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3.1 基于性能的結構設計理念

地震給人類社會帶來巨大的經濟損失,并且可能引起更為嚴重的次生災害。20世紀末發(fā)生的幾次震害顯示,決定建筑物在地震下是否安全的主要參數(shù)是結構的變形或位移。在此情況下,人們提出基于位移的抗震設計理論,這也促使了性能化結構設計理論的產生和發(fā)展。

3.1.1 抗震結構的概率理念決定了“損傷”

地震作用隨機性很強,在某一地區(qū)某一基準期內,可能發(fā)生的最大地震烈度是一個隨機變量。在烈度不同時,結構彈性地震作用將成倍變化,因而針對不同烈度的地震作用,都把結構設計成處于彈性狀態(tài)工作,這對大多數(shù)結構來說是不可能的,在經濟上也并不合理。按地震發(fā)生概率,結合國家經濟水平和建筑物重要性,適度進行結構抗震設計是世界各國公認的結構抗震設計準則,并在各國規(guī)范中有所體現(xiàn)。

結構的性能目標是指在一定超越概率的地震發(fā)生時,結構期望的最大破壞程度,即性能目標是地震設防水準與結構性能水準的組合。

3.1.2 基于性能的結構設計理念

基于性能的抗震設計是未來抗震設計的主要措施和方法。按照這種設計思路,設計團隊可協(xié)同工作確定建筑物及附屬結構的性能目標,以便達到業(yè)主的預期要求。這一設計理念保證結構在預期的地震作用下,有可預測的抗震性能,且性能目標可以按需選擇。基于性能的抗震設計是以現(xiàn)有的抗震科學水平和經濟條件為前提的,發(fā)揮結構延性變形的能力,使工程結構在預期的地震強度作用下的反應和破壞程度均在設計預期要求的范圍內。

基于位移的設計方法是性能設計理論推薦的配套設計方法。它以位移為設計起點,以層間位移或者其他變形作為抗震設計的控制因素,進行結構的截面設計和配筋。這與傳統(tǒng)的基于承載力的設計方法在設計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)點更接近于地震作用下結構的實際運行狀態(tài)。

基于位移的抗震設計需要確定結構的初始剛度和屈服強度,以限定結構變形來滿足設計要求。實際上這一方法依據的是結構割線剛度而不是初始剛度,并采用包括結構固有阻尼以及滯回阻尼在內的等效阻尼。

3.1.3 基于性能的結構設計理念中承載力設計與變形設計的關系

與結構性能有關的三個主要設計參數(shù)——強度、剛度和延性,都可以認為是依賴于變形的參數(shù)。結構在地震作用下的性能通過結構以及附屬結構的破壞程度來衡量,而破壞程度與結構變形密切相關。對于延性結構或延性構件,變形是控制結構破壞程度或性能水平的最有效參數(shù)。變形比強度更能體現(xiàn)結構在地震作用下的性能。

承載力(強度)作為單獨的指標難以全面描述結構的非線性性能及破壞程度。基于變形的抗震設計方法主要采用位移指標對結構性能進行控制,比傳統(tǒng)的基于承載力(強度)的抗震設計方法更加簡便和便于掌握。目前各國規(guī)范相繼引入這一概念,逐漸把注意力轉向基于變形設計。

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