高烈度地区框架-核心筒结构中美抗震设计方法对比

按照中美相关抗震设计规范分别对位于中国8度抗震设防区和美国典型高烈度区域（旧金山地区）的两栋层高与结构相似的钢筋混凝土框架 核心筒高层建筑结构进行了设计。介绍了抗震设计过程中根据中美相关抗震规范确定的地震作用参数与材料强度,比较了两国混凝土结构尤其是剪力墙结构抗震构造措施的异同。建立了两结构的空间弹性分析模型,采用振型分解反应谱法计算了两结构的弹性地震响应,比较了两结构自振周期、基底剪力、层剪力、结构层间变形、构件尺寸、配筋以及连梁受剪承载力等。计算结果表明：按照两国设计规范分别设计的结构,其设计地震作用水平相当;根据美国规范设计的结构连梁受剪承载力与中国规范设计方案相比偏低,约为中国规范设计方案的0.63~0.95倍;中美两国规范设计的剪力墙约束边缘构件的范围与配筋差异较大,中国规范设计方案剪力墙约束边缘构件内纵筋和箍筋集中在端部固定范围内,美国规范设计的箍筋约束范围大,对应端部固定范围的配筋比中国规范配筋量小。     

蒙古国Eco Tower钢结构中美规范设计对比分析

针对蒙古国Eco Tower钢结构高层项目的实际设计条件,选用两个相同的钢框架-支撑结构模型,分别采用中国规范与美国规范规定的材料特性、活荷载、风荷载、地震荷载及相关参数进行设计,并对两个模型的动力特性、层间位移角、刚度比、二阶效应系数、构件内力、应力比及相关控制指标等计算结果进行对比分析.分析结果表明:两国规范都是恒荷载、活荷载、风荷载控制设计,结构整体指标及构件设计结果均比较接近,结构安全度基本相当.其中中国规范的层间侧移角、二阶效应系数等要求比美国规范略严.此外,活荷载美国规范偏大,而地震工况、风工况及组合工况内力、构件设计应力中国规范偏大.本项目如按美国规范进行设计,经济性略优于中国规范;而按中国规范进行设计,安全度略大于美国规范.     

中美规范关于地震波的选择与框架-核心筒结构弹塑性时程分析

简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文,列举了工程实践中常用的选波方法,并对选出的地震波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波,不同之处为中国规范是将地震波峰值加速度调幅至规范规定值,而美国规范是将某一周期范围内地震波反应谱调幅至与设计反应谱接近,调幅后的地震波峰值加速度无明显规律。按照中美两国抗震设计规范分别设计了两栋相似框架 核心筒结构,建立了两结构的弹塑性分析模型。根据中国规范建议方法选择出7组地震波,进行弹塑性时程分析。分析结果表明：在相应于中国8度罕遇地震的多组地震波作用下,中美两国规范设计方案在地震作用初期地震响应基本一致,在后期由于结构配筋形式与配筋数量等差异,结构损伤程度不同;按中国规范设计方案的最大层间位移角为按美国规范设计方案的1.03~1.17倍,连梁最大塑性变形为按美国规范设计方案的0.67~0.98倍,剪力墙应变沿层高的分布接近,美国规范设计结构纵筋的屈服应变是中国规范设计方案的1.2倍,按中国规范设计方案的剪力墙损伤程度重于按美国规范设计的剪力墙。     

各国规范钢框架结构抗震设计方法对比研究(Ⅱ):承载力、延性与侧移要求

在对比欧洲、美国、日本和中国规范的设防目标和地震作用的基础上,对钢框架结构的设计地震力、延性、侧向刚度和强度等开展系统地对比研究。结果表明,短周期结构按欧洲、美国和中国规范计算的侧向地震力分布相同,与按日本规范计算的亦十分接近;而中、长周期结构按欧洲规范计算的侧向地震力小于按其他规范计算的,尤其是结构的顶层;尽管各国规范规定的材料和构件延性要求差别不大,美国规范针对钢框架规定的地震力折减系数大于欧洲和日本规范的,而中国规范采用了与结构形式无关的较保守的折减系数,导致按中国规范设计的钢框架侧向刚度和强度基本上均比欧洲和美国规范的大20%~150%,但由于日本规范采用的弹性反应谱远大于其他规范,折减后设计地震力也更大,使得按日本规范设计的钢框架侧向刚度和强度比中国规范的还大;总体上,按欧洲规范设计的钢框架侧向刚度和强度与按美国规范设计的结果相当。     

