的一项基础工作.目前全球大震发震频次相对较高,超设防烈度问题已凸显.从地震区划图的制定基础出发,讨论了影响地震区划的基础因素,分析了超设防烈度发生的主要原因;基于概率地震危险性分析方法编制的地震区划图,探讨了概率地震危险性分析方法的假设模型,指出地震危险性分析应在揭示地震发生机制的基础上合理确定地震预测模型;地震危险性分析方法应采用概率地震危险性分析与确定地震动相结合;地震区划图应以地震危险性分析结果与建筑物抗倒塌易损性分析结果为依据,并充分考虑大震和特大地震的发生概率,编制一致倒塌水准的地震区划图,提供合理的抗倒塌设防标准.     

建筑抗震设计规范

《建筑抗震设计规范（GB50011—2001）》于2001年颁布,2002年1月1日实施,其抗震设防的目标是：小震不坏、中震可修、大震不倒。一般情况下,抗震设防烈度可采用地震动参数区划图的地震基本烈度,对已编制抗震设防区划的城市,可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。建筑的抗震设计,除应符合抗震设计规范外,尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。     

不同后续使用年限地震加速度(PGA)取值研究

现行的建筑抗震设计规范中,以"三个水准"来表达抗震设防目标,即"小震不坏,中震可修,大震不倒",对于现有建筑物的抗震鉴定和加固,要使加固后的建筑物在后续的使用年限中具有与原设计相同的概率水准,抗震鉴定和加固时就需要给出相应使用年限的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA),作为地震作用的计算依据。本文依据极值Ⅲ型概率分布函数,给出不同使用年限下"三个水准"设防目标相对应的地震烈度,进而换算出相应的地震动加速度(PGA),最终给出后续使用30年和40年的"三个水准"设防目标的地震动加速度(PGA)与50年的地震动加速度(PGA)的比值,方便设计人员使用。     

自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法

与传统剪力墙结构体系相比,自复位剪力墙结构体系在地震作用下,会将材料非线性问题转为体系非线性问题,具有整体变形能力强、残余位移小的特点,因此,亟需针对自复位剪力墙结构,提出具有更高抗震设防要求的抗震设防目标以及相应的设计方法。基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,与2015年颁布的第五代《中国地震动参数区划图》相适应,提出了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌”抗震设防四水准目标。采用了基于位移的抗震设计方法进行自复位剪力墙结构设计。以一幢自复位剪力墙结构为例,给出四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例,并对其进行弹塑性时程分析,验证了所提出的四水准抗震设防目标下基于位移抗震设计方法的有效性,该方法也适用于其他可恢复功能结构体系设计。     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

基于文献调研的我国建筑结构地震倒塌风险概率评估

基于文献调研,搜集和整理了我国近年来关于建筑结构地震倒塌易损性方面的研究成果,建立了我国建筑结构地震倒塌易损性数据库。基于经典的Cornell地震风险概率计算公式,分别以谱加速度和峰值加速度为地震动强度参数,计算了我国建筑结构的地震倒塌风险概率。通过与美国抗震设计规范FEMA P750和欧洲学者建议的关于建筑结构地震倒塌风险的相关要求进行对比,对我国建筑结构的地震倒塌风险水平进行了评估。分析结果表明: 由于我国现行抗震设计规范GB 50011—2010中并未对结构地震倒塌风险做一致性要求,因此,我国建筑结构的地震倒塌风险概率结果分布较广;随着建筑结构抗震设防等级的提高,其地震倒塌风险概率也随之增加;相比于美国规范和欧洲学者研究成果,我国现行抗震设计规范尚不能对结构的地震倒塌风险进行有效控制。     

《建筑抗震设计规范》的发展沿革和最新修订

在回顾了我国建筑抗震设计规范的发展沿革的基础上,简要介绍了《建筑抗震设计规范》历次版本的主要特点,着重阐述GB 50011-2001规范的最新修订情况。这些修订包括：建筑抗震设防水准、设计基本地震加速度、基本要求和概念设计、场地分类和评估、地震作用和抗震验算等基础性内容,各类建筑结构的抗震设计规定、计算方法和抗震措施,新增加了结构抗震性能设计要求以及大跨度空间结构、地下建筑等内容。1976年7·28唐山地震造成未设防或设防能力低的各类房屋建筑严重破坏和倒塌,通过对地震区建筑震害的调查研究,吸取经验教训,对TJ 11-78《工业与民用建筑抗震设计规范》及时进行了修订。2008年5·12汶川地震全面考验了各类建筑结构,凡按照现行规范设计建造的建筑都能达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标。在震中地区,由于实际地震影响烈度远高于设防烈度,致使具备一定抗震设防能力的建筑结构不可避免地产生了破坏。通过对这些震害的研究,对多道抗震防线、强柱弱梁、剪力墙连梁、砌体结构整体性、楼梯间、非结构构件等抗震设计问题提供了有益的启示,及时地体现在GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》的修订中。抗震性能设计方法被明确地编入新修订的《建筑抗震设计规范》,充实了中国特色的“三水准两阶段”抗震设防理念。图3表7参7     

具有一致超越概率的三水准地震动参数概率分位取值研究

具有“一致风险”的地震动参数是研究建筑物一致倒塌风险抗震设计方法的基础。我国现行抗震规范给出的三水准地震动参数并未充分考虑地区性差异,用于结构抗倒塌验算的罕遇地震也不具有相同的超越概率。本文从地震危险性数据出发,采用概率统计的手段给出了各烈度地区具有相同超越概率的三水准地震动参数的概率分位取值,指出规范给出的小震地震动参数不具备分位值意义上的安全储备、大震地震动参数分位概率的地区差异显著。按照90%分位值结果对规范中的地震峰值加速度进行调整,需要显著提高小震和7度地区大震的加速度取值,可以满足各烈度地区地震动参数“一致风险”的要求。     

极罕遇地震作用下建筑结构一致风险抗倒塌设计方法研究

结合当前国际上以“抗倒塌”为目标进行地震动参数区划和以“一致倒塌风险”为设防目标进行结构抗震设计的发展趋势,针对我国现行建筑抗震设计规范体系中抗倒塌能力评估的局限性,建议了四种一致风险抗倒塌设计方法,详细介绍了四种方法的评价指标与计算过程。考虑极罕遇地震作用,基于极罕遇地震一致风险谱对地震动记录进行了挑选与调幅。以RC框-剪结构作为典型案例,采用四种抗倒塌设计方法进行验算,结果表明：同时考虑地震危险性与结构不确定性影响的全概率方法验算未通过,其余验算方法均通过,这说明了忽略结构所在场地危险性影响会造成结构倒塌性能评估的不准确性,未考虑结构体系多种不确定性影响会高估结构的抗倒塌性能,因此有必要推行“一致风险”的结构设计理念。     

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。     

自复位剪力墙的三水准抗震设防与四水准抗震设防对比研究

基于三水准抗震设防的传统结构虽已逐步控制了建筑倒塌和人员伤亡,但造成的经济损失和社会影响仍然巨大.可恢复功能结构体系震后修复成本较小,能够减少地震造成的经济损失.但三水准抗震设防由于其局限性无法充分体现可恢复功能结构的优越性,因此,前期提出了可恢复功能结构体系的四水准抗震设防目标:小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨...     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。     

极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。