侧向刚度不规则框架结构基于性能的抗震设计方法#
 

摘要：根据现行抗震规范中，罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性层间位移计算公式，引入楼层屈服强度系数和目标位移，推导了楼层的屈服剪力计算表达式。利用振型分解法，推导了多自由度体系在不同水平地震作用下的楼层剪力表达式。提出了侧向刚度不规则框架结构在不同水平地震作用下，对应不同目标位移的楼层屈服剪力计算方法－弹塑性位移增大系数法，实现了基于性能的抗震设计。利用等效体系法和本文方法，对一个4 层侧向刚度不规则框架结构在大震、中震、中小震条件下进行对比抗震设计。结果表明，利用本文方法可以方便、准确地判断出结构的薄弱层，计算得到的楼层层间剪力分布曲线可以反应出不同目标位移对结构剪力的影响规律，以及不同地震水平对结构层间剪力的影响规律。
 

关键词：基于性能的抗震设计；竖向不规则结构；侧向刚度不规则；弹塑性位移增大系数

0 引言
近年来世界各地的强烈地震表明，单纯地以人的生命安全作为抗震设防目标是不全面的，强烈地震所造成的经济损失和社会影响是巨大的，在抗震设计时必须要考虑到这一点。为此，基于性能的抗震设计方法越来越受到工程技术人员的重视，并取得了一定的研究成果[1-4]，我国2010 年开始实施的《建筑抗震设计规范》[5]新增了建筑抗震性能设计的原则，但对于具体的设计方法没有详细的规定。目前，国内外学者对基于性能的抗震设计研究大都是基于等效体系的，这对于层数不多的规则结构是可行的，而若用于侧向刚度不规则结构，从基本原理上看是不合适的。侧向刚度不规则结构由于竖向刚度有突变，沿高度有薄弱层，其侧向变形也将产生突变。此时，应考虑振型对结构地震反应（位移反应）的影响。本文从结构的振型分析出发，提出了一种多自由度体系基于结构层间侧移的抗震设计方法－弹塑性位移增大系数法。该方法不但适用于规则结构，最为显著的一个特点是可以方便地判别结构的薄弱层，可用于侧向刚度不规则结构基于性能的抗震设计。

3 结论
根据现行抗震规范中楼层屈服强度系数和弹塑性层间位移增大系数的关系，推导出了侧向刚度不规则结构在不同水平地震作用下的楼层屈服剪力计算公式。在具有使用时，利用振型分解反应谱法求出结构在不同地震水平作用时的弹性层间剪力，并结合给定的结构目标位移，即可利用公式计算得到结构在不同水平地震作用下，对应不同目标位移的楼层屈服剪力，从而实现竖向不规则框架结构基于性能的抗震设计。而对于结构的薄弱层则可以利用弹塑性层间位移增大系数来识别和处理。利用等效体系法和本文方法，对一个4 层侧向刚度不规则框架结构在大震、中震、中小震条件下进行对比抗震设计。结果表明，利用本文方法可以方便、准确地判断出结构的薄弱层，计算得到的楼层层间剪力分布曲线可以反应出不同目标位移对结构剪力的影响规律，以及不同地震水平对结构层间剪力的影响规律。
 

[参考文献] (References)
[1] Qiang Xue, Chen Chengchung. Performance-based seismic design of structures: A direct displacement-based approach [J]. Engineering Structures, 2003, 25 (14): 1803-1813.
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