近场区域结构的抗震设计方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010420683.1 (22)申请日 2020.05.18 (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 温卫平翟长海籍多发刘惠华 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 张换男 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种近场区域结构的抗震设计方法 (57)摘要 一种近场区域结构的抗震设计方法。

2、， 它属于 地震工程领域。 本发明解决了目前仅仅是通过修 正抗震设计谱来考虑近场脉冲效应， 使得近场区 域的倒塌储备小于远场区域结构， 导致近场区域 结构的安全度差的问题。 本发明是通过控制结构 基本周期来实现倒塌储备等效的近场区域结构 抗震设计方法。 采用本发明方法能够保证近场脉 冲型地震动作用下近场区域结构的倒塌储备， 使 近场区域结构的倒塌储备与远场地震动作用下 远场区域结构的倒塌储备等效， 从而保证了近场 区域结构的安全度， 有利于保障我国近场区域的 城市地震安全和推动抗震韧性城市的建设。 本发 明可以应用于地震工程领域。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111651814。

3、 A 2020.09.11 CN 111651814 A 1.一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤： 步骤一： 设计近场区域结构模型和远场区域结构模型； 采用近场设计谱设计若干个近场区域结构模型， 采用远场设计谱设计与近场区域结构 模型个数相同的远场区域结构模型； 步骤二： 建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌易损性曲线； 根据近场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立近场区域结构模型的倒 塌易损性曲线， 根据远场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立远场区域结 构模型的倒塌易损性曲线； 步骤三： 根据步骤二建立的倒塌易损性曲线， 建立。

4、近场区域结构模型和远场区域结构 模型的倒塌储备等效方程； 步骤四： 通过求解步骤三建立的倒塌储备等效方程， 实现近场区域结构模型和远场区 域结构模型的倒塌储备等效， 再根据近场区域结构模型倒塌储备对近场区域结构模型进行 抗震设计。 2.根据权利要求1所述的一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 所述步骤一 中设计近场区域结构模型和远场区域结构模型， 其中， 设计所述近场区域结构模型的方法 为： 按照近场设计谱设计7度设防情况下的4层、 8层、 12层RC框架结构， 再按照近场设计谱设 计8度设防情况下的4层、 8层、 12层RC框架结构； 设计所述远场区域结构模型的方法为： 按照远场设。

5、计谱设计7度设防情况下的4层、 8 层、 12层RC框架结构， 再按照远场设计谱设计8度设防情况下的4层、 8层、 12层RC框架结构； 所述近场区域结构模型和远场区域结构模型的抗震设防类别为丙类， 近场区域结构模 型和远场区域结构模型的地震分组为第一组， 近场区域结构模型和远场区域结构模型的场 地为II类场地， 混凝土强度等级为C30， 钢筋强度等级为HRB400， 层高均为3.3m。 3.根据权利要求2所述的一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 所述步骤二 的具体过程为： 通过谱匹配分别选取20条远场地震动数据和20条近场脉冲型地震动数据， 采用增量动 力分析方法获得近场区域结构。

6、模型和远场区域结构模型在不同地震动强度作用下的反应 特征， 根据获得的反应特征， 分别建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌易损 性曲线。 4.根据权利要求3所述的一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 所述地震动 强度选用结构基本周期对应的反应谱加速度Sa作为衡量指标， 将结构层间位移角 max 0.04作为结构防倒塌极限状态的限值。 5.根据权利要求4所述的一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 所述步骤三 的具体过程为： 将近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备系数分别表示如下： 权利要求书 1/2 页 2 CN 111651814 A 2 其中： CMRN和。

7、CMRF分别为近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备系数， Sa,50collapse,N为近场区域结构模型50倒塌概率对应的反应谱加速度， Sa,50collapse,N的值 根据近场区域结构模型的倒塌易损性曲线来确定， Sa,50collapse,F为远场区域结构模型50 倒塌概率对应的反应谱加速度， Sa,50collapse,F的值根据远场区域结构模型的倒塌易损性曲 线来确定， T1,N为近场区域结构模型基本周期， T1,F为远场区域结构模型基本周期， f1(T1,N) 和f2(T1,F)分别为近场设计谱和远场设计谱， Sa,RE,N为近场设计谱在罕遇地震中对应的反应 谱加速度，。

8、 Sa,RE,F为远场设计谱在罕遇地震中对应的反应谱加速度； 建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备等效方程如下： 6.根据权利要求5所述的一种近场区域结构的抗震设计方法， 其特征在于， 所述通过求 解步骤三建立的倒塌储备等效方程， 实现近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储 备等效， 其具体过程为： 结合近场设计谱和远场设计谱对公式(4)进行求解， 得到近场区域结构模型基本周期 T1,N与远场区域结构模型基本周期T1,F的关系式： 当近场区域结构模型基本周期T1,N和远场区域结构模型基本周期T1,F满足公式(5)时， 即实现近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备等效。 权。

