基于地震损失风险的多层砌体结构抗震构造措施评估北大核心

地震损失风险可反映建筑结构的抗震性能,其定量评价不仅是结构抗震设计参数选择的重要环节,也是防震减灾决策的重要依据。为研究采用不同抗震构造措施的砌体结构的抗震能力,提出了砌体结构基于地震危险性和结构易损性的损失评估方法。设计了25种不同抗震构造措施的砌体结构模型,采用非迭代静力分析的砌体结构易损性分析方法研究了地震作用下砌体结构的失效概率,并分析了砌体结构在1年和50年内可能发生的经济损失和人员伤亡损失风险。结果表明,抗震构造措施可显著降低砌体结构地震损失风险,无抗震构造措施的砌体结构倒塌概率是采用完备抗震构造措施时的5.5倍。基于人员伤亡率控制的计算结果与现行设计规范要求基本一致,但对低层砌体结构的抗震构造措施要求更为宽松。     

地震灾区既有混凝土框架结构的抗震性能研究

以汶川县威州镇一幢既有典型混凝土框架结构房屋为研究对象,分析了当地现有混凝土结构的抗震安全水平.采用《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)设定的设防烈度及地震水平,对混凝土结构进行非线性时程分析,建立了该结构的概率地震需求模型.依据该模型确定结构地震易损性水平,建立继续使用、严重破坏和倒塌3种状态下结构的地震易损性曲线,以此研究汶川县此类结构设计的抗震安全水平.研究结果表明:此类既有混凝土框架结构不能完全满足《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中不同抗震设防等级关于房屋破坏和倒塌的基本要求.     

某超高层混合结构基于增量动力分析的地震易损性分析

随着计算机技术的不断进步,基于IDA的地震易损性分析可成功运用到建筑结构基于概率的抗震性能评估中。首先介绍了增量动力分析与地震易损性分析的基本原理与方法步骤。然后以深圳某超高层混合结构为算例,从模型的建立、地震波的选择、增量动力分析的实施、结构极限状态的确定以及易损性曲线的绘制几个方面,详细介绍了算例结构进行地震易损性分析的过程。最后对结构进行了基于概率的抗震性能评价,为地震易损性分析应用于超高层建筑结构提供参考。研究结果表明,结构具有良好的抗震性能,满足我国抗震设计规范的三水准设防要求,具有很强的安全储备。     

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。     

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。     

单跨RC框架结构的抗震倒塌能力分析

学校建筑中的连廊经常使用单跨框架结构,而关于单跨框架结构的抗震倒塌能力定量评价较少。按《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)设计了17个连廊框架模型,分别进行基于动力增量分析方法的倒塌易损性分析,用倒塌概率和安全储备系数定量评价各模型的抗震倒塌能力。结果显示,相比同层数的双跨框架结构,本例单跨框架结构的抗震倒塌能力冗余度高;1层乙类单跨框架结构,通过提高一度采取抗震措施或提高一度计算地震作用均能提高结构的抗震倒塌能力,使结构倒塌概率在可接受的范围,且提高一度计算地震作用比提高一度采取抗震措施更能提高结构的抗震倒塌能力;提高框架梁的抗震性能对提高结构抗震倒塌能力作用很小,而提高框架柱的抗震性能能较大地提高结构抗震倒塌能力;用安全储备系数归一条件下的造价来评价,提高框架柱抗震性能比提高一度采取抗震措施更经济。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

大地震地震动破坏效应研究

本文基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的近断层48组加速度强震观测记录,推导了所在地区的强地震动特性及其空间分布,通过高密度的观测数据直接得到具有建筑结构倒塌率数据的20个不同地区的强地震动特性参数。归纳了汶川地震的建筑倒塌率与地震动参数之间的易损性关系法则,提出了一种有效评估结构损伤等级的方法。针对地震前及其震后修订的《建筑抗震设计规范》规定的抗震设防标准,比较分析了研究地区的结构倒塌率变化情况,假设按照提高后的基本加速度指标设防,该20个研究地区的结构预测倒塌率都呈现显著降低。     

FEMA P695-Quantification of Building Seismic Performance Factors简介

目前,各国建筑抗震设计规范对结构在"大震"下倒塌概率的评估尚不完善。FEMA P695以美国现行规范为基础,提出了一套用于标定其建筑抗震设计规范中关键设计参数的方法,用以保证结构在"大震"下的倒塌概率不超过某一可接受的值。介绍了美国建筑抗震设计规范的理论基础,说明了FEMA P695中关键参数的定义与美国现行抗震规范中设计参数的关系,详细介绍了该方法的基本内容、方法流程、关键细节、理论思路等,为了解美国抗震规范的发展方向及水平提供了参考。     

