第二讲 性能抗震设计理论的研究背景

1、专题一：基于性能的抗震设计理论西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉 副教授2016.3.7Topic1Topic1：Performance-based Seismic Design TheoryPerformance-based Seismic Design Theory教 学 计 划绪论部分第一周绪论专题一：基于性能的抗震设计理论第二周基于性能的抗震设计理论研究背景介绍第三周抗震设防水准与性能水准第四周Push-over分析方法第五周延性需求谱方法第六周机动时间1专题二：连续倒塌设计理论第七周连续倒塌设计理论研究背景第八周倒塌判别标准第九周设计方法1构造措施方法第十周设计方法2拆除构件法

2、第十一周机动时间2专题三：钢-混凝土组合结构第十二周钢-组合结构研究进展第十三周混凝土本构模型介绍第十四周试验研究第十五周试验影响因素分析第十六周机动时间3总结部分第十七周提交论文专题2：连续倒塌设计理论1. 研究进展2. 混凝土本构模型3. 组合梁试验研究4. 试验影响因素分析及结论专题3：钢-混凝土组合结构1. 理论理论背景背景2. 抗震设防水准3. 性能水准4. 设计方法专题1：基于性能的抗震设计理论绪论1.什么是现代建筑？2.现代建筑面临的问题3.本课程的主要内容4.教学计划和考评关注重点：研究进展、Push-over分析方法、延性需求谱、地震波选波问题。关注重点：研究进展，本构关系，

3、试验方法研究的主要步骤及细节问题1. 理论背景2. 倒塌判别标准3. 设计方法一4. 设计方法二关注重点：研究进展、倒塌判别标准研究、拆除构件法今天讲课内容 Todays lecturel 传统的抗震设计方法 The Traditional Seismic Design Methodl 面临的主要问题 Main Problems l 性能抗震设计方法的定义 What Is Performance-based Seismic Design Method?l 性能抗震设计理论的主要内容 The Main Contents of the Performance-based Seismic Desig

4、n Theory1 传统抗震设计方法我国建筑抗震设防目标建筑抗震设计规范（GB50011-2010）总则第一条l 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；l 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可发生损坏，但经一般性修理可继续使用；l 当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不倒塌或发生危机生命的严重破坏。刘恢先，地震工程学家和结构力学专家，中国地震工程学的奠基人之一“大震不倒、中震可修、小震不坏”抗震设计理念刘恢先教授提出40周年（1975-2015）2013年3月7日，我校举办系列活动隆重纪念地震工程学家和结构力学专家、中国地震

5、工程学的奠基人之一、被称之为“世界地震工程之父”的我校校友刘恢先院士百年诞辰。刘恢先院士塑像2015年谢礼立院士在我校做抗震讲座海城地震抗震工作经验交流会1975年11月1222日在哈尔滨召开，刘恢先教授在会上指出： “由于地震危险性估计不能很准确，在设计思想上应作两手准备：一是准备在预计的破坏性地震时保证建筑物不受损坏或只受轻微损坏；二是准备在意外的大地震时承受严重破坏而不致倒塌。一般的办法是在第一种情形以强度控制，在第二种情形以延性控制。我们应当针对这两种情形建立两种设计方法。” 海城地震是1975年2月4日发生于中国辽宁省海城的大地震。里氏7.3级，震源深度为1621公里。 由于中国科学

6、家对该次地震进行了准确预测并及时发布了短临预报，全区人员伤亡共18308人，仅占总人口数的0.22%。其中，死亡1328人，占总人口数的0.02%，重伤4292人，轻伤12688人，轻重伤占总人口数的0.2%。部分人认为，这是人类历史上迄今为止，在正确预测地震的基础上，由官方组织撤离民众，明显降低损失的唯一成功案例。但此次“成功预报”并未获得科学界的广泛认同。l 抗震目标是什么？l 什么是大震、中震、小震？l 什么是“不倒、可修、不坏”？l 怎么实现？我国传统抗震设计理念:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地

7、震影响时，可发生损坏，但经一般性修理可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不倒塌或发生危机生命的严重破坏。“大震不倒、中震可修、小震不坏”（1） 抗震目标是什么？ 大震不倒保证人的生命安全！2008年汶川地震漩口中学宿舍2008年汶川地震漩口中学教学楼（2） 什么是大震、中震、小震？在全国基本设防烈度区划图的基础上，采用概率的方法确定的。一般认为，50年内烈度概率分布属于极值型；小震为50年内超越概率为63%的烈度的地震，重现期为50年；中震（基本设防烈度）为50年内超越概率为10%的烈度的地震，重现期为475年；大震为50年内超越概率为23%的烈度的地震，重现期为1641