9、利要求书 2/2 页 3 CN 111651814 A 3 一种近场区域结构的抗震设计方法 技术领域 0001 本发明属于地震工程领域， 具体涉及一种近场区域结构的抗震设计方法。 背景技术 0002 近场脉冲型地震动更易引发建筑结构严重破坏甚至倒塌已经成为地震工程领域 的共识。 我国境内地震断层众多， 许多城市(如北京、 天津、 福州、 成都等)就位于断层附近， 因此建筑结构抗震设计中能否合理考虑近场脉冲效应， 对于保障我国城市地震安全十分重 要。 0003 由于近场脉冲效应更易引发结构严重破坏甚至倒塌， 近场区域的结构应具有不小 于远场区域结构的倒塌储备， 目前的方法仅仅通过修正抗震设计谱来。

10、考虑近场脉冲效应， 而仅仅修正抗震设计谱进行抗震设计往往会使得近场区域的倒塌储备小于远场区域结构， 近场区域结构的安全度较差。 因此， 很有必要提出一种方法来保证近场区域结构的倒塌储 备。 发明内容 0004 本发明的目的是为解决目前仅仅是通过修正抗震设计谱来考虑近场脉冲效应， 使 得近场区域的倒塌储备小于远场区域结构， 导致近场区域结构的安全度差的问题， 而提出 了一种近场区域结构的抗震设计方法。 0005 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是： 一种近场区域结构的抗震设计方 法， 该方法包括以下步骤： 0006 步骤一： 设计近场区域结构模型和远场区域结构模型； 0007 采用近场设计。

11、谱设计若干个近场区域结构模型， 采用远场设计谱设计与近场区域 结构模型个数相同的远场区域结构模型； 0008 步骤二： 建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌易损性曲线； 0009 根据近场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立近场区域结构模型 的倒塌易损性曲线， 根据远场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立远场区 域结构模型的倒塌易损性曲线； 0010 步骤三： 根据步骤二建立的倒塌易损性曲线， 建立近场区域结构模型和远场区域 结构模型的倒塌储备等效方程； 0011 步骤四： 通过求解步骤三建立的倒塌储备等效方程， 实现近场区域结构模型和远 场区域结构模型的倒塌储。

12、备等效， 再根据近场区域结构模型倒塌储备对近场区域结构模型 进行抗震设计。 0012 本发明的有益效果是： 本发明提出了一种近场区域结构的抗震设计方法， 本发明 是通过控制结构基本周期来实现倒塌储备等效的近场区域结构抗震设计方法。 采用本发明 方法能够保证近场脉冲型地震动作用下近场区域结构的倒塌储备， 使近场区域结构的倒塌 储备与远场地震动作用下远场区域结构的倒塌储备等效， 从而保证了近场区域结构的安全 说明书 1/5 页 4 CN 111651814 A 4 度， 有利于保障我国近场区域的城市地震安全和推动抗震韧性城市的建设。 附图说明 0013 图1是本发明的一种近场区域结构的抗震设计方法。

13、的流程图； 0014 图2是7度设防结构的倒塌易损性曲线图； 0015 图中， F-4-7代表7度设防情况下的4层远场区域结构， F-8-7代表7度设防情况下的 8层远场区域结构， F-12-7代表7度设防情况下的12层远场区域结构， N-4-7代表7度设防情 况下的4层近场区域结构， N-8-7代表7度设防情况下的8层近场区域结构， N-12-7代表7度设 防情况下的12层近场区域结构； Pf代表结构倒塌的超越概率； 0016 图3是8度设防结构的倒塌易损性曲线图； 0017 图中， F-4-8代表8度设防情况下的4层远场区域结构， F-8-8代表8度设防情况下的 8层远场区域结构， F-1。

14、2-8代表8度设防情况下的12层远场区域结构， N-4-8代表8度设防情 况下的4层近场区域结构， N-8-8代表8度设防情况下的8层近场区域结构， N-12-8代表8度设 防情况下的12层近场区域结构； 0018 图4是Sa,50collapse与结构基本周期T1的关系曲线图； 0019 图5是倒塌储备等效条件下T1,N和T1,F的关系曲线图。 具体实施方式 0020 具体实施方式一： 结合图1说明本实施方式。 本实施方式所述的一种近场区域结构 的抗震设计方法， 该方法具体通过以下步骤实现： 0021 步骤一： 设计近场区域结构模型和远场区域结构模型； 0022 采用近场设计谱设计若干个近场。

