前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇地震的總結(jié)和建議范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
抗震設(shè)計(jì)思想大體經(jīng)歷了靜力理論分析階段、反應(yīng)譜理論階段以及動力理論階段,三個階段的發(fā)展并沒有嚴(yán)格的分界點(diǎn),而是相互聯(lián)系、相互滲透的。靜力理論階段中應(yīng)用的是基于承載力的抗震設(shè)計(jì)方法,它假定在地震作用下的結(jié)構(gòu)是剛性的,建筑物上任一點(diǎn)的加速度都等于地震加速度。這種理論沒有考慮到結(jié)構(gòu)的動力特性,設(shè)計(jì)方法比較粗略。
到了1943年,美國的Biot教授提出了彈性反應(yīng)譜的概念,反應(yīng)譜是指按地震波作用在單質(zhì)點(diǎn)體系上時,求得的位移、速度或加速度等反應(yīng)的最大值與單質(zhì)點(diǎn)體系自振周期間的關(guān)系。反應(yīng)譜理論考慮了自振周期、振型和阻尼等動力特性以及共振效應(yīng),考慮到了結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形。至今它仍然是各國規(guī)范設(shè)計(jì)地震作用取值的基礎(chǔ)。動力法把地震作為一個時間過程,將建筑物簡化為多自由度體系,選擇能反映地震和場地環(huán)境以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要求的地震加速度時程作為地震動輸人,計(jì)算出每一時刻建筑物的地震反應(yīng)。鑒于其優(yōu)點(diǎn),我國抗震規(guī)范[lj規(guī)定在計(jì)算結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下的彈塑性變形時可采用此方法。
新的抗震理論是基于對現(xiàn)有地震資料的總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的。1989年美國發(fā)生的I碑omaPrieta地震和臺灣的集集地震等給人類帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會災(zāi)難。這促使理論界和工程界對現(xiàn)行理論進(jìn)行了反思。上世紀(jì)90年代初,由美國學(xué)者閉率先提出了基于位移的抗震設(shè)計(jì)理論,這種理論最早應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)中,并取得了一定的成果。此后,美國加州工程師協(xié)會等機(jī)構(gòu)以報告的形式提出了PBSI)的設(shè)計(jì)思想和相關(guān)的建議。我國學(xué)者對基于功能的設(shè)計(jì)理論也進(jìn)行了深人研究。同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)等院校的學(xué)者取得了一定的成績[5,們,為PBSD的推廣和發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。
2PBSD的特點(diǎn)
目前,世界各國主要采用兩水準(zhǔn)或是三水準(zhǔn)設(shè)防的設(shè)計(jì)思想,不同的是各國在對結(jié)構(gòu)彈塑性的考慮上根據(jù)各國的實(shí)際情況對彈性反應(yīng)譜的折減有所不同。
3甚于結(jié)構(gòu)性能的抗越設(shè)計(jì)理論的主要內(nèi)容
基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論的主要內(nèi)容應(yīng)包括確定地震設(shè)防水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)、結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)方法等方面。
3.1地震設(shè)防水準(zhǔn)
地震設(shè)防水準(zhǔn)是指工程設(shè)計(jì)中如何根據(jù)客觀的設(shè)防環(huán)境和已定的設(shè)防目標(biāo),并考慮具體的社會經(jīng)濟(jì)條件來確定采用多大的設(shè)防參數(shù)。我國現(xiàn)行規(guī)范采用“三水準(zhǔn)”的地震設(shè)防水準(zhǔn)。它的問題在于雖然考慮了基于性能理論中的多級設(shè)防水準(zhǔn),但是由于第一和第二水準(zhǔn)的重現(xiàn)期和超越概率相差很大,那么在處于二者中間的重現(xiàn)期和超越概率的房屋設(shè)計(jì)就變得不經(jīng)濟(jì)或者是不安全。美國加州結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會的放眼二十一世紀(jì)委員會建議采用新的地震設(shè)防水準(zhǔn)[2〕。
3.2結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)
結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)是指結(jié)構(gòu)在特定的某一級地震設(shè)防水準(zhǔn)下預(yù)期損傷的最大程度。2004年,我國研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者在積累總結(jié)以往世界各國的大震經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,參考了相關(guān)外國文獻(xiàn),結(jié)合本國的實(shí)際情況,編寫了《建筑工程抗震設(shè)計(jì)性態(tài)通則(試用)廣〕?!锻▌t》對結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)提出了新的建議,這表明我國在考慮結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)上從原來的定性考慮逐漸向定量考慮過渡,其發(fā)展的方向?qū)⒅饾u與國際接軌。但是,該《通則》所建議采用的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)仍然沒有對結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的具體力學(xué)指標(biāo)以及具體設(shè)備的運(yùn)行情況給出明確的說明,只給出了一般性的建議。按照美國聯(lián)邦緊急救援署提供的資料建議,基于性能的抗震研究可以采用四個性能水準(zhǔn):水準(zhǔn)1基本完好:無永久側(cè)移;結(jié)構(gòu)基本保持原有強(qiáng)度和剛度;結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本不損壞。所有重要設(shè)備仍正常工作。水準(zhǔn)2,輕微破壞:無永久側(cè)移;結(jié)構(gòu)基本保持原有強(qiáng)度和剛度;結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件有輕微破壞。電梯能夠重新啟動,防火措施得力。水準(zhǔn)3,生命安全:所有樓層都有殘留強(qiáng)度和剛度;承受重力荷載的構(gòu)件仍起作用;不發(fā)生墻體平面外失效或女兒墻倒塌;有永久側(cè)移。隔墻破壞,建筑修復(fù)費(fèi)用可能很高。水準(zhǔn)4,不倒塌:幾乎沒有殘留剛度和強(qiáng)度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側(cè)移。每個性能水準(zhǔn)都對應(yīng)了具體的控制指標(biāo),如:結(jié)構(gòu)的側(cè)移、剛度、強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷情況,設(shè)備的運(yùn)行情況[4J。
3.3結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)
