采用不同目标谱的RC框架结构一致地震倒塌风险评价

当前的抗震设防参数和抗震设计方法基于传统的“一致危险”范式,需要向更为合理的“一致风险”范式转换。为了实现“一致风险”的防控目标,需要对结构的绝对倒塌风险和相对倒塌风险进行双控,并基于目标谱选取实际地震动记录对结构的两种倒塌风险进行一致风险验算。该文以钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构为研究对象,采用三种目标谱(规范设计谱、一致危险谱和一致风险谱)选取地震动记录,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法获取结构倒塌易损性曲线和函数,分别选取基于抗震设防参数的地震危险性函数和基于场地安评的概率地震危险性函数,对结构的地震倒塌风险进行验算。分析结果表明:基于规范设计谱对结构进行地震倒塌风险评价偏于保守,而场地相关谱可考虑地震构造环境不同造成的不同区域地震危险性的差异,可更好实现一致风险的抗震设计目标。

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。

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。

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011—2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10%;其次对基于统一地震危险的抗震设计方法进行了研究,建议将各烈度区50年超越概率2%地震动参数作为建筑倒塌的设防上界,即建筑设防的第三水准参数,依次乘以1/1.5和1/4.5后,分别作为第二水准和第一水准的设计参数;再次,对影响建筑倒塌风险的主要控制措施的调整方案进行了研究,并给出了RC框架结构的弹塑性层间位移角限值取为1/100、进一步提高框架柱最小截面尺寸、降低轴压比限值等修改建议,补充重力荷载代表值下的轴压比不超过0.75和抗震承载力冗余系数的规定;最后,针对典型的6层RC框架结构,进行了基于一致倒塌风险抗震设计方法的试设计和倒塌风险分析。结果表明,按建议方法进行设计,可有效控制建筑结构在50年超越概率2%地震作用下的倒塌风险,所建议的基于一致倒塌风险抗震设计方法合适、可行。

极罕遇地震作用下建筑结构一致风险抗倒塌设计方法研究

结合当前国际上以“抗倒塌”为目标进行地震动参数区划和以“一致倒塌风险”为设防目标进行结构抗震设计的发展趋势,针对我国现行建筑抗震设计规范体系中抗倒塌能力评估的局限性,建议了四种一致风险抗倒塌设计方法,详细介绍了四种方法的评价指标与计算过程。考虑极罕遇地震作用,基于极罕遇地震一致风险谱对地震动记录进行了挑选与调幅。以RC框-剪结构作为典型案例,采用四种抗倒塌设计方法进行验算,结果表明:同时考虑地震危险性与结构不确定性影响的全概率方法验算未通过,其余验算方法均通过,这说明了忽略结构所在场地危险性影响会造成结构倒塌性能评估的不准确性,未考虑结构体系多种不确定性影响会高估结构的抗倒塌性能,因此有必要推行“一致风险”的结构设计理念。