[发明专利]建筑物抗震能力的评估方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种评估建筑物抗震能力的方法，更具体地说是一种基于强度与延性的钢筋混凝土建筑物抗震能力的评估方法及其应用。

背景技术

我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，因此对新建和既有建筑是否具有足够的抗震能力十分重视。钢筋混凝土结构是目前我国工业和民用建筑结构的主要型式，其抗震能力是保障人民生命财产安全的重要指标。大量既有钢筋混凝土结构原设计的依据标准过低，加之耐久性及结构已有损伤等因素的影响，如何评估建筑结构的抗震能力成了非常重要的课题，迫切需要发展一套方法来定量评估抗震能力，使得抗震能力不足的建筑结构能及早加固或拆除。

目前国外对钢筋混凝土房屋抗震能力评估的方法介绍如下：

(1)Pushover方法

Pushover方法(也称推覆分析法)是一种静力非线性分析法，美国应用技术委员会1996年编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40)和美国联邦紧急管理厅1997年出版的《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)中都提出这种基于位移的已建结构抗震性能评估方法，其基本思路为：根据房屋结构的具体情况在房屋上施加某种分布的水平力，逐渐增加水平力使结构各构件依次进入塑性。因为某些构件进入塑性后，整个结构的特性会发生改变，因此又可以反过来调整水平力的大小和分布。这样交替进行下去，直到结构达到预定的破坏。

(2)能力谱法(ATC-40)

美国的ATC-40规范采用能力谱法作为建筑抗震评估的标准程序。它包含了几个步骤：

①对建筑物进行推覆分析(Pushover)而建立基底剪力(Base Shear)和顶层位移(RoofDisplacement)的关系图。②将基底剪力与顶层位移的关系曲线转成以谱加速度及谱位移表示的能力谱(Capacity Spectrum)。③利用以谱加速度与周期表示的弹性反应谱，转成以谱加速度与谱位移表示的弹性需求谱。④将能力谱与弹性需求谱绘于同一张图上，并且利用等效阻尼折减弹性需求谱，而折减后的需求谱(Demand Spectrum)与容量反应谱经过迭代会产生交点，即为建筑物在地震下的表现(Performance)，可提供对位移需求(Displacement Demand)的估计。⑤将位移需求转成顶层位移，和各个楼层的层间位移，并找出此时所对应的各项变形需求，然后与预设的性能目标进行比较。

(3)简化非线性分析方法

美国联邦紧急救援署(FEMA)在1996年美国应用技术委员会提出能力谱方法的基础上，1997年出版《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)提出的一种简化非线性分析方法：该方法是对能力谱方法的修正，实际上是通过一种迭代计算出结构顶点位移值，这将大量增加计算工作量。

(4)日本的抗震能力评估研究

在日本，早在1919年就颁布了都市建筑法，规定了六个主要都市的建筑技术规则，1923年关东地震之后又引入了设计地震作用系数，1950年又颁布了建筑标准法应用于全日本，此法规以工作应力法为取向。日本建设省在1996年成立了一个专门的技术委员会负责健全和推广基于性能的抗震设计方法并于2000年6月提出了基于性能抗震设计的构架，其所采用的也是推覆分析，用能力谱法检验建筑物的性能表现。性能设计决定性能目标，性能目标由地震水平和性能水平决定。

(5)我国在建筑抗震能力评估的研究

针对既有混凝土结构而言，目前进行抗震评估的方法主要是采用现行抗震鉴定标准给出的两级鉴定方法。除此之外，主要为借鉴抗震设计规范给出的各种新建建筑抗震设计分析的方法(反应谱分析方法、动力时程分析方法和静力非线性分析方法等)。钱稼茹、杨溥、叶献国等较多学者从不同的方面出发，对静力非线性分析方法提出了不同的改进方案并通过与弹塑性动力时程分析结果的对比，验证了其方法的可行性。李宏男等对基于现行抗震规范建立结构弹塑性反应谱以评价既有框架结构的抗震性能方面进行了探讨，并建立了特征周期为二区的四类场地在7度、8度和9度罕遇地震情况下的需求谱。现有各种评估方法的长处及不足列出如下：

①经验评估法

经验评估法简便、快捷，不需作复杂的现场抗震试验，花费少，评估结果具有一定的准确性。其缺点是对评估人员要求高，不同人员评估结果之间会有差异，评估过程和结果较难定量化处理。对实际结构而言，该方法更多的是对构造情况的评估，未能反映结构延性性能这一关键性的结构抗震性能指标。应用数据库技术并建立专家评估系统是这一方法的发展趋势。

②振动测量评估法