結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)是針對某一級地震設(shè)防水準(zhǔn)而期望建筑物能夠達(dá)到的性能水準(zhǔn)或等級。性能目標(biāo)的建立需要綜合考慮人員居住情況、場地效應(yīng)、結(jié)構(gòu)功能與重要性、投資與效益、震后損失與恢復(fù)重建、潛在的歷史或文化價值、社會效益,社會公眾的反應(yīng)以及業(yè)主的承受能力。它是抗震設(shè)防水準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的綜合反應(yīng)。加州工程師協(xié)會的VisionZo00報告建議將結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)劃分為3個等級(基本目標(biāo)、重要目標(biāo)、最高目標(biāo))[2〕。
3.4基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法自提出以來,在國內(nèi)外都受到廣泛重視和研究。但是怎樣把基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想合理并且簡單有效地應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中,目前尚無統(tǒng)一方法和標(biāo)準(zhǔn)。目前,基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法主要有承載力設(shè)計(jì)方法、基于位移的抗展設(shè)計(jì)方法、能量設(shè)計(jì)法。
當(dāng)前,基于承載力的設(shè)計(jì)方法被世界各國規(guī)范所采用。以我國為例,它的設(shè)計(jì)思想是:第一階段:對于一般結(jié)構(gòu)在中、小地震作用下采用彈性計(jì)算方法,可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況采用底部剪力法或者是振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地展力,并與其他荷載通過分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行組合,計(jì)算截面的承載力和構(gòu)件的配筋,對于較高的建筑物還要控制其側(cè)向變形。第二階段:對于有特殊要求的結(jié)構(gòu)采用彈塑性計(jì)算方法。可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況采用簡化的計(jì)算方法、靜力彈塑性分析法或者是彈塑性時程分析方法,驗(yàn)算其基本烈度相對應(yīng)的罕遇烈度地展作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性層間變形是否滿足規(guī)范要求,防止機(jī)構(gòu)由于薄弱部位產(chǎn)生的彈塑性變形,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞甚至引起房屋倒塌。
基于位移的設(shè)計(jì)方法是基于性能設(shè)計(jì)理論推薦的配套設(shè)計(jì)方法。它以位移為設(shè)計(jì)起點(diǎn),以層間位移或者其他變形作為抗震設(shè)計(jì)的控制因素,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)和配筋,這與傳統(tǒng)的基于承載力的設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)順序和控制因素的選取上有很大的區(qū)別,這也說明了該方法的出發(fā)點(diǎn)更接近于地震作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。能量法最初是由Housner于上世紀(jì)50年代末提出。它的基本假設(shè)是:結(jié)構(gòu)的總體破壞是由于地展輸人的總能量造成的,結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施的破壞程度是由地展輸人的能量和結(jié)構(gòu)消耗的能量共同決定的。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠直接估計(jì)結(jié)構(gòu)的破損狀態(tài),但是由于在參數(shù)的選取、能量的計(jì)算方法等方面沒有一個確定的、合理的標(biāo)準(zhǔn),所以這種方法還有待深人的研究。
4結(jié)束語
PBSD的出現(xiàn)是世界抗展史上一個新的里程碑,它真正達(dá)到了多級設(shè)防目標(biāo)并考慮了具體量化的設(shè)防水準(zhǔn),其設(shè)計(jì)方法更加貼近于結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)表現(xiàn),可以滿足社會、業(yè)主等不同需求,為理論界和工程界提供了一種新的研究和設(shè)計(jì)理念。當(dāng)前,各國研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對PBSD的研究都沒有完全脫離現(xiàn)有規(guī)范而單純做PBSD的研究,這是因?yàn)?
(1)現(xiàn)有理論本身考慮了基于性能的設(shè)計(jì)。
(2)現(xiàn)有理論建立在大量的地震觀測記錄的基礎(chǔ)上,貼近于工程實(shí)際。
關(guān)鍵詞:頁巖氣 勘探開發(fā) 現(xiàn)狀 建議
隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對油氣需求的不斷增加,常規(guī)油氣資源已不能滿足這種需求的快速增長,人們紛紛把目光轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣資源。非常規(guī)油氣資源以其儲量巨大、分布集中、開發(fā)技術(shù)日趨進(jìn)步等特點(diǎn)成為世界石油市場的新寵。非常規(guī)油氣資源是指不能用常規(guī)的方法和技術(shù)手段進(jìn)行勘探開發(fā)的另一類資源,其埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)油氣資源有較大的差別,開發(fā)難度大、費(fèi)用高。作為重要的非常規(guī)油氣的頁巖氣引起了高度的重視。
一、頁巖氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀
2006年全國油頁巖資源評價結(jié)果表明,我國頁巖油地質(zhì)資源量為476.44×108T,居世界第二位。主要分布在東部區(qū)、青藏區(qū)和中部區(qū)。頁巖油探明儲量為20×108T,主要分布在吉林、廣東、遼寧等省。我國油砂資源量為59.7×108T,主要分布在陸上西部和東部盆地,重點(diǎn)分布在準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、松遼、鄂爾多斯、塔里木、四川等盆地中。11個主要盆地占全國油砂地質(zhì)資源總量的97.6%,可采資源總量的97.5%。全國煤層氣總資源量為36.8×1012m3,居世界第三位,其中1000m以淺的煤層氣可采資源量為6.27×1012m3。資源量大于1×1012m3的8個盆地合計(jì)煤層氣資源量為28×1012m3,占總資源量的76%。我國頁巖氣資源潛力也十分巨大,據(jù)統(tǒng)計(jì),頁巖氣的遠(yuǎn)景資源量可達(dá)100×1012m3,相當(dāng)于常規(guī)天然氣資源量的兩倍,主要分布在四川盆地。我國致密砂巖氣資源量約為12×1012m3,部分與常規(guī)氣存在著交叉。從我國國情出發(fā),積極發(fā)展油頁巖資源的勘探開發(fā),可以彌補(bǔ)油氣資源供應(yīng)的不足。
二、頁巖氣資源勘探開發(fā)難題
當(dāng)前我國頁巖氣資源的勘探開發(fā)尚處于初級階段,沒有系統(tǒng)的認(rèn)識,沒有系統(tǒng)的配套技術(shù),面臨著諸多經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的困難和問題。這些難題主要體現(xiàn)在以下方面:
