地下结构抗震设计标准范文

关键词：抗震设计；计算方法；基于性能

Abstract:earthquakehasthecharacteristicsofsudden,forecastisstillverylow.Earthquakedisasterisoneofseverenaturaldisastershumanbeingsarefacing.Ourcountrytwoseismiczoneinthemiddle,ringthePacificseismiczoneintheeast,westoftheMediterranean-Himalayanseismicbelt,isoneoftheearthquakemorecountriesintheworld.Sotheseismicperformanceofstructuresinourcountryhasfullofnecessity.

Keywords:seismicdesign;Calculationmethod;Basedontheperformance

中图分类:TU973+.31文献标识码：A文章编号：

抗震概念设计及思路

抗震设防的基本目的是在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产的安全。为了实现这一目的，抗震设计规范以“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即三水准的抗震设防要求作为建筑抗震设计的基本原则。

一般来说，建筑抗震设计包括三个方面的内容与要求：概念设计、抗震计算与构造措施。概念设计在整体上把握抗震设计的主要原则，减少由于建筑结构自身带来地震作用及结构地震反映的复杂性而造成抗震计算不准确；抗震计算为结构抗震设计提供定量依据；构造措施则是抗震概念设计与抗震计算的有效保障。结构抗震设计三个方面的内容是一个不可分割的整体，忽略其中任何一部分都可能造成抗震设计的失效。

建筑结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，从而避免结构出现比较敏感的薄弱部位，导致结构过早的破坏。假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用是抗震设计方法的前提之一，在此前提下才能以多遇地震作用进行结构计算与构造措施。

建筑结构抗震设计的基本原则包括：（1）结构的简单性，即结构在地震作用下具有比较明确的传力途径，结构的计算、内力及位移分析都易于把握。（2）结构的规则及均匀性，造型和结构布置比较均匀可以避免刚度、承载能力与传力途径的突变，以限制结构在竖向出现敏感的薄弱部位，建筑平面比较规则可以使建筑物质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。（3）结构的刚度与抗震能力，结构布置应使结构在两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力、足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。

二、结构抗震计算方法及抗震验算

结构抗震计算可分为地震作用计算和结构抗震验算两部分。进行结构抗震设计时，在确定结构方案后，首先应计算地震作用，然后计算结构和构件的地震作用效应，最后再将地震作用效应与其他荷载效应进行组合，验算结构和构件的承载力与变形，以满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。

结构抗震计算的方法包括：（1）底部剪力法，特点是忽略高振型的影响，假定结构地震反应以基本振型为主，将基本振型简化为倒三角形进行计算，但是计算精度稍差。（2）振型分解反应谱法，利用振型分解的原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，计算精度稍高。（3）时程分析法，选用一定的地震波直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动微分方程进行逐步数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应，计算精度高。

为了满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防标准，我国《建筑抗震设计规范》规定进行下列内容的抗震验算：（1）多遇地震下结构允许弹性变形验算，防止非结构构件的破坏，如隔墙、幕墙、建筑装饰等的破坏。（2）多遇地震下结构强度验算，防止结构构件因承载力不足而破坏。（3）罕遇地震下结构弹塑性变形验算，以防止结构因过大变形发生倒塌。

三、提高结构抗震性能的措施

结构的抗震性能决定于结构的整体性、延性，而结构的整体性和延性与结构布置、结构整体刚度、结构节点和构件的延性和强度密切相关。

结构布置时宜考虑多道抗震防线，一个抗震结构应由若干延性较好的分体系组成，通过构件的链接协同作用，有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区，使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防线”得以保存，便于结构修复。

结构应具有合理的刚度和承载力分布，建筑物的侧移刚度越大，则自振周期越短，地震作用也越大，要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的抗侧刚度，往往以提高造价和降低结构变形能力为代价，因此在确定结构体系时，需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。

