基于可靠度和功能的框架_剪力墻結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計_李剛

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1、第18卷第3期計算力學(xué)學(xué)報Vol.18No.32001年8月CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALMECHANICSAugust2001文章編號:1007-4708(2001)03-0290-05基于可靠度和功能的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計李剛,程耿東(大連理工大學(xué)工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室,遼寧大連116023)摘要:作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的發(fā)展方向,近年來基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想引起了地震工程界的廣泛重視,并取得了迅速發(fā)展,其基本思想就是在充分考慮結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的不確定性的情況下,采用基于“投資—效益”準

2、則和強調(diào)結(jié)構(gòu)“個性”的設(shè)計。本文討論了基于可靠度和功能的結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計思想,建立了鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計模型;給出了結(jié)構(gòu)可靠度的近似計算方法,最后計算了鋼筋混凝土框架-剪力墻的算例。關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)可靠度;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計;結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基于;功能的設(shè)計;框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中圖分類號:TU352.11,TU375.4文獻標識碼:A的地震災(zāi)害下能夠維持所要求的功能水平,其基本1引言思想就是基于“投資-效益”準則的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強調(diào)工程結(jié)構(gòu)的抗震能力依賴于很多因素,包括建結(jié)構(gòu)“個性”的設(shè)計。所謂的“投資-效益”準則,就是造結(jié)構(gòu)所使

3、用的材料、施工的方法和質(zhì)量、構(gòu)造細在基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中除了考慮技術(shù)因素節(jié)、設(shè)計方案及建造結(jié)構(gòu)時的費用。如何形成一個合外,還考慮了經(jīng)濟、社會、政治等諸多因素,它所追求理的設(shè)計思想,在工程結(jié)構(gòu)的抗震能力和建造費用的設(shè)計目標就是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期內(nèi),綜合考慮之間找到一個較好的平衡,一直是工程界關(guān)心的重這些因素基礎(chǔ)上的最佳方案。即,在結(jié)構(gòu)的初始造價大課題。目前各國抗震規(guī)范是以保障生命安全為單與結(jié)構(gòu)未來的損失期望中,達到一種最佳平衡。強調(diào)一設(shè)防目標的,盡管它可以做到大震時主體結(jié)構(gòu)不結(jié)構(gòu)“個性”的設(shè)計是指結(jié)構(gòu)設(shè)計中,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)倒以保障

4、生命安全,但它可能導(dǎo)致中小震下結(jié)構(gòu)正的用途,業(yè)主、使用者等的特殊要求,每個結(jié)構(gòu)可以常使用功能的喪失而引起巨大的經(jīng)濟損失。特別是有著各自不同的功能水平,這與現(xiàn)行抗震規(guī)范體系隨著經(jīng)濟的發(fā)展,結(jié)構(gòu)物內(nèi)的裝修、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、信中同類結(jié)構(gòu)采用同樣的功能水平、強調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計的“共性”,是本質(zhì)不同的[1-3]。息技術(shù)裝備等的費用往往大大超過結(jié)構(gòu)物的費用,這種損失會更加嚴重,美國加州北嶺地震和日本阪結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在著大量不確定性,如外部環(huán)境神地震就很好地說明了這一點。因此工程界對現(xiàn)有(荷載和結(jié)構(gòu)所處場地類型等)、結(jié)構(gòu)本身(構(gòu)件材料抗震設(shè)計思想和方法進行

5、反思,進一步探討更完善性能、截面幾何參數(shù))、結(jié)構(gòu)整體分析中的不確定性的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想和方法成為迫切的需要。等。在設(shè)計過程中,設(shè)計者必須充分考慮這些不確定2基于可靠度和功能的結(jié)構(gòu)性,采用結(jié)構(gòu)可靠度理論。作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的未來抗震優(yōu)化設(shè)計發(fā)展方向,基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)該以結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ),正如美國聯(lián)邦緊急救援署2.1基于可靠度和功能的結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計模型(FEMA)在研究報告中指出的:“基于功能的結(jié)構(gòu)抗基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計90年代初由美國學(xué)[2]震設(shè)計的框架應(yīng)是可靠度理論”?；诳煽慷群凸φ咛岢?近年來引起了各國地震工程界

6、的廣泛重視。能的結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計模型可表示為:基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是使設(shè)計出的結(jié)構(gòu)在未來findX收稿日期:1999-08-26.min.W=A1C+A2L(A1,A2>0,A1+A2=1)基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(59895410);國s.t.B1(X)E[Bi]i=1,?,NP家自然科學(xué)基金資助項目(50008003).gj(X)F0j=1,?,ND(1)作者簡介:李剛(1966-),男,博士,副教授,主要研究方向結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)可靠度及結(jié)構(gòu)抗震其中X為設(shè)計變量,為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面幾何尺寸和設(shè)計。配筋面積;W為目標

7、函數(shù),C為結(jié)構(gòu)造價,L為結(jié)構(gòu)第3期李剛等:基于可靠度和功能的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計291損失期望;Bi,[Bi]分別為基于可靠度表達形式的約3結(jié)構(gòu)可靠度的簡化近似分析方法束條件的可靠指標及相應(yīng)的目標可靠指標,包括了基于不同功能要求的結(jié)構(gòu)體系可靠度約束及其它可3.1有關(guān)隨機變量的統(tǒng)計特性靠度約束;gj(X)為確定性約束條件,主要為構(gòu)造要本文建立的基于可靠度和功能的結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化求;NP,ND分別為相應(yīng)的約束條件個數(shù)。設(shè)計模型中,涉及到的隨機變量包括抗力項和荷載2.2結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計中的目標功能水平項。抗力項包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力,服

8、從對數(shù)正態(tài)分布;基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中,結(jié)構(gòu)的目標功能結(jié)構(gòu)層間彈性變形能力和層間極限變形能力,服從水平是指在一定超越概率的地震發(fā)生時,結(jié)構(gòu)期望極值Ⅰ型分布。荷載項包括:地震作用,服從極值Ⅱ的最大破壞程度,確定適合的結(jié)構(gòu)目標功能水平是型概率分布(在