15、区域结构模型， 采用远场设计谱设计与近场区域 结构模型个数相同的远场区域结构模型； 0023 步骤二： 建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌易损性曲线； 0024 根据近场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立近场区域结构模型 的倒塌易损性曲线， 根据远场区域结构模型在不同地震动强度下的反应特征， 建立远场区 域结构模型的倒塌易损性曲线； 0025 步骤三： 根据步骤二建立的倒塌易损性曲线， 建立近场区域结构模型和远场区域 结构模型的倒塌储备等效方程； 0026 步骤四： 通过求解步骤三建立的倒塌储备等效方程， 实现近场区域结构模型和远 场区域结构模型的倒塌储备等效， 再根据。

16、近场区域结构模型倒塌储备对近场区域结构模型 进行抗震设计。 0027 近场区域是指距离断层20km以内的场地， 远场区域是指距离断层20km以外的场 地。 0028 具体实施方式二： 本实施方式与具体实施方式一不同的是： 所述步骤一中设计近 场区域结构模型和远场区域结构模型， 其中， 设计所述近场区域结构模型的方法为： 按照近 场设计谱设计7度设防情况下的4层、 8层、 12层RC框架结构， 再按照近场设计谱设计8度设防 情况下的4层、 8层、 12层RC框架结构； 0029 设计所述远场区域结构模型的方法为： 按照远场设计谱设计7度设防情况下的4 说明书 2/5 页 5 CN 1116518。

17、14 A 5 层、 8层、 12层RC框架结构， 再按照远场设计谱设计8度设防情况下的4层、 8层、 12层RC框架结 构； 0030 所述近场区域结构模型和远场区域结构模型的抗震设防类别为丙类， 近场区域结 构模型和远场区域结构模型的地震分组为第一组， 近场区域结构模型和远场区域结构模型 的场地为II类场地， 混凝土强度等级为C30， 钢筋强度等级为HRB400， 层高均为3.3m。 0031 具体实施方式三： 本实施方式与具体实施方式二不同的是： 所述步骤二的具体过 程为： 0032 通过谱匹配分别选取20条远场地震动数据和20条近场脉冲型地震动数据， 采用增 量动力分析方法获得近场区域结。

18、构模型和远场区域结构模型在不同地震动强度作用下的 反应特征， 根据获得的反应特征， 分别建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌 易损性曲线。 0033 具体实施方式四： 本实施方式与具体实施方式三不同的是： 所述地震动强度选用 结构基本周期对应的反应谱加速度Sa作为衡量指标， 将结构层间位移角 max0.04作为结 构防倒塌极限状态的限值。 0034 具体实施方式五： 本实施方式与具体实施方式四不同的是： 所述步骤三的具体过 程为： 0035 倒塌储备系数CMR是一个应用很广的结构倒塌储备量化指标， 可根据公式(1)来计 算： 0036 0037 其中： Sa,50collapse为结构。

19、50倒塌概率对应的反应谱加速度； Sa,RE为我国抗震设 防中罕遇地震对应的反应谱加速度， 近场区域结构的Sa,RE根据近场设计谱对应的罕遇地震 来确定， 远场区域结构的Sa,RE根据远场设计谱对应的罕遇地震来确定； 0038 对Sa,50collapse与结构基本周期T1的关系进行统计分析获得相应的拟合公式。 在 设防烈度、 场地类别、 层数等信息一致的前提下， 0039 将近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备系数分别表示如下： 0040 0041 0042 其中： CMRN和CMRF分别为近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备系数， Sa,50collapse,N为近场区域结。

20、构模型50倒塌概率对应的反应谱加速度， Sa,50collapse,N的 值根据近场区域结构模型的倒塌易损性曲线来确定(其为对应结构模型的倒塌易损性曲线 的纵坐标取值为50时所对应的横坐标值)， Sa,50collapse,F为远场区域结构模型50倒塌 概率对应的反应谱加速度， Sa,50collapse,F的值根据远场区域结构模型的倒塌易损性曲线来 确定， T1,N为近场区域结构模型基本周期， T1,F为远场区域结构模型基本周期， f1(T1,N)和f2 (T1,F)分别为近场设计谱和远场设计谱(采用我国现行规范的抗震设计谱)， Sa,RE,N为近场设 计谱在罕遇地震中对应的反应谱加速度， 。