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。     

钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构中美规范设计对比

为研究中美两国规范设计理念的不同,依照中国规范规定确定抗震设防烈度、设计地震分组、场地类别,按50年超越概率为2%的地表峰值加速度基本相当的原则,确定了美国规范地震作用的对应参数,选择两栋相同的钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构进行了设计。建立了空间弹性分析模型,采用振型分解反应谱法计算了结构的弹性地震响应,对结构的动力特性、结构位移、构件尺寸及配筋等进行对比分析。分析结果表明：按照美国规范设计的结构自振周期比中国规范的长;结构侧移更大;梁、柱截面尺寸比中国规范设计的小,楼板厚度比中国规范设计的大;按两国规范设计的结构总体用钢量基本相当。分别按两国规范选取10组地震波进行了动力弹塑性分析和结构倒塌概率分析。分析对比结果表明：按照中国规范设计的结构有8条波的计算结果超过规范限值,而按照美国规范设计的结构只有3条波的计算结果超限。     

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。     

基于增量动力分析的梁贯通式支撑钢框架地震易损性研究

为了得到梁贯通式支撑钢框架节点刚度及承载力设计方法,基于增量动力分析(IDA)方法,研究了节点性能对多层梁贯通式支撑钢框架地震易损性的影响,得到了不同节点刚度和承载力设置下四种模型(刚接、全强度半刚接、半强度半刚接和铰接模型)的易损性曲线,定量评价了各模型超越各极限状态的概率和倒塌储备系数。研究结果表明：无论节点刚度和承载力如何设置,在8度罕遇地震(地面峰值加速度为0.4g)作用下,该结构发生倒塌的概率均小于1%,能够满足规范规定的“大震不倒”的要求。当节点刚度达到4倍相邻柱线刚度时,无论节点设置为柱端达到全截面屈服或部分屈服,结构在罕遇地震下的地震易损性相差不大,倒塌储备系数均高于FEMA P695中的建议水平;而铰接结构模型的抗倒塌能力则明显低于其他三种结构模型。基于分析结果,建议梁贯通支撑钢框架梁柱节点刚度应不小于相邻柱线刚度的4倍,节点承载力需不小于柱端全截面屈服弯矩的50%。     

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。     

不同弯矩增大系数钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

设计3个不同柱端弯矩增大系数的钢筋混凝土框架结构模型,考虑结构材料、荷载及地震动参数的随机性,分别对其进行随机增量动力分析（IDA）,以地震峰值加速度（a _pg）作为地震动强度指标,结构的顶点最大位移角θ_max作为结构的反应参数,得到各结构模型的IDA曲线。在IDA分析的基础上,对各结构模型进行地震需求概率分析,通过定义4个抗震性能水平,对各模型进行随机pushover分析,确定各性能水平的限值,分别对各结构模型进行易损性分析,得出各结构的地震易损性曲线。计算分析结果表明：弯矩增大系数的取值对结构的易损性有一定的影响,其取值越大时,结构在地震作用下倒塌的概率越小;在一定的范围内(0.2g≤a _pg≤1.0g),当结构的塑性程度发展越大时,提高弯矩增大系数对结构抗震性能的贡献越明显;建议规范修订时可适当增加柱端弯矩增大系数的取值。     

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。     

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。     

基于易损性的钢筋混凝土框架结构抗震性能裕度评估

采用性能裕度比作为评估结构抗震性能的指标,该指标通过计算地震易损性中位值与多遇地震、设防地震和罕遇地震强度的比值来评估结构的抗震性能裕度。选择4种考虑不同抗震设防水平的5层3跨钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,通过易损性分析,计算得到结构的性能裕度比。研究结果表明：随着结构抗震设防水平的提高,结构的地震易损性中位值和结构所对应的多遇地震、设防地震和罕遇地震的强度随之增加。然而,由于前者的增加幅度要小于后者的,因此,结构的性能裕度比随其抗震设防水平的提高而降低;在设防地震和罕遇地震作用下,结构具有足够的性能裕度以满足“中震可修”和“大震不倒”的性能要求;抗震设防水平的提高会使结构不满足“小震不坏”的性能要求。