1.頁巖氣地質(zhì)條件具有復(fù)雜性和特殊性非常規(guī)油氣藏成藏條件復(fù)雜,儲層致密,非均質(zhì)性強(qiáng),不同類型資源各具特點(diǎn)。油頁巖和致密砂巖屬于低滲透儲層,滲透率極低。煤層氣儲層具有含氣非均質(zhì)性強(qiáng)、滲透率低、儲層壓力低、含氣飽和度低等特點(diǎn)。
2.部分開發(fā)技術(shù)適用性差,不成熟目前非常規(guī)油氣的開發(fā)主要借鑒常規(guī)油氣的經(jīng)驗(yàn),尚未形成獨(dú)特的技術(shù)。對于壓裂增產(chǎn)施工過程中裂縫形成機(jī)理還不清楚,需要進(jìn)一步研究。另外,還存在分支井鉆井失敗率高,未進(jìn)行過油頁巖原位開采技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn),地球物理勘探技術(shù)很難對油砂層進(jìn)行識別等難題。
3.綜合利用效率低,環(huán)境污染嚴(yán)重在油砂、油頁巖的開發(fā)利用過程中,產(chǎn)生的三廢(廢水、廢氣、廢渣)有可能對環(huán)境造成極大的影響,目前還沒有提出有力的應(yīng)對措施。
三、頁巖氣資源勘探開發(fā)的幾點(diǎn)建議
頁巖氣資源的勘探開發(fā)是很重要的,可以從下面的方面來研究:開展頁巖層系地震屬性分析,探索頁巖層系含氣性檢測技術(shù)。以儲層測井響應(yīng)特征分析和地震應(yīng)特征研究為基礎(chǔ),借鑒國內(nèi)外頁巖氣層預(yù)測的技術(shù)方法,充分利用成熟的地震儲層預(yù)測技術(shù),開展測井分析-地震(包括地震反演和屬性提取)-地質(zhì)解釋三位一體的研究,進(jìn)行頁巖層系的識別和含氣性檢測。
1.利用相關(guān)地區(qū)已有鉆井資料、電測井資料和VSP測井資料進(jìn)行古生界泥、頁巖層系地球物理特征統(tǒng)計(jì)分析,確定研究區(qū)內(nèi)古生界泥頁巖層系的測井響應(yīng)特征、組合特征及物性變化特征;并完成目的層頁巖層系在地震資料上的層位精確標(biāo)定和各類地震屬性標(biāo)定。
2.通過測井曲線地質(zhì)解釋及地震資料多屬性的提取分析,研究地震屬性(振幅、頻率、相位及衍生信息等)對頁巖層系的響應(yīng)特征,總結(jié)前人在頁巖層系方面進(jìn)行地震特殊處理的成功經(jīng)驗(yàn)和有效地震屬性提取方法,進(jìn)一步優(yōu)化研究區(qū)頁巖層系地震識別及預(yù)測方法。
3.采用測井約束波阻抗反演,選擇最適合地區(qū)頁巖層系地質(zhì)特征、資料密度和品質(zhì)的地震波阻抗反演方法,對研究區(qū)主要目的層進(jìn)行波阻抗反演,研究泥頁巖層系波阻抗變化特征;結(jié)合鉆井資料對有利泥頁巖層系進(jìn)行識別并預(yù)測其平面分布范圍。
4.利用已鉆井資料,研究含氣泥頁巖層系的地球物理響應(yīng)特征,即研究各類地震屬性(振幅、波阻抗、頻率等)對泥頁巖層系含氣的敏感性,并總結(jié)出泥頁巖層系含氣性檢測方法。
5.綜合評價泥頁巖層系預(yù)測及含氣性檢測結(jié)果,確定良好頁巖氣的分布范圍,并提出勘探部署建議。
四、非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的方向
實(shí)現(xiàn)我國非常規(guī)油氣資源對常規(guī)能源的替代還需要開展大量的工作。對非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)工作要抱有一種正確認(rèn)識,不斷改善措施,采取堅(jiān)持不懈的工作態(tài)度,不能見低產(chǎn)就放棄,相信只要堅(jiān)持就能有改變。針對非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)應(yīng)該形成配套方法,面對不同的問題必須采取必要的措施:
1.發(fā)展特色技術(shù),開發(fā)難采資源
非常規(guī)油氣具有儲層滲透率低,非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。不同地區(qū)儲層差異性較大,國外的一些開發(fā)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不能完全適應(yīng)中國的地質(zhì)特點(diǎn)。因此必須研發(fā)適合我國油氣儲層特點(diǎn)的開發(fā)技術(shù)。
2.創(chuàng)新地質(zhì)理論,找到優(yōu)質(zhì)資源
針對不同非常規(guī)油氣的成藏(成礦)特點(diǎn)及儲層特征,研究其不同的富集成藏(成礦)主控因素,通過科學(xué)合理的儲層評價技術(shù),優(yōu)選出高產(chǎn)富集有利區(qū)。
3.優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有工藝技術(shù),取得新效果
國內(nèi)現(xiàn)有的非常規(guī)油氣開發(fā)勘探開發(fā)技術(shù)多借鑒了常規(guī)油氣經(jīng)驗(yàn)或引進(jìn)國外技術(shù),成本相對較高、適用性較差,優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有工藝技術(shù),研發(fā)低成本、低污染,適合于不同儲層地質(zhì)條件的技術(shù),十分重要和必要。
4.轉(zhuǎn)變理念,加速非常規(guī)油氣資源開發(fā)
對已有地質(zhì)資料進(jìn)行分析,尋找非常規(guī)油氣高產(chǎn)富集區(qū)、優(yōu)質(zhì)資源區(qū)進(jìn)行先導(dǎo)開發(fā)試驗(yàn)。在開發(fā)過程中,不斷總結(jié)規(guī)律,改進(jìn)已有工藝技術(shù),創(chuàng)新技術(shù)理論,解決非常規(guī)油氣勘探開發(fā)方面所遇到的問題。
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);承載
中圖分類號: TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:
引言
改革開放以來,我國的建筑行業(yè)經(jīng)歷了一次次質(zhì)的飛躍,尤其是在上個世紀(jì)九十年代至今,中國的房地產(chǎn)業(yè)異軍突起,一棟又一棟的高樓在城市拔地而起。而隨著近年來城市美化運(yùn)動的不斷興起,城市在新建建筑和舊有建筑改造方面越來越多的選擇了一些比較新穎的建筑形式,工程設(shè)計(jì)正在變得越來越復(fù)雜。在所有的現(xiàn)代建筑中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以說是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用配有鋼筋增強(qiáng)的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土建造的包括薄殼結(jié)構(gòu)、大模板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及使用滑模、升板等建造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物。其中鋼筋用于承受拉力,混凝土則用于承受壓力。相比于其他的建筑形式,鋼筋混凝土具有堅(jiān)固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點(diǎn),因而得到了廣泛的使用。但是在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)越來越高的不斷要求下,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)該怎樣做好相關(guān)的工作呢?下面本文就結(jié)合在設(shè)計(jì)工作中所總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn),將其中一些問題及處理方法歸納如下,具有一定的理論指導(dǎo)意義。
1關(guān)于樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對于筏板厚度的取值問題
樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑的基礎(chǔ)部分,但是由于很多設(shè)計(jì)人員往往經(jīng)驗(yàn)不足,因此在樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)種種問題,造成成本的增加,最常見的是對于筏板厚度取值的不準(zhǔn)確。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,我們一般是先按建筑層數(shù)估算筏板厚度,常規(guī)是按層數(shù)×50mm來估算。例如一幢十八層的小高層住宅,我們則先按18×50=900mm設(shè)定筏板厚,然后再根據(jù)排樁情況,分別驗(yàn)算角樁沖切,邊樁沖切及墻沖切,群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制板厚,但這里主要強(qiáng)調(diào)一個短肢剪力墻結(jié)構(gòu)下的群樁沖切,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體不封閉,故取值群樁沖切邊界時有相當(dāng)大的困難,而群樁沖切由于樁群重疊面積較大,應(yīng)是一種不利狀態(tài)。因此,一般建議是取值幾個大層間近似作為沖切邊界,所圍區(qū)域內(nèi)短肢墻體內(nèi)力則作為抗力抵消,雖不完全準(zhǔn)確,但區(qū)域放大后,邊界的開口效應(yīng)有所削弱,是可行的。
2關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念
強(qiáng)柱弱梁的概念主要是針對小震不壞,中震可修,大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)而提出的。柱破壞了建筑物整個都會傾覆,而梁破壞則僅是某個區(qū)域失效,因此,柱較之梁破壞的損害更大,當(dāng)前我們的經(jīng)濟(jì)已高速發(fā)展,我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中一定要將這一概念設(shè)計(jì)貫徹下去。必須嚴(yán)格控制柱軸壓比,筆者認(rèn)為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%,且我們對柱斷面及配筋設(shè)置時應(yīng)分部位處理,建議邊柱,角柱應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng),特別是角柱,建議應(yīng)全柱加密箍筋,且配筋率不宜小于1%,所有框架柱,不包括小截面柱,建議縱筋均應(yīng)大于20,且柱筋品種不宜過多,矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋則建議應(yīng)配足梁中部筋,而支座筋則可通過調(diào)幅讓其適當(dāng)降低,以使地震作用下能形成梁鉸機(jī)制,防止柱先于梁屈服,使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸,保證柱端的實(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。
3抗震設(shè)計(jì)的問題
(1)抗震設(shè)計(jì)的基點(diǎn)結(jié)構(gòu)??拐鹪O(shè)計(jì)的基點(diǎn)是強(qiáng)度和延性。人們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識到可以利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屈服后的非彈性變形來抵抗地震,也就是將強(qiáng)度和延性兩者相結(jié)合來抵抗地震。為保證結(jié)構(gòu)的抗震能力,對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言,如果我們給結(jié)構(gòu)設(shè)定較低的承載力水準(zhǔn),相應(yīng)地就要求結(jié)構(gòu)具有較高的延性水準(zhǔn);如果我們給結(jié)構(gòu)設(shè)定較高的承載力水準(zhǔn),則結(jié)構(gòu)需要的延性水準(zhǔn)就可以較低。
(2)能力設(shè)計(jì)法。能力設(shè)計(jì)法的基本思想為:為了使抗震鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震中形成所追求的“梁鉸機(jī)構(gòu)”或“梁柱鉸機(jī)構(gòu)”,就需要把不希望出現(xiàn)塑性鉸或不希望先出現(xiàn)塑性鉸(也就是不希望塑性轉(zhuǎn)動過大)的部位的抗彎能力相對增強(qiáng);為了不致在結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出所需的延性之前在結(jié)構(gòu)的任何部位出現(xiàn)幾乎沒有延性的剪切失效,也需要相對增強(qiáng)各有關(guān)部位的抗剪能力;還需要采取必要的措施使可能形成塑性鉸的部位具有足夠的延性能力和必要的耗能能力。
4框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題
框剪結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計(jì)很重要,但我們看到,目前很多設(shè)計(jì)在這個環(huán)節(jié)上做的并不好。有的是因?yàn)橹匾暡粔颍械氖菓?yīng)為認(rèn)識不足?,F(xiàn)在我把我在這方面的經(jīng)驗(yàn)簡單介紹一下。首先,什么是連梁呢?簡單的說,就是那些連接兩片剪力墻,當(dāng)遇到中震或大震時,它會首先開裂,起到耗能作用,從而使建筑物保持一定延性的梁。只有滿足了這種情況,才是連梁,或者說我們才有意義把它按連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)它的特性,我們就應(yīng)該設(shè)計(jì)時注意幾點(diǎn),第一,不要盲目地增大它抗彎的能力,否則會使連梁延遲破壞,起不到及時耗能的作用,致使其他重要構(gòu)件破壞,使結(jié)構(gòu)失去延性。第二,我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范中規(guī)定,連梁上不許搭框架梁。我覺得這句話說得不嚴(yán)謹(jǐn),更準(zhǔn)確的定義應(yīng)該是,不準(zhǔn)搭重要的豎向承重構(gòu)件。因?yàn)槲覀冊O(shè)計(jì)連梁會在遇到中震或大震時,首先開裂,所以它的抗剪能力也會急劇下降,如果此時它還承受著很大的豎向荷載,就會引起連鎖破壞。
結(jié)束語
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為使用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式,其設(shè)計(jì)工作貫穿于國內(nèi)的各個行業(yè)建設(shè)當(dāng)中,面臨的情況也是復(fù)雜多變,而且可以預(yù)見,隨著今后建筑樣式的不斷推陳出新,在設(shè)計(jì)上的難度要求也必然是越來越高的。所以,廣大設(shè)計(jì)人員一定要從心底里對其保持足夠的重視,哪怕是一個小小的遺漏或錯誤都有可能造成建筑工程的失敗,嚴(yán)重者會導(dǎo)致人民的生命財(cái)產(chǎn)安全遭受損失,所以必須要不斷的總結(jié)、不斷的檢驗(yàn)、不斷的創(chuàng)新,才能讓這種建筑結(jié)構(gòu)形式更好的發(fā)揮其應(yīng)用,也讓我們的建筑設(shè)計(jì)走向世界前列。
參考文獻(xiàn)
[1]張濤,于洪斌.論鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題[J].才智.2010(08)
[2]王小平.鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題淺析[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2009(13)
