考虑巨震的四级地震设防水平一致风险导向定义与决策分析

防止结构倒塌、保障生命安全是确定抗震设防标准的首要目标。抗震设防水准的决策应该从只考虑地震危险性的“一致危险”原则向考虑地震危险性区域差异和工程结构抗倒塌能力不确定性的“一致风险”原则过渡。新颁布的第五代地震动参数区划图已提出第四级设防水准“极罕遇地震”（或“巨震”）,但是现行抗震设计规范仍然采用三水准设防原则,抗震设计从当前的三水准设防原则向四水准设防原则转变已成为当前工程界迫切需要解决的问题,但是目前各国对巨震的定义还比较混乱。该文阐述四级地震设防水平决策的风险导向原理,提出确定风险导向地震设防水平的解析方法。针对我国大陆地区的地震环境和抗震设防情况,给出目标倒塌风险以及相应于巨震、大震和中震的目标条件倒塌概率的建议值。采用这些建议值以及地震危险性参数的简化确定方法,初步计算并得到了相应于四级地震设防水准的风险导向地震动参数PGA值。通过与我国现行抗震设计规范、最新版地震动参数区划图和我国学者对各级设防水准地震定义的PGA值进行对比分析,发现该文得到的巨震PGA值大于最新版地震动参数区划图定义的巨震PGA值,而小震、中震和大震的PGA值则小于我国现行抗震设计规范规定的PGA值。     

中国大陆地区建筑结构一致倒塌风险的设计地震动研究

基于一致倒塌风险的抗震设计可使不同地区的建筑物在一定时期内达到倒塌风险一致。为了对中国大陆地区建筑结构基于一致倒塌风险的设计地震动的确定进行研究，介绍了一致风险地震动的基本概念及通过设计因子法获取一致风险地震动的原理，并对中国大陆地区一般建筑结构基于一致倒塌风险的地震动计算时采用的结构易损性标准差、目标倒塌风险和设计地震动对应的倒塌概率的合理取值进行分析，结果表明，以一致危险性地震动设防的中国大陆不同地区的一般建筑结构不能达到一致倒塌风险。基于给定的输入参数，使用设计因子法得到了中国大陆基于一致倒塌风险的地震动与当前地震动参数区划图中50年超越概率10%地震动的比值(称为设计因子)的分布，并对不同的输入参数对设计因子的影响进行了分析，发现设计因子与地震动参数有很强的相关性，进而给出了适用于中国大陆的地震反应谱设计因子与地震动参数的拟合式。通过对全国不同烈度分区的算例表明，使用该拟合式得到的一致风险反应谱可以使不同地区和不同周期的结构获得一致的倒塌概率。     

一致风险谱作用下RC框架结构响应预测及其设计值确定

基于一致风险谱的抗震设计，能够综合考虑地震危险性和结构易损性，使不同地区的结构在地震作用下实现同一目标倒塌风险。为了确定用于抗震设计的具有一致倒塌风险的风险导向地震动参数设计值和最大层间位移角设计值，以巨震和大震一致风险谱为目标谱选取地震动记录；采用比较点法对8层3跨RC框架结构的响应(最大层间位移角)进行了预测；基于优选的地震动记录对结构进行增量动力分析(IDA),采用小样本均值乘以修正系数的方法确定最大层间位移角设计值，并对最大层间位移角设计值与其预测值之间的关系进行了研究；在此基础上，基于IDA结果确定了风险导向谱加速度设计值。研究表明，基于巨震和大震一致风险谱对RC框架结构进行抗震设计，中位值IDA曲线上对应的最大层间位移角设计值分别为0.010和0.007,既满足50年倒塌概率1%的目标倒塌风险，也满足CECS 392:2021《建筑结构抗倒塌设计标准》中对RC框架结构在地震作用下不发生倒塌的层间位移角限值1/50的要求。     

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.     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

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。     

三维地震动输入对IDA倒塌易损性分析的影响

地震作用下建筑结构抗倒塌能力是性能化抗震设计的核心目标,基于IDA的倒塌易损性分析能够定量评价结构的抗地震倒塌安全性.本文通过一个8层RC框架结构和一个20层RC框架-核心筒结构的算例,指出仅考虑地震动单一水平分量的IDA分析会高估结构抗地震倒塌安全性;而三维地震动输入下结构可能出现更多的倒塌模式,可更全面地体现整体结...     

