1、1结构目标性能与结构自身特性关系的研究摘要：新的抗震规范提出结构性能化设计，将结构的抗震设计具体化为目标性能，可分为结构的加速度、层间位移和最大位移三个性能控制指标，而这些指标的表现是按照结构的自身特性来分来，结构的自身特性为受荷情况与结构的构件分布情况，表现为结构的质量和刚度，因此本文研究主要对象为结构的质量刚度比，分析结构的质量刚度比与结构的目标性能加速度之间的关系。利用结构动力学理论，结合新抗震规范的研究推导方式，将结构的性能指标与结构的质量刚度比建立起联系，根据抗震规范中的底部剪力法，分析三个性能指标随着质量刚度比的变化规律，总结出相应的公式，为结构提供前期性能预测，指导结构的设计。
2、关键词：抗震、性能化加固、加速度、层间位移 中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 如今国内外抗震设计是以其结构承载力为目的的多目标多层次的设计方向，利用在三水平设防和防倒塌的构造措施等控制建筑物，达到 50年一遇的地震作用(“小震”)下不坏,475 年一遇的地震作用(“中震”)下可修和在 2 000 年左右一遇地震作用(“大震”)下不倒的目标。这样的设计目标能够保证建筑物没有倒塌进而保障生命安全，但其破坏造成2直接的或是间接经济及其他方面的损失，这对社会和业主来说也是无法控制和接受的，社会和公众对建筑物抗震性能有多层次的要求，不仅仅避免强震造成建筑物倒塌和人员伤
3、亡，还需要考虑中小地震所造成的损失，为了满足各类建筑物的不同使用要求，对建筑物结构的地震反应需要更具体化的性能目标来控制。 2 抗震性能化设计理论背景 1995 年,美国加州结构工程师协会(SEAOC)提出了基于性能的抗震设计概念,发布了第一个技术文件“A framework for performance-based engineering (SEAOC Vision 2000”,吸取了 Northridge 以及 Kobe 等地震的震害教训,考虑了地震近场效应来修改地面运动模型,采用了最新的地震参数区划图,改进了主体结构与材料相关的设计。 2005 年,洛杉矶颁布了“An alternat
4、ive proce-dure for seismic analysis and design of tallbuildings located in the los angeles region (2005 Edition)”,以下简称洛杉矶性能高规 2005 。2007 年,旧金山市颁布了“Recommended administrative bulletin on the seismic de-sign& review of tallbuildings using non-prescriptive procedures”,以下简称旧金山市性能高规 2007 。 对于我国的抗震性能化设计，正
5、式提出与 2010 年 12 月 1 日实施的建筑抗震设计规范GB50011-2010 中，新的抗震设计规范指出：建筑的抗震性能化设计立足于抗震承载力和变形能力这两方面的综合考虑，具有很强的针对性和灵活性。 3 假设条件与基本原理 33.1 假设条件 1)结构体系质量刚度分布均匀： 即：各层简化质点等效质量相等： 各层层高相同： 各层简化的侧移刚度相同： 2)研究质点振动第一振型，各个质点取为一个自由度，不考虑扭转。3)利用底部剪力法对结构进行分析。 4)质点等效质量利用规范的重力荷载代表值的相应质量。 3.2 基本原理 1）底部剪力法 底部剪力法（拟静力法）(Equivalent Base
6、Shear Method) 根据地震反应谱理论，以工程结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来确定结构总地震作用的方法。 2）相当刚度相当质量 多质量多质点弹性体系的自振频率近似计算公式, 按能量原理取等质量等刚度体系的主振型计算可得： （3.1） 因为 m=常数且 K=常数的频率计算式，可知。于是得到计算一般多自由度作用体系各阶主频率的近似计算公式： （k=1n） （n 为所求振型） （3.2） 3）结构动力学微分方程 4结构动力学运动微分方程 由结构动力学研究公式，单质点弹性体系在地震作用下的运动微分方程： （3.3） 结构地震频率: 结构的阻尼比: 4 周期划分与关系曲线
7、周期划分 以质量刚度比为分析对象，按照新抗震规范理论地震反应划分为以下区间： 关系曲线 主要分析的性能指标为加速度、层间位移和最大位移三个指标与质量刚度比之间的关系，其关系如下图： 图 4.1（A-B）最大加速度 图 4.2（C-D）最大加速度 Fig4.7（A-B）Maximum accelerationFig4.8（C-D）Maximum acceleration 5 总结 性能指标加速度是在地震作用下，结构简化质点对地震力的直接表5现，分析推导公式和模拟曲线，质点最大加速度随着质量刚度比变化规律如下： A 区段：质点最大加速度随着质量刚度比的增大而增大，直至上升到B 区段的最大加速度。
8、B 区段：质点最大加速度较稳定，不随着质量刚度比变化，稳定在最大加速度部分，这段区域属于结构的共振区域，共振效果作用下，结构加速度达到最大值。 C 区段：结构脱离地震的共振区域，随着质量刚度比的增大，质点最大加速度迅速下降。 D 区段：此区段质量刚度比较大，结构总体相对刚度变小，建筑物周期较大，随着质量刚度比的变化，质点最大加速度缓慢下降。 、 利用以上规律与曲线可以有效的分析结构的性能变化方式，指导结构的前期选型，为结构构件选择，结构的设计提供前期的分析方法。 参考文献： 1陈闯兴.中国建筑抗震设计规范的演变和展望J.防灾减灾工程学报.2003 2徐斌.新规范建筑抗震性能化设计浅析J.广东水利电力.2010. 3 辛力. 董卫华，陈林文.多层框架结构自振周期一种简便计算方法J.福建工程学院学报，2006,4(6).