關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)抗震基于性能抗震設(shè)計(jì)方法
中圖分類號:U452.2+8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
地震災(zāi)害是一種常見并且多發(fā)的自然災(zāi)害現(xiàn)象,它是人類面臨的主要災(zāi)害之一。地震的發(fā)生具有隨機(jī)性和偶然性的特點(diǎn),其發(fā)生的時間和空間、強(qiáng)度和持續(xù)的時間等均不確定。隨著大量的震害分析和工程抗震理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,人們對工程抗震的認(rèn)識不斷深入,并且基于目前的抗震設(shè)計(jì)思想采取了相應(yīng)的抗震措施,在正常設(shè)計(jì)的情況下能夠做到在一定程度上保障結(jié)構(gòu)在遭遇高于預(yù)期地震的情況下不至于瞬間倒塌,其抗震設(shè)防的目標(biāo)尚局限在基本保障人員安全的水準(zhǔn)內(nèi),但其破壞沒有得到有效的控制,震后的人員和財(cái)產(chǎn)損失是巨大的,往往超過了社會所能承受的范圍。由于地震和地面運(yùn)動有很大的不確定性,結(jié)構(gòu)在其有效使用期限內(nèi)可能遭遇預(yù)期強(qiáng)度等級的地震,也有可能遭遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期強(qiáng)度等級的地震,如何確定符合經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的抗震設(shè)防目標(biāo)、并采取行之有效抗震設(shè)計(jì)方法保證設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),進(jìn)而有效的控制地震災(zāi)害發(fā)生的范圍和程度,是地震學(xué)界和工程抗震界亟需解決的問題。
目前國內(nèi)外工程界,在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐中,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震思想和手段,有其明顯的局限性,其可靠水準(zhǔn)不能與現(xiàn)代社會發(fā)展的需求相適應(yīng)。在此背景下,基于性能的抗震設(shè)計(jì)被提出和廣泛研究,并被認(rèn)為是未來房屋建筑抗震設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向和建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的主要指導(dǎo)思想。對結(jié)構(gòu)采用多級性能水平和多級抗震設(shè)防目標(biāo)的基于性能的抗震設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)用價值。
一、基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論的主要內(nèi)容
基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)理論的主要內(nèi)容應(yīng)包括確定地震設(shè)防水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)、結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)方法等方面。
1、地震設(shè)防水準(zhǔn)
地震設(shè)防水準(zhǔn)是指工程設(shè)計(jì)中如何根據(jù)客觀的設(shè)防環(huán)境和已定的設(shè)防目標(biāo), 并考慮具體的社會經(jīng)濟(jì)條件來確定采用多大的設(shè)防參數(shù)。我國現(xiàn)行規(guī)范采用“ 三水準(zhǔn)” 的地震設(shè)防水準(zhǔn)。它的問題在于雖然考慮了基于性能理論中的多級設(shè)防水準(zhǔn), 但是由于第一和第二水準(zhǔn)的重現(xiàn)期和超越概率相差很大, 那么在處于二者中間的重現(xiàn)期和超越概率的房屋設(shè)計(jì)就變得不經(jīng)濟(jì)或者是不安全。美國加州結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會的放眼二十一世紀(jì)委員會建議采用新的地震設(shè)防水準(zhǔn)。
2、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)
結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)是指結(jié)構(gòu)在特定的某一級地震設(shè)防水準(zhǔn)下預(yù)期損傷的最大程度。20 0 4 年, 我國研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者在積累總結(jié)以往世界各國的大震經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 參考了相關(guān)外國文獻(xiàn), 結(jié)合本國的實(shí)際情況, 編寫了《建筑工程抗震設(shè)計(jì)性態(tài)通則(試用)》。《通則》對結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)提出了新的建議, 這表明我國在考慮結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)上從原來的定性考慮逐漸向定量考慮過渡, 其發(fā)展的方向?qū)⒅饾u與國際接軌。但是, 該《通則》所建議采用的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)仍然沒有對結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的具體力學(xué)指標(biāo)以及具體設(shè)備的運(yùn)行情況給出明確的說明, 只給出了一般性的建議。
按照美國聯(lián)邦緊急救援署提供的資料建議, 基于性能的抗震研究可以采用四個性能水準(zhǔn): 水準(zhǔn)1 基本完好: 無永久側(cè)移; 結(jié)構(gòu)基本保持原有強(qiáng)度和剛度; 結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本不損壞。所有重要設(shè)備仍正常工作。水準(zhǔn)2 , 輕微破壞: 無永久側(cè)移; 結(jié)構(gòu)基本保持原有強(qiáng)度和剛度; 結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件有輕微破壞。電梯能夠重新啟動,防火措施得力。水準(zhǔn)3 , 生命安全: 所有樓層都有殘留強(qiáng)度和剛度; 承受重力荷載的構(gòu)件仍起作用; 不發(fā)生墻體平面外失效或女兒墻倒塌; 有永久側(cè)移。隔墻破壞,建筑修復(fù)費(fèi)用可能很高。水準(zhǔn)4 , 不倒塌: 幾乎沒有殘留剛度和強(qiáng)度; 但承受荷載的柱子和墻體仍起作用; 有大的永久側(cè)移。每個性能水準(zhǔn)都對應(yīng)了具體的控制指標(biāo), 如: 結(jié)構(gòu)的側(cè)移、剛度、強(qiáng)度, 結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷情況, 設(shè)備的運(yùn)行情況。
3、結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)
結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)是針對某一級地震設(shè)防水準(zhǔn)而期望建筑物能夠達(dá)到的性能水準(zhǔn)或等級。性能目標(biāo)的建立需要綜合考慮人員居住情況、場地效應(yīng)、結(jié)構(gòu)功能與重要性、投資與效益、震后損失與恢復(fù)重建、潛在的歷史或文化價值、社會效益, 社會公眾的反應(yīng)以及業(yè)主的承受能力。它是抗震設(shè)防水準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的綜合反應(yīng)。