非盟会议中心大厦设计中两国抗震规范比较

非盟会议中心项目按照中国建筑结构规范进行设计。详细比较了中国和埃塞俄比亚两国抗震规范对于地震作用的计算理论。比较建立在相同超越概率(重现期)的基础上,并考虑了荷载组合、材料强度等因素影响。分别按两国抗震规范计算了非盟会议中心办公楼结构所受水平地震作用,对计算结果存在的差异以及产生差异的原因进行深入分析,研究表明,按中国抗震规范进行设计的非盟会议中心项目是满足埃塞俄比亚抗震规范要求的。     

最小地震剪力系数对超高层建筑结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是超高层建筑抗震设计中的关键控制因素。首先对中美两国典型抗震规范或规程中有关最小地震剪力系数(最小基底剪力)的相关规定进行了对比分析。借鉴美国规范中最小基底剪力的处理方法,以位于我国设防烈度7度区的一超高层建筑为例,采用两种不同的设计地震剪力取值方法,按照8度地震设防烈度设计了两个不同的结构模型。通过弹塑性时程分析,比较了两个模型在罕遇地震作用下的性能差异,分析了长周期地震动对两个模型抗震性能的影响,并对比了两个模型抗地震倒塌能力的差异。分析结果表明:通过提高楼层设计剪力来满足最小地震剪力系数的方案与提高结构刚度的方案相比,其抗罕遇地震的性能基本相当,而抗地震倒塌能力更好,设计难度和建造成本会更低。     

各国规范钢框架结构抗震设计方法对比研究(Ⅰ):设防目标与地震作用

尽管结构的抗震设计是工程防灾减灾研究中的重点,各国规范规定的设计方法却存在较大差异。首先从设防目标和地震作用两方面详细比较并分析了欧洲、美国、日本和中国规范的异同,为后续钢框架的设计地震力和延性、抗侧刚度与强度的对比提供基础。结果表明,中国和美国规范的不倒塌要求对应的地震水准相当,均比欧洲和日本规范高,但欧洲规范的正常使用要求对应的地震水准比中国和日本规范高;基于土层平均剪切波速得到了各国规范中场地分类的等效关系,其中中国规范对中等场地土的分类最细致;各国规范等效于中国规范的中震作用的弹性反应谱表现出较大差异,其中针对低活跃性和中活跃性地震区日本规范规定的反应谱显著高于其他规范,而在高活跃性地震区各国规范规定的弹性反应谱大小总体上相当。     

中国与新西兰抗震规范中的地震输入对比分析

首先介绍了澳大利亚规范和新西兰规范之间的关系以及新西兰规范的应用背景。对比分析中国和新西兰抗震规范在抗震设防水准、场地类别、弹性反应谱、地震作用计算方法等方面的异同,根据算例对比了中、新两国抗震规范中不同场地类别和延性系数下的地震作用。分析结果表明,中、新两国抗震规范中抗震设防水准、场地类别的划分大致是相近的,但在反应谱的表达形式、参数的确定和地震作用取值上存在差异。     

某多层复杂结构抗震设计

某酒店位于上海市闵行区,为多层钢框架结构。本文主要介绍6层的酒店,采用钢框架结构。本结构有3项一般不规则,结构设计时采取合理可行的构造加强措施,并对薄弱部位采用基于性能的抗震设计方法,使用YJK和佳构两种不同的计算软件对整体结构进行计算对比分析;采用五条天然波和两条人工波进行多遇地震下的弹性动力时程分析,并与CQC法的分析结果进行对比及包络设计;针对2、3层楼板局部不连续情况,进行小震和中震作用下的楼板应力分析。设计结果表明,结构抗震设计安全可靠。     

百集龙项目B楼主楼结构设计

百集龙项目位于云南省昆明市,集商业、办公、餐饮于一体。首先根据建筑高度、建筑平面功能要求对该项目B楼进行超限情况判断并确定相应的性能目标,并针对不规则情况、不同的结构部位、重要程度,采取不同的抗震设计措施。其次,通过SATWE、YJK两种软件对该楼进行多遇地震下的计算分析并对计算结果进行比较,以确定计算结果合理、有效,计算模型符合结构的实际工作状况。通过对比可知,周期、位移、剪重比、轴压比等均满足规范要求。再次,采用YJK程序对结构进行多遇地震下的弹性时程分析,将弹性时程分析结果与CQC计算结果进行比较,通过对比可知其结果满足规范要求。最后,采用多层及高层建筑结构弹塑性静动力分析软件EPDA进行弹塑性静力Pushover分析,以确保该结构满足"大震不倒"的要求。     

基于地震易损性解析函数的概率地震风险应用研究

在采用全概率方法的基于性能的地震工程研究中,定量反映地震作用和工程结构中存在的不确定性是研究的关键。利用地震易损性和地震风险的概率解析函数,针对一栋按我国相关规范设计的五层三跨钢筋混凝土框架结构进行了地震易损性分析和风险评估。采用100条实际地震动作为输入以考虑地震动的不确定性,提出了基于控制变换拉丁超立方体抽样技术的随机Pushover方法以考虑结构不确定性对其抗震能力的影响。结果表明：算例结构在50年内发生完全破坏的概率不超过2%,发生严重破坏的概率不超过10%,发生轻微破坏的概率基本不超过63.2%,基本满足我国“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准要求。     

