CFT框架-RC剪力墙结构基于一致倒塌风险的抗震设计研究

我国CFT框架-RC剪力墙结构通常按照双重抗侧力体系进行设计。与一般RC框架相比,在相同竖向承载力条件下的截面尺寸和抗弯刚度较小,按双重抗侧力体系设计将影响结构的经济性能和建筑功能。因此,文章根据我国规范设计了典型的CFT框架-RC剪力墙双重抗侧力体系结构模型,采用一致倒塌风险的抗震设计方法中对单重抗侧力体系设计的要求,设计了相应的CFT框架-RC剪力墙单重抗侧力体系结构模型,并对比分析了单重和双重抗侧力体系在不同水准地震作用下的结构响应和罕遇地震结构倒塌概率和抗地震倒塌安全储备。结果表明,与双重抗侧力体系相比,单重抗侧力体系结构的地震响应和大震倒塌概率相近,均满足“大震不倒”抗震要求,而单重抗侧力体系的结构抗地震倒塌安全储备较大,且用钢量较少。

RC框架-剪力墙结构的一致倒塌风险决策分析

目标倒塌风险的决策是建筑结构一致倒塌风险抗震设计的关键科学问题之一。以按现行规范设计的钢筋混凝土(RC)框架-剪力墙结构为研究对象,采用第二代基于性能的地震工程方法,对5个不同设防等级的12层RC框架-剪力墙结构进行了概率地震损失评估,将直接经济损失、停工时间和人员伤亡数量统一货币化,同时考虑建筑结构服役期内的成本投入,根据设计基准期内总经济成本最小原则,决策得到RC框架-剪力墙结构的一致倒塌风险。研究结果表明:决策得到的不同设防等级RC框架-剪力墙结构的一致倒塌风险为50年倒塌概率0.26%(相当于年平均倒塌概率为5.26×10^(−5)),与欧洲的一致倒塌风险目标50年超越概率0.25%非常接近,决策结果可为风险导向地震动区划图编制以及一致风险抗倒塌设计提供理论基础。

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析(IDA)的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。

单层球面网壳考虑一致倒塌概率的倒塌安全储备分析

提出了考虑一致倒塌概率的单层球面网壳结构倒塌安全储备计算方法。以标准正态分布作为倒塌概率密度函数,采用指数型分布函数描述地震危险性,在假定网壳结构特大震倒塌率限值为10%的情况下,将两者积分得到了适用其50年内一致倒塌概率限值为0.46%,低于针对普通房屋建筑结构50年内一致倒塌概率1%的限值。在定义网壳结构特大地震强度水平的基础上,引入一致倒塌概率对其进行了修正。根据修正特大震强度,最终提出了针对网壳结构的倒塌安全储备系数(CMR)计算方法,这种做法可以使所做的抗倒塌设计更好地考虑到所有超越概率地震动水平,保证各抗震设防烈度下大跨网壳结构具备统一的倒塌概率限值要求。另外,通过谱形状参数对建议的倒塌安全储备计算结果进行了谱修正。针对三个算例网壳的增量动力分析对比了不同矢跨比和不同结构类型对倒塌安全储备以及50年倒塌概率的影响,三个算例结构均能满足倒塌概率限值的要求,50年倒塌概率与倒塌安全储备有较好的一致性。

中国大陆地区建筑结构一致倒塌风险的设计地震动研究

基于一致倒塌风险的抗震设计可使不同地区的建筑物在一定时期内达到倒塌风险一致。为了对中国大陆地区建筑结构基于一致倒塌风险的设计地震动的确定进行研究,介绍了一致风险地震动的基本概念及通过设计因子法获取一致风险地震动的原理,并对中国大陆地区一般建筑结构基于一致倒塌风险的地震动计算时采用的结构易损性标准差、目标倒塌风险和设计地震动对应的倒塌概率的合理取值进行分析,结果表明,以一致危险性地震动设防的中国大陆不同地区的一般建筑结构不能达到一致倒塌风险。基于给定的输入参数,使用设计因子法得到了中国大陆基于一致倒塌风险的地震动与当前地震动参数区划图中50年超越概率10%地震动的比值(称为设计因子)的分布,并对不同的输入参数对设计因子的影响进行了分析,发现设计因子与地震动参数有很强的相关性,进而给出了适用于中国大陆的地震反应谱设计因子与地震动参数的拟合式。通过对全国不同烈度分区的算例表明,使用该拟合式得到的一致风险反应谱可以使不同地区和不同周期的结构获得一致的倒塌概率。

关于地震区划图的编制原则与抗倒塌设防的探讨

地震区划图是工程设防的重要依据,是防震减灾过程中的一项基础工作.目前全球大震发震频次相对较高,超设防烈度问题已凸显.从地震区划图的制定基础出发,讨论了影响地震区划的基础因素,分析了超设防烈度发生的主要原因;基于概率地震危险性分析方法编制的地震区划图,探讨了概率地震危险性分析方法的假设模型,指出地震危险性分析应在揭示地震发生机制的基础上合理确定地震预测模型;地震危险性分析方法应采用概率地震危险性分析与确定地震动相结合;地震区划图应以地震危险性分析结果与建筑物抗倒塌易损性分析结果为依据,并充分考虑大震和特大地震的发生概率,编制一致倒塌水准的地震区划图,提供合理的抗倒塌设防标准.

建筑结构一致风险抗震设计理论研究进展

从一致危险向一致风险的范式转换,已成为各国地震区划和抗震设计方法的主要发展趋势,但是我国的地震区划和抗震设计实践仍然属于一致危险的旧范式,不能充分考虑不同地区地震危险性的特征差异和建筑结构抗地震倒塌能力存在的不确定性,从而导致不同地区建筑结构地震倒塌风险的不一致性。2022年5月,我国发布《“十四五”国家防震减灾规划》,明确提出要提升地震灾害风险防治能力,包括摸清风险底数、强化抗震设防、增强城市韧性等要求,提出修订国家强制性标准GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》,开展第六代地震灾害风险区划工作等。在此背景下,迫切需要开展风险导向地震动参数区划和建筑结构一致风险抗震设计理论的研究,从而为第六代地震动参数区划图的编制以及现行建筑抗震设计规范的修订提供决策依据。为此,从风险导向地震动参数、风险导向地震反应谱、一致风险抗震设计方法等方面,全面梳理和总结建筑结构一致风险抗震设计理论国内外的最新研究现状和发展趋势,并指出当前研究存在的主要问题和对策,以期为建筑结构一致风险抗震设计的研究提供概念性释疑和方向性导引。