鋼筋混凝土結構抗震設計思路和理解
發布時間：2010-01-14 共1頁
一.抗震設計思路的簡單回顧
建筑結構抗震的發展是隨著人們都地震動和結構特性的認識不斷深入而逐漸發展起來的，從誕生至今不過百年的歷史，大致有以下幾個發展階段：
(1) 靜力階段，它最先由日本大森房吉教授通過對當時有限的震害觀測和理論認識提出的抗震設計理論,僅僅適用于剛體結構。它沒有考慮結構的動力特性和場地差別對建筑結構的影響,不加區分的對所有結構都采用一個統一水平地震力V=kW(k≈0.1;W為結構的重量)來考慮地震作用效應的影響。
(2)反應譜階段，隨著真實地震動記錄的獲取和結構動力學理論的發展，1940年美國的Biot教授提出了彈性反應譜的概念，反應譜是單自由彈性體系在獲取的眾多地震記錄的激勵下，結構周期與響應之間的關系，包括加速度反應譜，速度反應譜，位移反應譜。它綜合考慮了結構的動力特性，至今仍然是各國規范設計地震力取值的基礎。
地震作用力的計算常常用底部剪力法和振型分解反應譜法，振型分解反應譜法的基本概念是：假定建筑結構是線彈性的多自由度體系，利用振型分解和振型正交性的原理，將求解n個自由度彈性體系的地震反應分解為求解n個獨立的等效單自由度彈性體系的最大地震反應，進而求得對應于每一個振型的作用效應。此時，就可以根據考慮地震作用的方式不同，采用不同的組合方式，對于平面振動的多質點彈性體系，可以用SRSS法，它是基于假定輸入地震為平穩隨機過程，各振型反應之間相互獨立而推導得到的;對于考慮平―扭耦連的多質點彈性體系，采用CQC法，它與SRSS法的主要區別在于：平面振動時假定各振型相互獨立，并且各振型的貢獻隨著頻率的增高而降低;而平―扭耦連時各振型頻率間距很小，相鄰較高振型的頻率可能非常接近這就要考慮不同振型間的相關性，還有扭轉分量的影響并不一定隨著頻率增高而降低，有時較高振型的影響可能大于較低振型的影響，相比SRSS時就要考慮更多振型的影響。底部剪力法考慮到結構體系的特殊性對振型分解反應譜法的簡化，當建筑物高度不大，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，結構振動位移反應往往以第一振型為主，而且第一振型接近于直線時，就可以把振型分解法簡化為基本的底部剪力法計算公式。這個基本公式計算得到的各質點的水平地震作用可以較好的反映剛度較大的結構，但當結構基本周期較長，場地特征周期較小時，計算所得頂部地震作用偏小，為此，《抗震規范》規定，當結構基本周期大于1.4倍的場地特征周期時，在頂部附加水平地震作用。
(3)動力理論階段，隨著對地震動認識和理解的不斷加深，認識到反應譜的一些不足，如對地震動持時的影響考慮不周，再加上計算機性能的提高，使得動力法逐漸發展起來了，它的本質直接求解動力方程，但是由于地震時地面運動加速度極不規則，對于微分方程無法求出它的閉合解，因此多采用數值積分法。通常的做法是對已記錄的地震波進行連續分段處理，每段的數據都看做不變的，然后作用到結構上，通過動力平衡方程來求得此刻的加速度、速度、位移反應，接著與前一段的加速度、速度、位移進行疊加，把疊加的結果作為下一時段的初始數據，依此類推，最終求得結構在所給出低周反復地震波下的加速度、速度和位移動力反應變化過程。
(4)在1994年美國Northridge地震和1995年日本Kobe地震后，美日學者又提出了基于性態的抗震設計方法，基于性態的基本思想，就是使建筑結構在使用期間滿足各種使用功能的要求。它與傳統基于力的設計方法不同，對結構性能的評判主要是基于位移準則，用不同的位移指標來對結構性能進行不同的控制。但是由于大震下結構的非彈性變形難以準確的估計，使得基于性態的設計方法只能停留在理論上。但提出它的積極意義至少有兩點：1. 強調地震工程的系統性和社會性;2. 認識到原有抗震設計規范的部分不合理性。
作為基于性能抗震設計的基礎，應該對某一具統計意義的特定水平地震作用下的結構位移，速度和加速度進行準確的評估，還應該有一個合理的評估方法和可用的評估工具。正是因為這個目的，提出和發展了Pushover方法和能力譜方法。Pushover方法的基本思路是采用靜力加載，假定某一分布形式的側向荷載作用在結構上，逐漸加載直到達到結構控制點目標位移或結構破壞，從而得到控制點的水平側移與基底剪力關系曲線，用以評估結構的抗震性能。Pushover方法依賴于側向力的分布形式和彈塑性反應譜目標位移的確定。