结构应采取的构造措施，对于多层砌体结构，在构造上应采取设置构造柱、在砌体内配置横向和竖向钢筋等措施。对于钢筋混凝土结构，应通过混凝土材料、截面尺寸、纵向和横向的配筋来避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压碎先于钢筋的屈服、钢筋的锚固黏结破坏先于构件的破坏。

四、基于性能的抗震设计

按现行的以保障生命安全为基本目标的抗震设计规范所设计和建造的建筑物，在地震中虽然可以避免倒塌，但其破坏却造成了严重的直接和间接经济损失，甚至影响到社会和经济的可持续发展。这些破坏和损失远超出了设计者、建造者和业主原先的估计。

为了强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，提出了基于性能的抗震设计思想和方法。结构基于性能抗震设计通常采用的方法为非线性时程分析法与非线性静力分析法。非线性时程分析法从建立在层模型到建立在截面多弹簧模型上的方法，再到当前正在研究发展的建立在截面纤维滞回本构关系的纤维模型法，准确程度正在不断提高。基本思路是通过适当数值方法建立和求解动力方程，从而得到结构各个时刻的反应量。非线性静力分析法，从本质上说是一种静力非线性计算方法，先以某种方法求得结构在地震作用下所对应的目标位移，然后在对结构施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上，在达到目标位移时停止荷载递增，最后再对结构进行抗震性能评估，判断结构是否可满足在水平地震作用下功能需求。

基于性能的抗震设计与传统的抗震思想相比具有以下特点：（1）从着眼于单体抗震设防转向同时考虑单体工程和所相关系统的抗震。（2）将抗震设计以保障人民的生命安全为基本目标转变为在不同风险水平的地震作用下满足不同的性能目标，即将统一的设防标准改变为满足不同性能要求的更合理的设防目标和标准。（3）设计人员可根据业主的要求，通过费用—效应的工程决策分析确定最优的设防标准和设计方案，以满足不同业主、不同建筑物的不同抗震要求。

五、结束语

我国在学习借鉴世界其他各国抗震研究成果的基础上，逐渐形成了自己的一套较为先进的抗震设计思路。其中大部分内容都符合现代抗震设计理念，但是也有许多考虑欠妥的地方。我国的抗震设计思路应该在完善自身不足的同时，不断向前发展。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范GB50010-2010中国建筑工业出版社

[2]建筑抗震设计规范GB50011-2010中国建筑工业出版社

[3]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010中国建筑工业出版社

[4]高层建筑钢筋混凝土结构概念设计方鄂华编著，机械工业出版社

地下结构抗震设计标准范文篇2

【关键词】桥梁工程；抗震设防标准；决策

0.引言

众所周知，地震具有突发性与毁灭性等特点，在社会经济及交通业高速发展的背景下，对于桥梁工程，使用具有合理性及科学性的抗震设防措施便有着实质性的作用及价值。通过查阅与桥梁震害相关的资料，发现：在遭遇震害后受到毁坏较少的是桥梁上部结构；而遭遇破坏较为严重的则是桥梁的上部结构[1]。而桥梁结构体系当中，抗震性能最弱的便是桥梁支座，支座产生震害情况极为常见。显然，如果没有抗震设防作支撑，那么诸多桥梁工程将会存在极大的安全隐患。鉴于此，本课题对“大型桥梁工程的抗震设防标准”进行探讨与研究具有尤为深远的重要意义。

1.桥梁工程的抗震设防标准决策分析

对于桥梁工程的抗震设防标准，其科学决策是非常难的，因为关于桥梁工程的地震损失分析，在目前条件下是很难进行的。由此可见，现状下大部分桥车工作抗震设防标准的主要决策方法所依靠的分为两类：其一是人们的主观判断；其二是工作者长期积累的工作经验。

对于工程的抗震设防标准，指的是在一个行业中所具备的最低设防标准，主要体现两方面的内容：其一是政府的行为；其二是政府的决策。与此同时，也可以当作是某一项重大工程所使用的实际抗震设防标准，需比行业的最低标准高，并且需要相关业务对具有规范科学优势的决策进行抉择及应用。比如我国的《公路工程抗震设计规范》[2]，其中便做出了相关准则：设防标准是指，基于全国范围以内，全部公路桥梁必须达到的最低设防标准。