考虑倒塌概率修正的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

为研究倒塌概率对非倒塌极限状态的影响,提出了考虑倒塌概率修正的结构地震易损性分析方法。基于全概率定理,将结构极限状态划分为倒塌状态和非倒塌状态两类,若结构发生倒塌则认为结构发生非倒塌极限状态破坏的概率为100%。考虑倒塌概率修正的地震易损性分析方法包含直接方法和间接方法,其中,直接方法是直接对传统地震易损性函数进行修正,而间接方法仅修正地震易损性函数中的概率地震需求参数。以4榀不同高度不同设防烈度的钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,选择100条实际地震动记录作为输入,分别采用直接方法和间接方法开展考虑倒塌概率修正的地震易损性分析。结果表明：倒塌概率对轻微破坏和中等破坏极限状态的影响较小,而对严重破坏极限状态的影响较大;在地震动强度较小时,两种方法对地震易损性的修正结果相差较小;随着地震动强度的提高,两种方法对地震易损性修正结果的差距逐渐增大。     

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。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一,使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量,引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度,基于传统的增量动力分析方法,建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本,对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率,结合群体结构震害评估中的震害指数经验值,得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明:近断层向前方向性地震动作用下,依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下,结构仍处于中等破坏水平,表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

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。     

A new proxy for ground motion selection in seismic collapse assessment of tall buildings

Tall buildings are long‐period structures that are sensitive to the long‐period content of ground motions. Selection of appropriate ground motions is an important step in seismic collapse assessment of tall buildings using nonlinear dynamic analyses. Epsilon (ε_Sa) and eta (η) are two spectral shape indicators, which have been recently proposed for ground motion selection in the technical literature. In this study, a new parameter gamma (γ) is proposed, which has considerable correlation with the collapse capacity of long‐period structures having a fundamental period greater than 1 s. This parameter is a linear combination of ε_Sa and the displacement spectrum intensity epsilon (ε_DSI). The parameter γ is obtained and optimized by applying the particle swarm optimization algorithm. Since γ has significant correlation with the collapse capacity of long‐period structures, it can be used as an efficient proxy for ground motion selection in seismic collapse assessment of tall buildings. The results of this study show that ground motion selection considering the new proxy γ causes reduction in the dispersion of structural response and also decrease in the mean annual frequency of collapse, when compared with ground motion selection based on ε_Sa and η. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic performance of steel MRF building with nonlinear viscous dampers

This paper presents an experimental study of the seismic response of a 0.6-scale three-story seismicresistant building structure consisting of a moment resisting frame (MRF) with reduced beam sections (RBS), and a frame with nonlinear viscous dampers and associated bracing (called the DBF). The emphasis is on assessing the seismic performance for the design basis earthquake (DBE) and maximum considered earthquake (MCE). Three MRF designs were studied, with the MRF designed for 100%, 75%, and 60%, respectively, of the required base shear design strength determined according to ASCE 7-10. The DBF with nonlinear viscous dampers was designed to control the lateral drift demands. Earthquake simulations using ensembles of DBE and MCE ground motions were conducted using the real-time hybrid simulation method. The results show the drift demand and damage that occurs in the MRF under seismic loading. Overall, the results show that a high level of seismic performance can be achieved under DBE and MCE ground motions, even for a building structure designed for as little as 60% of the base shear design strength required by ASCE 7-10 for a structure without dampers.     

基于CPU并行计算的概率地震需求#br# 分析与地震易损性分析

概率地震需求分析体现了不确定性从地震动强度参数到工程需求参数的传递过程,文中介绍并对比概率地震需求分析中云图法、单条带法与多条带法的优缺点。以MATLAB+OpenSEES实时交互方式,提出基于CPU并行计算架构的概率地震需求分析方法,显著提高分析效率。提出并行-云图法、并行-单条带法与并行 多条带法,通过RC框剪结构的概率地震需求分析,开展不同层高RC框剪结构的地震易损性分析。研究表明：云图法的对数标准差普遍大于单条带法与多条带法,过高地估计了结构的抗震性能,而单条带法与多条带法在易损性中位值与对数标准差确定方法上存在差异,单条带法的对数标准差普遍低于多条带法。     

地震动持时对RC框架结构易损性与抗震性能影响

作为地震动三要素之一,地震动持时对结构地震易损性的影响有待深入研究。为此,选择分别具有长、短持时特性的两组地震动记录作为输入,以按我国现行规范设计的3个不同高度钢筋混凝土框架结构作为研究对象,采用OpenSees软件,对比分析了不同持时特性地震动作用下钢筋混凝土框架结构的地震易损性,并进一步从失效概率、易损性指数和性能裕度比等3个方面讨论了持时对结构抗震性能的影响。分析结果表明：地震动持时特性对结构地震易损性的影响不容忽视;随着地震动强度和结构损伤水平的增加,地震动持时对地震易损性的影响越发显著;相较于短持时地震动,长持时地震动会使易损性中位值下降超过10%;地震动持时越长,其对结构抗震性能的不利影响也越明显;长持时地震动使结构失效概率增加50%以上,同时提高易损性指数,降低性能裕度比。     