8、2475年。中国地震烈度区划图（第三代）中国地震动参数区划图（第五代）1966年1976年，我国大陆发生了许多破坏性地震，如1966年河北邢台地震、1970年云南通海地震、1975年辽宁海城地震和1976年河北唐山地震等。丰富的震害资料和深入的抗震理论研究极大地推动了抗震设计标准的修订和制定。1976年后，地震危险性概率分析引入我国。形成89规范主要内容（3）什么是“不倒、可修、不坏”？不坏建筑处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系；可修结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围；不倒结构有较大的非弹性变形，但应控制在规定的范围内，以免倒塌。（4）如

9、何实现？二阶段设计第一阶段设计：承载力验算，取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应； 满足第二水准损坏可修的目标； 通过概念设计和抗震构造措施满足第三水准的设计要求。第二阶段设计：弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。2 面临的问题（1）抗震设防目标单一 保证人的生命安全！（2）结构抗震性能不明晰日 期国家和地区事 件死亡人数经济损失（百万美圆）1906.4.18美国旧金山地震3，0005241908.12.2

10、8意大利Messina地震85，9261161920.12.18中国甘肃地震235，000 1923.1.9日本东京地震142，8002，8001931.78月中国长江洪水140，000 1935.5.30巴基斯坦Quetta地震35，000251942.10.16印度和孟加拉龙卷风61，000 1953.2英国风暴潮1，9323，0001970.11.12孟加拉台风300，000631970.5.31秘鲁地震，滑坡67，0005501976.7.28中国唐山地震240，0005，6001988.12.7亚美尼亚地震25，00014，0001989.10.17美国Loma Preita地震62

11、8001991.4.2931孟加拉台风139，0003，0001994.1.17美国北岭地震6144，0001995.1.17日本阪神地震6，348100，0001999.9.21台湾集集地震240010700二十世纪的重大自然灾害3 性能抗震设计的定义经过多年的研究和实践，人们基本掌握了结构抗震设计方法，达到原来所预定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，保障了人的生命安全；但是，随着人口城市化进程的加快和科学技术的发展，设备、装修投资高的建筑物及生命线工程大量涌现，发生破坏性地震时，这些结构虽未倒塌，但因损伤过大，造成的经济损失往往超出了人们的心理承受能力；在现代化充分发展的今

12、天，再单纯强调结构在地震下不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震需求。基于性能的抗震设计理论实际上是一个总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能达到一组预期的性能目标。这一理论的提出，是结构抗震设计思想的一次重大变革，它使抗震设防目标由传统的以生命安全为单一设防目标转为综合考虑生命安全与财产损失两方面的具体要求，强调了“个性”设计。4 性能抗震的主要内容基于性能的抗震设计理论主要包括以下内容：（1）确定设防水准，（2）划分结构的性能水平，（3）选择合适的性能目标确定抗震的性能准则，（4）研究抗震性能的分析方法，（5）研究基于抗震性能

13、的设计方法，（6）制定基于性能的抗震设计规范。1966年1976年，我国大陆发生了许多破坏性地震，如1966年河北邢台地震、1970年云南通海地震、1975年辽宁海城地震和1976年河北唐山地震等。丰富的震害资料和深入的抗震理论研究极大地推动了抗震设计标准的修订和制定。1976年后，地震危险性概率分析引入我国。形成89规范主要内容在20世纪最后十余年里，又发生了一系列损失惨重的地震，如1988年我国的云南澜沧-耿马地震、1995年云南丽江地震、1999年台湾集集地震、1995年日本阪神地震和1999年土耳伊兹米特地震等。20世纪80年代末以来，我国城乡建设迅速发展，新材料、新技术得到广泛应用，

14、如我国于建设了钢结构高层建筑、采用了隔振结构等等形成01规范主要内容。2008年5月12日，发生了“5.12汶川大地震”，在总结震害经验的基础上，颁布了局部修订内容，主要有（1）设防烈度变更；（2）增加山区场地建筑设计的专门要求。将性能抗震设计思想体现在10规范中。主要阅读文献l 胡聿贤地震工程学，地震出版社, 2006l 建筑抗震设计规范GB 50011-2010l 谢礼立，马玉宏. 基于抗震性态的设计标准研究. 地震学报，2002(2):200209l 高小旺,鲍霭斌. 地震作用的概率模型及其统计参数. 地震工程与工程振动，1985(5)l 周云，安宇，梁兴文. 基于性态的抗震设计理论和方法的研究与发展. 世界地震工程，2001(7)：17l 李亚琦. 中国地震危险性特征