但是此标准存在的缺陷便是没有对我国不同地区的经济水平及人口密度分布进行考虑。对于工程抗震设防标准，需充分重视的两个重要原因：其一，经济原因；其二，社会原因；其中，在社会原因中，最为突出的是人员伤亡。

在我国，通常是由政府部门掌握桥梁工程的最低抗震设防标准的决策权，现已颁布的《公路工程抗震设计规范》使用的设防标准是五十年基准期10%超越概率，对于重要结构物的设防等级，主要使用重要性系数充分体现出来[3]。然而，实际上此做法不具科学性。因此，此种做法在很大程度上对工程结构所遭遇的地震危险进行了夸大或者缩小。与此同时，也在很大程度上使工程结构的抗震效果得到了强化或弱化。对地震重现期采取有效的调整措施是比较规范的方法。

大型桥梁工程具有投资规模大的特点，在交通网络当中，具有十分重要的价值作用，在遭受损害之后要想修复便具备极大的困难，同时也会造成很大一笔经济损失。因此，大型桥梁工程在抗震设防标准的决策及选择方面，与之前所提到的最低抗震设防标准，一般要低一些。现状下，对于大型桥梁工程，所使用的抗震设防标准。一般情况下，是需要业主对其他大型桥梁工程现已应用的抗震设防标准进行分析，然后将其作为参考标准，并以该项工程的实际情况为依据，例如自身经济能力、能够承受的风险范围等，进一步采取合理科学的决策，还有报批。

2.大型桥梁工程的抗震设防标准探究

2.1多级设防的抗震设计思想

在各国认识到大型桥梁工程抗震设防的重要性的情况下，多级设防的抗震设计思想出现，主要体现在以下几方面：

（1）双水准设防及三水准设防两阶段设计[4]。在认识到单水准存在诸多不足的情况下，中国、美国等国家的地震工程专家便先后提出了分类设防的抗震设计思路，其抗震设计思想提出了三方面的要求：基于小震作用之下，结构物无需修理，还可以正常使用；在中震影响之下，若结构物无严重损坏，经过修理之后还能够继续进行使用；基于大震作用下，结构物可能会有很严重的破坏，但不会倒塌。在这里需要充分注重的是，对于多遇地震、偶遇地震及鲜少地震，均是相对的，其决定需要结合工程所在地区地震活动性进行综合考虑。在我国，使用两水平抗震设计方法的大型桥梁工程诸多，包括南京长江二桥、南浦大桥、广东虎门大桥以及杨浦大桥等。

（2）三水准设防三阶段设计。在使用三水准设防三阶段设计的抗震设计方法时，有学者明确指出，需要充分保证设计可以和三个设防水准的要求相满足。与此同时，需要将桥梁位于交通网络上的位置的重要性作为参考标准，进一步对具有合理科学优势的抗震设防标准进行使用[5]。使用三级设防及三阶段设计的抗震设计方法的大型桥梁工程如香港昂船洲大桥。

2.2我国大型桥梁工程的抗震设防标准

大型桥梁工程抗震设计不管应用什么样的抗震设计方法，都不能将设防水准当作是唯一的参数，而是需充分明确每一设防水准所相应的结构性能要求，进一步对相应的验算指标进行明确。在国内，大部分大型桥梁工程所使用的抗震设计方法均为“两水平”形式的，其抗震设防标准通常是：P1：50年，10%；验算强度是：P2：50年，2%～3%[6]。验算位移或者变形。如表1，便是我国一些大型桥梁工程的抗震设防标准。这些强烈的抗震设防标准存在的缺陷主要体现为对桥梁结构的性能要求较为模糊、不具明确性。