A method to calculate spectral shape factor

A method to calculate spectral shape factor (SSF) is proposed which permits the calculation of individual structure. The proposed algorithm efficiently relates the 50th percentile collapse capacity of the given structure to the spectral amplitudes of the rare events. The traditional target epsilon and the conditional mean spectrum are used to estimate the collapse capacity given the hazard level. The process of calculating SSF including the general ground motion set presented in FEMA P695 are performed by the developed MATLAB code. The OPENSEES software is used for dynamic analysis of the structure using the incremental dynamic analysis method. The two reinforced concrete special moment frame structures having eight and four stories previously designed and used by Haselton are tested. The results are compared with those of the FEMA P695 and Haselton ending up with smaller SSF values. The result of this study is useful for calculating the structural collapse margin ratio and risk-targeted specific site response spectrum.     

Collapse behavior evaluation of asymmetric buildings subjected to bi‐directional ground motion

This paper discusses the collapse behavior of low‐rise plan‐asymmetric buildings under bi‐directional horizontal ground motions and utilizing strength and stiffness degrading nonlinear models. For this purpose, three‐dimensional three‐story and six‐story reinforced concrete frame buildings with uni‐directional mass eccentricities equal to 0% (symmetrical), 10%, 20% and 30% are subjected to nonlinear static (pushover) as well as incremental dynamic analyses using a set of far‐field two‐component ground motions and their performance are assessed on the basis of the safety margin against collapse and its probability of occurrence. Comparison of the collapse margin ratios as well as the fragility curves demonstrates significant reduction of the collapse‐level ground motion intensity with increasing eccentricity in plan. Results also indicate that current seismic design parameters including the response modification (R), overstrength (Ω) and ductility (μ) factors are not appropriate for buildings with high levels of plan eccentricity. Buildings with high values of plan eccentricity do not meet the design target life safety performance level on the basis of the calculated probability of collapse and safety margin against collapse. It appears that re‐evaluation of their design parameters is necessary. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Quantitative evaluation and improvement of seismic resilience of a tall frame shear wall structure

Tall buildings are an important part of a city, and their earthquake-induced damage or collapse will lead to heavy losses, extended repair time, and casualties. Therefore, it is essential to quantify and improve the resilience of tall buildings. To this end, this paper develops a component damage-based metric to characterize tall buildings' functionality loss and then proposes a general quantitative evaluation process to evaluate tall buildings' resilience. Next, the evaluation process is applied to a 42-story reinforced concrete frame shear wall building to demonstrate its applicability. Finally, retrofit strategies on nonstructural components are discussed to enhance the building's resilience. It can be concluded that the proposed metric can be effectively used to evaluate tall buildings' functionality loss. The building being studied has great seismic resilience, with resilience values of 99.95%, 98.68%, and 88.69% at service level earthquake (SLE), design level earthquake (DBE), and maximum considered earthquake (MCE), respectively. The influence of nonstructural components on seismic resilience is greater than that of structural components at SLE and DBE levels. It is an effective alternative to enhance the seismic resilience of tall buildings under SLE and DBE by improving the performance of partition walls, ceilings, and equipment.     

地面运动双向最大加速度反应谱特性研究

在整理当前国内外双向水平地面运动反应谱值代表值后,本文认为考虑了记录仪器所有可能水平放置方向的加速度时程对应的所有单向加速度反应谱值中的最大值是双向水平地面运动反应谱值的最佳代表值,称其为双向最大加速度反应谱值（简称BdM谱值）。建立Ⅱ类场地地面运动数据库,考察Ⅱ类场地不同地面运动类型BdM谱和单向加速度反应谱Und谱的特性差异,结果表明：Ⅱ类场地同一地面运动类型下,二者在谱形上相似,但前者的动力放大系数普遍大于后者,且二者差距随着周期的增大而增大;同一周期谱值的平均值和标准差,前者分别为后者的1.2~1.4倍和1.1~1.4倍。另外,与BdM谱相比,我国规范Ⅱ类场地设计反应谱谱值在第一衰减段普遍偏小,在第二衰减段则低于很多地面运动类型的BdM谱值。因此,以我国设计反应谱作为设计地震力取值依据所设计出的Ⅱ类场地工程结构,其设计地震力取值水准高低不一,从而导致抗震安全性高低不一;以我国设计反应谱为目标谱选择地面运动记录预测出的Ⅱ类场地工程结构的地震反应,危险性水准不一,在统一的性能评价标准控制下,导致其实际抗震性能存在差异。