加州工程師協(xié)會的Vision2000報告建議將結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)劃分為3 個等級(基本目標(biāo)、重要目標(biāo)、最高目標(biāo))。
二、基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法
1、性能抗震設(shè)計(jì)階段
(1)概念設(shè)計(jì)。根據(jù)用途和業(yè)主的要求,合理確定設(shè)防目標(biāo),通過場地、建筑平面等進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。
(2)計(jì)算設(shè)計(jì)。根據(jù)預(yù)定的設(shè)防目標(biāo),計(jì)算出能影響各類因素的抗震參數(shù),參數(shù)與預(yù)定目標(biāo)不符要及時修改,直至滿足參數(shù)需求。以基于位移的抗震性能設(shè)計(jì)為例,主要包括步驟有確定不同強(qiáng)度地震作用下性能目標(biāo);根據(jù)初步設(shè)計(jì),確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的位移的極限值;通過等效阻尼比等各類等效數(shù)值,確定等效剛度;設(shè)計(jì)采用必需的構(gòu)造措施;評價結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求和變形能力。以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、合理的態(tài)度進(jìn)行評估,如計(jì)算階段有不符合,則需重復(fù)計(jì)算設(shè)計(jì)步驟,以不斷完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(3)性能評估。通過各類的分析法得出設(shè)計(jì)結(jié)果來確定該建筑結(jié)構(gòu)的性能。
2、性能抗震設(shè)計(jì)方法
基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法自提出以來, 在國內(nèi)外都受到廣泛重視和研究, 對基于性能的抗震設(shè)計(jì)的主要理念和目標(biāo), 學(xué)術(shù)界也基本形成一致的認(rèn)識. 但是怎樣把基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想合理并且簡單有效地應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中, 目前尚無統(tǒng)一方法和標(biāo)準(zhǔn). 概括起來, 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法主要有承載能力設(shè)計(jì)方法、直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)方法、能量設(shè)計(jì)法.
(1)承載能力設(shè)計(jì)方法
這是我國規(guī)范現(xiàn)階段采用的設(shè)計(jì)方法, 對于常遇地震, 利用反應(yīng)譜計(jì)算底部剪力, 然后按一定規(guī)則分配至結(jié)構(gòu)全高并與其它荷載組合, 進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì), 使結(jié)構(gòu)各部分都具有足夠的承載能力, 然后再進(jìn)行變形驗(yàn)算. 承載能力設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是易于使用, 性能概念清楚,細(xì)部設(shè)計(jì)可靠, 通過非線性靜力分析驗(yàn)算, 進(jìn)一步增強(qiáng)了對結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)的控制, 可以更好地達(dá)到預(yù)期性能目標(biāo); 缺點(diǎn)是該方法基于彈性反應(yīng), 對于非彈性反應(yīng)僅用與結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的系數(shù)加以折減, 表面上它控制整個性能目標(biāo), 實(shí)際上卻只是保證了一種性能目標(biāo).
(2)直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)
該方法采用結(jié)構(gòu)位移作為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo), 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比, 基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法從根本上改變了設(shè)計(jì)過程. 主要的不同是, 該方法用位移作為整個抗震設(shè)計(jì)過程的起點(diǎn), 假定位移或?qū)娱g位移是結(jié)構(gòu)抗震性能的控制因素. 設(shè)計(jì)時用位移控制, 通過設(shè)計(jì)位移譜得出在此位移時的結(jié)構(gòu)有效周期, 求出此時結(jié)構(gòu)的基底剪力, 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析, 并且進(jìn)行具體配筋設(shè)計(jì). 設(shè)計(jì)后用應(yīng)力驗(yàn)算, 不足的時候用增大剛度而不是強(qiáng)度的方法來改進(jìn), 以位移目標(biāo)為基準(zhǔn)來配置結(jié)構(gòu)構(gòu)件. 該法考慮了位移在抗震性能中的重要地位,可以在設(shè)計(jì)初始就明確設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能水平, 并且使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能正好達(dá)到目標(biāo)性能水平, 是性能設(shè)計(jì)理論中很有前途的一種方法.
(3)能量法
假設(shè)結(jié)構(gòu)破壞的原因是地震輸入的總能量,地震對結(jié)構(gòu)物及其內(nèi)部設(shè)施的破壞是由其輸入的能量與結(jié)構(gòu)物所消耗的能量共同決定的. 能量設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠直接估計(jì)結(jié)構(gòu)的潛在破壞程度, 對結(jié)構(gòu)的滯回特性以及結(jié)構(gòu)的非線性要求概念清楚. 另外, 耗能元件的設(shè)置可以更好地控制損失. 缺點(diǎn)在于應(yīng)用方法不夠簡化, 不確定因素較多.
參考文獻(xiàn):
[1] 孫俊,劉錚,劉永芳. 工程結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法研究[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2005,(03) .
[2] 沈章春,王全鳳. 基于性能抗震設(shè)計(jì)理論與實(shí)用方法[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2008,(03) .
[3] 熊二剛,梁興文,張倩. 鋼框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2010,(03) .
[4] 楊葉,童申家,張思海,郭澤英. 安裝粘滯阻尼器的RC框架結(jié)構(gòu)靜力非線性分析方法[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2010,(03) .