表・1我国部分大型桥梁工程的抗震设防标准

工程名称设防标准

江苏润扬大桥

P2：50年2%（重现期2475年），验算位移或变形

江苏江阴大桥、南京二桥

P2：50年，3%（重现期1642年），验算位移或变形

南浦大桥、上海杨浦大桥

P1：50年，10%（重现期475年），验算强度

3.结语

对于桥梁工程抗震设防标准的科学决策，无疑是极具复杂性的问题，要想使决策真正体现出实效性与科学性，还要做好多方面的研究工作。现状下，桥梁工程的最低抗震设防标准的决策权通常掌握在政府部门受伤。而对于一些大型桥梁工程，所使用的抗震设防标准均需高于最低设防标准，需要业务结合自身工程的经济能力及能够承受的风险范围进行充分考虑，进一步采取科学合理的决策及报批。笔者认为，大型桥梁工程的抗震设计需要采纳多级设防的抗震设计思路，这样才能为大型桥梁工程整体设计的完善提供保障及有效依据。

【参考文献】

[1]胡献竹.基于风险的大型桥梁工程抗震设防标准决策[J].科技资讯，2012，09：47-52.

[2]唐光武.兰海燕.中国公路桥梁抗震设防标准的发展和评价[J].公路交通技术，2011，06：39-43.

[3]邹勤.马玉宏.崔杰.近海隔震桥梁基于性态的抗震设防标准[J].自然灾害学报，2014，01：57-63.

[4]徐秀丽.徐清清.李雪红.李枝军.扩建改造桥梁的抗震设防标准研究[J].桥梁建设，2014，04：91-95.

地下结构抗震设计标准范文

关键词：基于性能抗震设计抗震性能评估

一、基于性能的抗震设计的提出

基于性能的抗震设计（PBSD）是20世纪90年代初由美国学者提出，它是使设计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。这一设计思想影响了美国、日本和欧洲土木工程界。1996年美国联邦紧急事务管理局发表的FEMA273和FEMA274报告中包括了PBSD内容。美国加州结构工程师协会Vision2000也包括了PBSD内容。SEAOCVision2000对PBSD的定义是“性能设计应该是选择一定的设计准则，恰当的结构形式、合理的规划和结构比例，保证建筑物的结构与非结构构件的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水准地震作用下，结构的损伤或破坏不超过某一特定的极限状态”。美国应用技术委员会对PBSD的定义为：“基于性能的抗震设计是指结构的设计准则由一系列可以实现的结构性能目标来表示，主要针对钢筋混凝土结构并且建议采用基于能力谱的设计原理”。我国张新培等对PBSD的定义为：“基于性能的结构抗震设计是指根据建筑物的重要性和用途确定其性能目标;根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准,使设计的建筑在未来地震中具备预期的功能”。

二、基于性能设计的主要内容

1、灾害荷载的设防水准

PBSD要能预先控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震性能，而地震设防水准直接关系到未来结构的抗震性能，因此地震设防水准的确定在PBSD中占有重要地位。灾害荷载的设防水准是指在抗灾设防中，如何根据客观的设防环境和已定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防荷载。或者说，应选择多大强度的灾害作为抗灾设防的对象。

美国加州结构工程师协会Vision2000委员会在关于“基于性能的地震工程”的报告中，采用了四个等级的地震动作为地震设防水准。我国现行抗震规范将地震分为“小震”、“中震”和“大震”3个设防水准，分别用众值烈度、基本烈度和大震烈度来表示。此外，欧进萍等结合我国现行建筑结构设计规范，提出钢筋混凝土结构三水准抗震设计的地震损伤性能目标。

