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建築結構抗震設計理論和設計方法

抗震設防水準是指未來建築結構可能使用的地震烈度的大小。由於抗震設防水準對建築結構的抗震性能有直接影響,在建築結構基於利用的抗震模式設計理論中,必須在建築結構抗震模式設計過程中細化抗震設防水準,以確保不同水準的抗震設防水準能有效控制建築結構在不同地震烈度下的破壞狀態。

建築結構抗震性能水平是指建築在不同設防地震水平下可能發生的最大破壞程度,包括建築結構的整體性、適應性和安全性。根據對實際地震災害的研究,按照傳統設計理念設計的建築物雖然可以避免倒塌造成的人員傷亡,但並不能有效減少建築物結構破壞造成的基礎設備和構件功能缺失所帶來的巨大經濟損失。

基於建築結構抗震模式的設計要求,要考慮建築的非結構構件、結構構件、內部設備、裝修等諸多影響因素。還需要設定詳細準確的建築結構抗震性能等級,以擴大選擇範圍。

建築結構抗震性能目標是指按照壹定的設防地震等級,建築結構預期的抗震能力。建立建築結構的抗震性能目標,必須綜合考慮各種影響因素,如場地特征、工程投入和效益、建築物的潛在價值等。其中,根據建築的重要性,結構的抗震性能目標分為基本設防目標、重要設防目標和特殊設防目標。

國內外工程界學者十分重視基於功能利用的建築結構抗震模態設計方法的研究,對抗震設計的目標和理念普遍形成了統壹的看法。總的來說,基於功能利用的建築結構抗震設計方法可以歸納為三種類型:承載力設計方法、位移設計方法和能量設計方法。

目前,世界各國的建築結構抗震設計規範中常采用承載力設計法。所以我不做詳細介紹,主要介紹兩種設計方法。

位移設計法是通過替代結構法將結構表示為位移等效單自由度振子,用最大位移處的割線剛度和與非彈性反應時吸收的滯回能量相適應的等效粘性阻尼來表示結構。然後,通過使用預定的設計位移反應譜和從預期延性估計的阻尼,可以獲得最大位移處的等效周期。因此,根據單自由度振子的周期方程,可以得到最大位移時的有效剛度。

在強震作用下,建築結構因非彈性變形而損失能量。能力設計法是指通過控制設施或內部結構的耗能能力,有效控制建築結構的抗震能力。但由於結構復雜性的影響,滯回耗能的計算過程復雜,誤差較大。

雖然基於功能利用的建築結構抗震模式的設計方法和理論還存在很多缺陷,實踐起來相當困難,但基於功能利用的建築結構抗震設計是抗震工程設計的必然趨勢。

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