關(guān)鍵詞:抗震設(shè)計(jì),基于性能的抗震理論,性能水平,評價指標(biāo),基于位移的抗震設(shè)計(jì)
中圖分類號:N0文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3198(2008)07-0351-02
1 結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)局限
由于地震和地面運(yùn)動有很大的不確定性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其使用期限內(nèi)可能遭遇預(yù)期強(qiáng)度等級的地震,也有可能遭遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期強(qiáng)度等級的地震,這就使結(jié)構(gòu)工程師很難準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)的抗震需求。當(dāng)前,多數(shù)國家對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則為:對于一般的工程結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)時以本區(qū)域內(nèi)多遇地震作為結(jié)構(gòu)彈性階段承載力和變形驗(yàn)算依據(jù),以保證結(jié)構(gòu)在小震作用的結(jié)構(gòu)正常使用功能;同時以大震作為結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的驗(yàn)算依據(jù),以滿足在結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下不至于倒塌危及生命安全。雖然這種設(shè)計(jì)方法較為簡單,設(shè)計(jì)結(jié)果較為經(jīng)濟(jì),但也在某種局限了結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。首先,僅僅以正常使用狀態(tài)和極限狀態(tài)作為設(shè)計(jì)階段,并不能保證結(jié)構(gòu)在除此兩狀態(tài)之外的處于其它狀態(tài)時的損傷程度和功能完整性,這就要求我們對結(jié)構(gòu)的其它狀態(tài)的性能水平進(jìn)行更深入的研究。其次,這種設(shè)計(jì)僅僅要求結(jié)構(gòu)滿足基本的抗震設(shè)防目標(biāo),局限了業(yè)主對結(jié)構(gòu)抗震方面提出更高的設(shè)防要求,安全度已與目前的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不符,故我們有必要對結(jié)構(gòu)的設(shè)防目標(biāo)進(jìn)入更進(jìn)一步的研究。因此,對結(jié)構(gòu)采用多級性能水平和多級抗震設(shè)防目標(biāo)的基于性能的抗震設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)用價值。
2 結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析了方法
自1899年日本學(xué)者大森房吉首次提出用于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的靜力法以來,結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析方法經(jīng)歷了從靜力法到動力的反應(yīng)譜法和動力時程分析法這三個階段的演變過程,在動力階段中又可分為彈性與非彈性(非線性)兩個階段。根據(jù)所考慮的地震動特點(diǎn),結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法可以分為確定性方法和隨機(jī)振動方法。確定性方法利用地震記錄或由其他方法確定的地震波進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)計(jì)算,隨機(jī)振動方法則把地震視為隨機(jī)過程,把具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的地震動作用在結(jié)構(gòu)上來求出結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。到目前為止,國內(nèi)外的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范絕大多數(shù)都采用確定性方法,因此本文也僅考慮確定性方法。
由大森房吉提出的彈性靜力法理論假設(shè)結(jié)構(gòu)各個部分與地震動具有相同的振動,因此,地震力等于地面運(yùn)動加速度與結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的乘積;在大森房吉之后,佐野利器于1916年提出震度法,認(rèn)為以結(jié)構(gòu)10%的總重量作為水平地震力來考慮地震作用。該法把結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)特性這一重要因素忽略了,具有很大的局限性,只有當(dāng)結(jié)構(gòu)可近似地視為剛體時,該方法才適用。
由于缺乏對地震動特性的認(rèn)識和結(jié)構(gòu)振動分析理論的了解,基于動力學(xué)的地震反應(yīng)分析理論一直未能得到發(fā)展;直到1930年之后,人們逐漸認(rèn)識到地震動特性對確立合理的抗震設(shè)計(jì)方法的重要性,從1931年起,美國開始進(jìn)行地震觀測臺網(wǎng)的布置,并在1940年Imperial Valley地震中成功地收集到了包括El-Centro地震記錄在內(nèi)的大量地震記錄資料,為抗震動力學(xué)方法的發(fā)展提供了寶貴的資料。1943年,M.A.Biot提出了反應(yīng)譜的概念,并給出了世界上第一條彈性反應(yīng)譜曲線。G. W.Housner于1948年提出基于加速度反應(yīng)譜曲線的彈性反應(yīng)譜曲線,1956 年N.M.Newmark率先將該法應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì),并在實(shí)際地震中得到了驗(yàn)證,自1958年第一屆世界地震工程會議之后,反應(yīng)譜法被許多國家所接受,并逐漸被采納應(yīng)用到結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中。我國1959年的抗震規(guī)范草案就采用了反應(yīng)譜理論并在以后的各次規(guī)范修訂中不斷完善和發(fā)展。在彈性反應(yīng)譜的概念提出不久之后,就提出了非線性反應(yīng)譜的概念,試圖將這一簡單的概念應(yīng)用于非線性地震反應(yīng)分析中,目前,除新西蘭抗震規(guī)范采用非線性反應(yīng)譜以外,非線性反應(yīng)譜基本沒有直接得到應(yīng)用。
動力時程分析方法是將地震動記錄或人工地震波作用在結(jié)構(gòu)上,直接對結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程進(jìn)行積分,求得結(jié)構(gòu)任意時刻地震反應(yīng)的分析方法,根據(jù)是否考慮結(jié)構(gòu)的非線,該法義可分為線性動力時程分析和非線性動力時程分析兩種。該方法是借助于強(qiáng)震臺網(wǎng)收集到的地震記錄和模擬電子計(jì)算機(jī),于20世紀(jì)50年代末由美國的G. W.Housner提出的:日本于20世紀(jì)60年代初,在武藤清教授的領(lǐng)導(dǎo)下,也開始了這項(xiàng)研究工作。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,該方法在國外于20世紀(jì)60、70年代得到了迅速的發(fā)展。我國于20世紀(jì)70年代末和80年代初在這方面開展了大量的研究工作。隨著計(jì)算手段的不斷發(fā)展和對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)認(rèn)識的不斷深入,該方法越來越受到重視,特別是對體系復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng),動力時程分析方法還是理論上唯一可行的分析方法,目前很多國家都將此方法列為規(guī)范采用的分析方法之一。
3 對性能的抗震設(shè)計(jì)的不同定義
“基于性能”一詞源于英文Performance-based?;谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)(PBSD)理論是20世紀(jì)90年代由美國科學(xué)家和工程師首先提出的,最早應(yīng)用于橋梁抗震設(shè)計(jì)中。基于性能抗震設(shè)計(jì)的基本思想是使被設(shè)計(jì)的建筑物在使用期間滿足各種預(yù)定功能或性能目標(biāo)要求。這一思想影響了美國、日本和歐洲地震工程界。各國同行表現(xiàn)出了極大的興趣,紛紛展開多方面的研究。