2、性能水准、目标

抗灾性能目标是指针对某一灾害荷载设防水准而期望建筑达到的结构性能水准，它是灾害荷载设防水准和结构性能水准的综合反映。所谓结构性能水准,就是结构在特定的某一级地震设防水准下预期损伤的最大程度。结构和非结构构件损伤以及因它们损伤所引起的后果，可用结构损伤程度、结构功能和人员安全来表达。在基于性能的抗灾设计理论中，一个突出的特点就是抗震性能目标的多级性。例如我国建筑结构在地震作用下的震害通常划分为以下五个等级：基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌；地震设防水准设定为三个水准――小震、中震和大震。美国SESOC将抗震性能目标分为三个：基本性能目标、重要性能目标、安全临界性能目标。抗震性能目标与地震设防水准和结构性能水准的关系称为性能目标矩阵，基本性能目标是一般建筑设防的最低标准。重要性能目标是医院、消防、通讯、学校等重要建筑设防的最低标准。安全临界性能目标是含核原料等特别危险物质的、特别重要的建筑的最低设防标准。

3、结构反应参数的确定

在基于性能抗震设计中，为了求得在不同水平地震作用下结构的反应性能指标，就需要采用合理的结构模型、恰当的分析方法进行结构受力分析。由于基于性能坑震设计要考虑不同水平地震作用下结构的性能状态，故不仅需要在低水平地震作用下结构的弹性分析，而且更重要的是结构在强烈地震作用下的非线性受力分析。对于弹性结构分析，一般可采用弹性静力或弹性动力分析手段，分析方法也比较成熟。而对于非线性分析，一般采用弹塑性时程分析或者弹塑性静力分析方法。对于弹塑性时程分析，由于计算量大，分析复杂，且在合理选择地震动时程时也有很大困难，故不适于广泛的应用。而对于弹塑性静力分析方法,特别是结构性能指标以结构变形来表示时，弹塑性静力分析可以很方便地确定这些性能指标。因此,弹塑性静力分析方法在国际上被广泛推广使用。在基于性能抗震设计中,为了很好地控制结构在不同水平地震作用下结构反应性能，在分析中也有必要采用三维的弹塑性分析，考虑地基与结构的相互作用、结构扭转以及非结构构件对结构的影响等诸多因素。

三、基于性能的抗震可靠性评估

地震灾害对结构造成的破坏可由损伤指数来表达，对此问题各国都有各自的界定标准。欧进萍等综合国内外大量研究成果，将钢筋混凝土框架结构各振害等级描述和损伤指数分为以下几类：基本完好（损伤指数0～0.2）、轻微破坏（0.2～0.4）、中等破坏（0.4～0.6）、严重破坏（0.6～0.9）、倒塌（>0.9）。尽管这种抗震评估较为粗糙，但由于损伤程度对应的损伤指数均有较大范围，由此界定的抗震性能不会产生太大的偏差。基于性能的结构抗震可靠性评估已经有不少方法，例如欧进萍等提出的概率Pushover分析方法以及李刚等提出的基于投资－效益准则的结构总费用评估等。

1、概率pushover分析方法

由Pushover分析可以得到在某种侧向力分布作用下结构体系的抗力曲线，目标谱曲线由规范反应谱确定，将有不同出现概率的确定的抗力曲线和不同保证率的目标谱曲线画在同一坐标系中，就可以得到不同保证率和不同出现概率的结构地震反应和抗震性能。

应用概率Pushover分析方法评估结构的抗震性能时,结构主要失效模式的极限状态方程可表示为：

式中RS为结构体系抗震能力;SS为结构体系抗震要求。则结构体系的失效概率可表示为：

由该式即可计算结构体系的失效概率。

2、基于投资－效益准则的结构总费用评估方法

投资－效益准则作为基于性能的抗震设计的一个基本原则，反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变，即从只注重结构安全，向全面注重结构的性能安全及经济等诸多方面发展。根据投资－效益准则，结构设计应按照结构性能的要求，求出所拥有的资源，寻求合理的设计及加固维修方案，即在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，使结构在整个寿命周期内的总费用最小[11]。从经济观点来看，可靠性的目标水准应取决于失效后果和安全措施费用之间的平衡。正规的做法是，要努力降低下式给出的寿命周期总费用，即：

式中，Cb、Cm、Cf分别为房屋成本、维护和拆除的预期费用、失效费用，Pf为寿命周期的失效概率，总和包括了全部失效模式。