21、Sa,RE,F为远场设计谱在罕遇地震中对应的反应谱 说明书 3/5 页 6 CN 111651814 A 6 加速度； 0043 建立近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备等效方程如下： 0044 0045 具体实施方式六： 本实施方式与具体实施方式五不同的是： 所述通过求解步骤三 建立的倒塌储备等效方程， 实现近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备等效， 其具体过程为： 0046 结合近场设计谱和远场设计谱对公式(4)进行求解， 得到近场区域结构模型基本 周期T1,N与远场区域结构模型基本周期T1,F的关系式： 0047 0048 当近场区域结构模型基本周期T1,N和远场区域结构。

22、模型基本周期T1,F满足公式(5) 时， 即实现近场区域结构模型和远场区域结构模型的倒塌储备等效。 0049 本实施方式中， 可以根据远场区域结构模型基本周期T1,F和公式(5)确定近场区域 结构模型基本周期T1,N， 确定出T1,N后， 根据近场设计谱确定出近场区域结构具体的设计方 案(包括梁柱的截面、 配筋等)， 以有效提高近场区域结构的安全性。 0050 实施例 0051 下面结合附图具体说明本发明方法的实施过程： 0052 步骤一： 结构模型的设计 0053 对于近场、 远场区域， 采用近场设计谱和远场设计谱设计了7度、 8度设防情况下4 层、 8层、 12层RC框架结构共计12个。 。

23、抗震设防类别为丙类， 设计地震分组为第一组， 场地为 II类场地， 混凝土强度等级为C30， 钢筋强度等级为HRB400， 层高均为3.3m。 0054 步骤二： 结构倒塌易损性曲线的建立 0055 通过谱匹配分别选取20条远场地震动和近场脉冲型地震动， 采用增量动力分析方 法研究结构在不同强度地震动作用下的反应特征， 选用结构基本周期对应的加速度Sa作为 地震动强度指标并对地震动进行调幅， 同时选用结构最大层间位移角 max作为工程需求参 数， 将 max0.04作为结构防倒塌极限状态的限值。 给出近场脉冲型地震动作用下近场区域 结构(按照近场设计谱设计)的倒塌易损性曲线和远场非脉冲型地震动。

24、作用下远场区域结 构(按照远场设计谱设计)的倒塌易损性曲线。 0056 步骤三： 倒塌储备等效方程的建立。 0057 倒塌储备系数CMR是一个应用很广的结构倒塌储备量化指标， 可根据公式(1)来计 算： 0058 0059 其中： Sa,50collapse为结构50倒塌概率对应的谱加速度； Sa,RE为我国抗震设防中 罕遇地震对应的反应谱加速度， 近场区域结构的Sa,RE根据近场设计谱对应的罕遇地震来确 定， 远场区域结构的Sa,RE根据远场设计谱对应的罕遇地震来确定。 0060 对Sa,50collapse与结构基本周期T1的关系进行统计分析获得相应的拟合公式。 在 说明书 4/5 页 7。

25、 CN 111651814 A 7 设防烈度、 场地类别、 层数等信息一致的前提下， 近场区域结构和远场区域结构的倒塌储备 系数可分别用以下公式表达： 0061 0062 0063 其中： CMRN和CMRF分别为近场区域结构和远场区域结构的倒塌储备系数， f1(T1,N) 和f2(T1,F)分别为近场设计谱和远场设计谱(采用我国现行规范的抗震设计谱)， T1,N和T1,F 分别近场、 远场区域结构的基本周期。 0064 通过求解以下方程可实现近场、 远场区域结构倒塌储备等效： 0065 0066 步骤四： 抗震设计方法的建立 0067 结合近场、 远场设计谱对公式(4)进行求解可得到T1,N。

26、和T1,F的关系， 公式(5)给出 了以远场区域结构基本周期为T1,F变量的近场区域结构基本周期T1,N预测公式。 综合使用近 场设计谱和公式(5)中关于T1,N的限制， 可以实现近场、 远场区域结构倒塌储备等效。 0068 0069 在使用近场、 远场设计谱进行相同层数结构的抗震设计时， 只要近场、 远场区域结 构的基本周期满足这一公式即可实现倒塌储备等效。 0070 按照以上给出的设计方法， 可实现近场、 远场区域结构的倒塌储备等效， 图2给出 了7度设防结构的倒塌易损性曲线， 图3给出了8度设防结构的倒塌易损性曲线， 图4反映了 结构的Sa,50collapse与基本周期T1的关系， 图。

27、5反映了倒塌储备等效条件下T1,N和T1,F的关 系。 0071 本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程， 而并非是对本 发明的实施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以 做出其它不同形式的变化或变动， 这里无法对所有的实施方式予以穷举， 凡是属于本发明 的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。 说明书 5/5 页 8 CN 111651814 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 111651814 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 111651814 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 111651814 A 11 。