SFAOC Vision 2000對PBSD的定義是“性能設(shè)計(jì)應(yīng)該是選擇一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、合理的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)比例。保證建筑物的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì),控制建造質(zhì)量和長期維護(hù)水平,使得建筑物在遭受一定水準(zhǔn)地震作用下,結(jié)構(gòu)的損傷或破壞不超過某一特定的極限狀態(tài)”。
ATC-40對PBSD的定義為“基于性能的抗震設(shè)計(jì)是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由一系列可以實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)來表示,主要針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并且建議采用基于能力譜的設(shè)計(jì)原理”。顯然,ATC-40建議使用能力譜方法對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
FFMA 273和FFMA 274對PBSD的定義為基于不同設(shè)防水準(zhǔn)地震作用,達(dá)到不同的性能目標(biāo)。在分析和設(shè)計(jì)中采用彈性靜力和彈塑性時程分析來實(shí)現(xiàn)一系列的性能水準(zhǔn),并且建議采用建筑物頂點(diǎn)位移來定義結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能水準(zhǔn),不同的結(jié)構(gòu)形式采用不同的性能水準(zhǔn)。而且FFMA273利用隨機(jī)地震動概念提出了許多種性能目標(biāo).,適合于多級性能水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)方法從線性靜力延伸到彈塑性時程分析。
1995年的Kobe地震后,日本啟動了“建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)代工程開發(fā)”研究項(xiàng)目,對性能設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容進(jìn)行了概述;1996年,日本建筑標(biāo)準(zhǔn)法按照基于性能的要求進(jìn)行了修訂;1998年,日本的建筑標(biāo)準(zhǔn)法加入了能力譜方法。
我國一些學(xué)者也對PBSD進(jìn)行了定義:“基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是指根據(jù)建筑物的重要性和用途確定其性能目標(biāo);根據(jù)不同的性能目標(biāo)提出不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),使設(shè)計(jì)的建筑在未來地震中具備預(yù)期的功能。”
PBSD已成為近幾年美國、日本、新西蘭等國家在抗震方面的主要研究課題。美國學(xué)者認(rèn)為,基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法應(yīng)該編成指南或規(guī)定,而不是規(guī)范提供給設(shè)計(jì)人員和業(yè)主,從現(xiàn)行的以保障生命安全為宗旨的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范向基于性能的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的選擇性設(shè)計(jì)規(guī)定的轉(zhuǎn)變應(yīng)該是“演進(jìn)”而不是“革命”,其基本思想還可以通過每三年一次的規(guī)范修訂融入現(xiàn)行規(guī)范中去。美國國際規(guī)范委員會(ICC) 1997年5月出版國際建筑規(guī)范2000 ( International Building Code. IBC)草案已強(qiáng)調(diào)了與性能要求有關(guān)的內(nèi)容。近年來,基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想及研究成果已經(jīng)納入美國大學(xué)本科生和研究生的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)工作中,主要內(nèi)容即以Vision2000為基礎(chǔ)。日本也在多方資助下于1995年開始了為期3a的“新建筑結(jié)構(gòu)體系開發(fā)”研究項(xiàng)目,成立了由國內(nèi)著名學(xué)者參加的新建筑構(gòu)造體系綜合委員會。該委員會下設(shè)性能評價、目標(biāo)水準(zhǔn)和社會機(jī)構(gòu)3個分委員會。為推進(jìn)和協(xié)調(diào)這一項(xiàng)目的進(jìn)程,還建立了“新構(gòu)造體系促進(jìn)會議”,討論、規(guī)劃和協(xié)調(diào)各方而的工作。英國等歐洲國家和智利等拉美國家也對PBSD開展了研究。1996年在中美抗震規(guī)范學(xué)術(shù)討論會上也對PBSD進(jìn)行了交流,提出了把PBSD引入到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的概念。有學(xué)者建議,中國21世紀(jì)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)順應(yīng)國際發(fā)展的趨勢,發(fā)展適合于中國國情的PBSD。
4 目前國內(nèi)外地震工程界學(xué)界對PBSD開展的研究工作
(1)多級性能水準(zhǔn)的確定與統(tǒng)一。生命安全水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)損傷水準(zhǔn)和確保使用功能水準(zhǔn)為當(dāng)前規(guī)范普遍接受的3級性能水準(zhǔn)。生命安全水準(zhǔn)要求建筑在罕遇地震作用下不倒塌;結(jié)構(gòu)損傷水準(zhǔn)要求建筑損傷控制在可修復(fù)的范圍內(nèi);確保使用功能水準(zhǔn)要求結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響建筑直接使用的變形等。PBSD要求細(xì)化這3級性能水準(zhǔn)并建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
(2)多級地震設(shè)防水準(zhǔn)的確定與統(tǒng)一:當(dāng)前規(guī)范普遍采用3級性能水準(zhǔn)所對應(yīng)的最高設(shè)防水準(zhǔn)。在建筑使用期內(nèi)遭遇一次地震危險的水準(zhǔn)和可能遭受多次地震危險的水準(zhǔn)3級地震設(shè)防水準(zhǔn)。PBSD同樣要求細(xì)化這3級地震設(shè)防水準(zhǔn)。
(3)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方法:PT3SD要求建立適合于在多級水準(zhǔn)地震作用下實(shí)現(xiàn)多級性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方法。
(4)結(jié)構(gòu)安全性評估方法的完善:當(dāng)前由靜力推覆分析方法和能力譜分析方法結(jié)合形成的靜力彈塑性方法被普遍用來評估罕遇地震作用下建筑的抗震性能。
基于性能的抗震研究是一個非常龐大和復(fù)雜的問題,就目前的發(fā)展水平,還存在以下問題需要進(jìn)一步研究解決。
在結(jié)構(gòu)性能方面,雖然提出了不同性能水平,但只是對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)性能的破壞程度的描述,對結(jié)構(gòu)“不壞、可修、不倒”定義模糊,未給出明確的量化指標(biāo),是本文主要研究問題之一,有待進(jìn)一步研究。
在結(jié)構(gòu)多級性能目標(biāo)方面,如何進(jìn)一步考慮建筑場地特征和近震的影響,以及設(shè)防水平與震后重建時間、費(fèi)用之間的定量關(guān)系。
對于高層建筑或沿高度側(cè)向剛度有變化的建筑,采用何種目標(biāo)側(cè)移曲線,側(cè)向力分布模式是否考慮高階振型的影響,都需要作進(jìn)一步深入的研究。
如何針對復(fù)雜的混合塑性鉸分布破壞機(jī)制建立位移延性和曲率延性的轉(zhuǎn)化關(guān)系,從而獲得結(jié)構(gòu)曲率延性需求,有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1]SEAOC Vision2000 Committee.Performance-Based Seismic Engineering of Building[R].Report Prepared by Association of California,Sacramento,California,USA.1995.