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。     

基于机器学习的钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法增强出版（附加材料可在文章详情页“评审附件”下载）

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此,准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据,采用机器学习方法,提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中,第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量,采用机器学习中的回归算法,建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量,采用机器学习中的分类算法,对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别,实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳;极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果;相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法,提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果,分类精度可以达到96%。     

Seismic fragility analysis of reinforced concrete structures considering reinforcement corrosion

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素，会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减，使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象，分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数，对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平，建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

A machine-learning-based two-step method for failure mode classification of reinforced concrete columns

钢筋混凝土柱在侧向地震力作用下具有弯曲、剪切和弯剪三种失效模式。不同的失效模式下钢筋混凝土柱具有不同的地震损伤特征。因此，准确地判别钢筋混凝土柱的失效模式对于准确评估钢筋混凝土结构的抗震性能具有重要意义。利用已有的钢筋混凝土柱滞回加载试验数据，采用机器学习方法，提出了一种钢筋混凝土柱失效模式两阶段判别方法。其中，第一阶段以钢筋混凝土柱的基本设计参数为输入变量，采用机器学习中的回归算法，建立钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形预测模型。第二阶段以钢筋混凝土柱的受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形作为输入变量，采用机器学习中的分类算法，对钢筋混凝土柱的失效模式进行自动判别，实现了准确判别钢筋混凝土柱失效模式的目的。研究结果表明：极端随机树、AdaBoost、随机森林和梯度提升算法分别对受弯承载力、受剪承载力、弯曲变形和剪切变形的预测效果最佳；极端随机树、梯度提升算法和最近邻居法分别对弯曲失效、剪切失效和弯剪失效具有最佳的分类效果；相比已有的钢筋混凝土柱失效模式分类方法，提出的两阶段分类方法具有与真实失效模式最为接近的分类结果，分类精度可以达到96%。     

锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素,会引起结构的自振周期延长、地震需求变化及抗震能力衰减,使得锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性分析不同于未锈蚀钢筋混凝土结构。以一栋按我国规范设计的RC框架结构为研究对象,分别建立了未锈蚀和锈蚀结构的非线性有限元模型并进行了模型验证。分别采用云图法和条带法计算得到了钢筋混凝土结构在未锈蚀和锈蚀两种工况下的地震易损性曲线和函数参数,对锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析的特殊性及其对地震易损性分析结果的影响进行了分析。分析结果表明：不考虑钢筋锈蚀引起的结构自振周期延长会错误估计锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性水平。采用云图法分析锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性会出现锈蚀结构的极限状态失效概率低于未锈蚀结构的情况。而条带法比云图法可以更好地反映钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构地震易损性的影响。忽略钢筋锈蚀引起的结构抗震能力衰减会低估锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性水平,建议在锈蚀钢筋混凝土结构地震易损性分析中采用基于Pushover的极限状态定义方法。     

中美两国钢结构抗震设计对比分析

为验证按我国抗震规范设计的钢结构建筑的用钢量与国外相比是否偏高,本文对中美两国抗震规范的抗震设防目标、地震作用计算方法、构件截面抗震验算等方面进行了详细的比较和分析;在此基础上,分别运用中美两国抗震规范理论,计算并比较了一个20层中心支撑钢框架结构算例在软弱和坚硬两种场地条件下的水平地震作用和构件截面抗震验算结果。根据计算结果得出:我国抗震规范与美国抗震规范的抗震计算理论各有特色,依据我国抗震规范设计的钢结构建筑用钢量并不大于美国抗震规范的设计用钢量。     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

框架结构基于性能的抗震设防目标和性能指标的量化

针对我国现行抗震规范中,地震作用水平从多遇地震到罕遇地震的超越概率相差较大的现状,提出中小震的地震作用水平,取其50年内的超越概率为40%;对结构性能水平进行细化,划分"五档"性能水平,结合4个地震作用水平,建立14个结构抗震性能目标和"四水准"的抗震设防目标.在统计分析国内外215个钢筋混凝土框架(柱)试验数据的基础上,建立结构在地震作用下处于暂时使用和修复后使用性能水平的量化指标.通过算例,对3种不同高度的规则框架分别按照小震和中小震进行抗震没计,并进行反应谱法和时程分析,结果表明按现行规范"小震不坏"进行设计的结构,不一定能保证"中震可修",而按照"中小震"进行结构抗震设计,可以保证"中震可修".