[发明专利]基于性能水准的多模态性能化抗震设计方法

说明书

本发明涉及抗震设计技术领域,具体涉及一种基于性能水准的多模态性能化抗震设计方法，该方法直接基于量化的性能水准进行抗震设计方法，基于性能水准的抗震设计方法是以最终的破坏状态作为抗震设计的基础，因此，无论是否发生超设防烈度(地震动参数)地震，都能控制结构的抗震性能。显然，本申请发明专利比传统的基于设防烈度(地震动参数)的性能化抗震设计更加科学，能控制结构的抗震行为。

技术领域

本发明涉及抗震设计技术领域,具体涉及一种基于性能水准的多模态性能化抗震设计方法。

背景技术

中国抗震规范(GB 50011－2016)是以抗震烈度(地震动参数)进行抗震设计。采用50 年超越概率为10％、63％和2％的地震烈度分别是小震、中震和大震烈度，按照三水准设防：即小震不坏、中震可修、大震不倒。采用两阶段法，第一阶段为弹性设计，第二阶段为弹塑性设计：第一阶段是在小震作用下采用弹性设计，基于二维弹性地震反应谱，采用振型分解法或底部剪力法计算地震作用，计算小震结构位移，与重力等其他荷载组合后，求解结构内力；第二阶段验证大震下的弹塑性变形，要求结构变形不超过规范所规定的变形限值来满足大震不倒的要求，对特定结构，基于二维弹性地震反应谱，可采用简化方法，计算大震结构位移。

美国ASCE7，IBC基于两水准设防转换，将最大应考虑地震(对应中国规范中的“大震”) 的2/3转换为设计地震(对应中国规范中的“中震”)，采用单一阶段设计，进行强度抗震验算，假定结构处于弹塑性工作状态，基于反应谱采用静力设计的底部剪力法(等效侧向力法) 和动力设计的振型分解法，通过结构调整系数R考虑不同结构类型的延性性能，将设计地震作用折算为弹性范围，进行内力承载力验算和位移计算；采用结构位移放大系数Cd换算为弹塑性变形，来验算结构刚度和是否作P-Δ分析。欧洲抗规与美国类似，设计地震作用折算是通过性能系数q，在设计反应谱内以q的显函数形式呈现，进行内力承载力验算和位移计算；采用结构位移放大系数qe计算弹塑性变形。

以上事实表明，中国、美国、欧洲规范都是采用设防烈度(地震动参数)下的设计反应谱，进行性能化抗震设计的。然而，唐山(中国,1976)、Northridge(美国,1994)、Kobe(日本,1995)、集集(中国台湾,1999)、Sumatra-Andaman(印度尼西亚,2004)、Peru(秘鲁,2007)、汶川(中国,2008)、Port-au-Prince(海地,2010)、Concepcion(智利,2010)、玉树(中国,2010)、日本东北太平洋海域(日本,2011)等地震，已明显超出了规范的设防烈度(地震动参数)。采用防烈度(地震动参数)进行抗震设计，由于设防烈度(地震动参数)与最终的破坏状态的关联性是模糊的，在发生超设防烈度(地震动参数)地震时，工程的破坏程度无法把握。因此，基于设防烈度(地震动参数)的性能化抗震设计需要改进。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种基于性能水准的多模态性能化抗震设计方法，该方法直接基于量化的性能水准进行抗震设计，比传统的基于设防烈度(地震动参数)的性能化抗震设计更加科学，能控制结构的抗震行为。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于性能水准的多模态性能化抗震设计方法，包括如下步骤，

S1.根据抗震规范，结合实际需要设定所设计结构的抗震性能水准；

S2.根据所设计结构，计算不同模态振型下结构周期、模态振型和模态参与系数；

S3.对于任意反应量，计算不同模态振型的贡献系数，设定贡献阈值ε，求解需要模态振型的个数；

S4.设定第一结构周期为标准单自由度弹塑性结构体系，以标准单自由度弹塑性结构体系为基础合成结构抗震响应效应；

S5.令结构抗震响应效应等于设定结构的抗震性能水准，得到标准单自由度弹塑性结构体系下的抗震性能水准；