建筑結(jié)構(gòu)抗震的幾個發(fā)展階段

　　二、反應(yīng)譜階段，隨著真實地震動記錄的獲取和結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論的發(fā)展，1940年美國的Biot教授提出了彈性反應(yīng)譜的概念，反應(yīng)譜是單自由彈性體系在獲取的眾多地震記錄的激勵下，結(jié)構(gòu)周期與響應(yīng)之間的關(guān)系，包括加速度反應(yīng)譜，速度反應(yīng)譜，位移反應(yīng)譜。它綜合考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性，至今仍然是各國規(guī)范設(shè)計地震力取值的基礎(chǔ)。

　　地震作用力的計算常常用底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法，振型分解反應(yīng)譜法的基本概念是：假定建筑結(jié)構(gòu)是線彈性的多自由度體系，利用振型分解和振型正交性的原理，將求解n個自由度彈性體系的地震反應(yīng)分解為求解n個獨立的等效單自由度彈性體系的最大地震反應(yīng)，進(jìn)而求得對應(yīng)于每一個振型的作用效應(yīng)。此時，就可以根據(jù)考慮地震作用的方式不同，采用不同的組合方式，對于平面振動的多質(zhì)點彈性體系，可以用SRSS法，它是基于假定輸入地震為平穩(wěn)隨機(jī)過程，各振型反應(yīng)之間相互獨立而推導(dǎo)得到的；對于考慮平—扭耦連的多質(zhì)點彈性體系，采用CQC法，它與SRSS法的主要區(qū)別在于：平面振動時假定各振型相互獨立，并且各振型的貢獻(xiàn)隨著頻率的增高而降低；而平—扭耦連時各振型頻率間距很小，相鄰較高振型的頻率可能非常接近這就要考慮不同振型間的相關(guān)性，還有扭轉(zhuǎn)分量的影響并不一定隨著頻率增高而降低，有時較高振型的影響可能大于較低振型的影響，相比SRSS時就要考慮更多振型的影響。底部剪力法考慮到結(jié)構(gòu)體系的特殊性對振型分解反應(yīng)譜法的簡化，當(dāng)建筑物高度不大，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)振動位移反應(yīng)往往以第一振型為主，而且第一振型接近于直線時，就可以把振型分解法簡化為基本的底部剪力法計算公式。這個基本公式計算得到的各質(zhì)點的水平地震作用可以較好的反映剛度較大的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期較長，場地特征周期較小時，計算所得頂部地震作用偏小，為此，《抗震規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期大于1.4倍的場地特征周期時，在頂部附加水平地震作用。

　　三、動力理論階段，隨著對地震動認(rèn)識和理解的不斷加深，認(rèn)識到反應(yīng)譜的一些不足，如對地震動持時的影響考慮不周，再加上計算機(jī)性能的提高，使得動力法逐漸發(fā)展起來了，它的本質(zhì)直接求解動力方程，但是由于地震時地面運(yùn)動加速度極不規(guī)則，對于微分方程無法求出它的閉合解，因此多采用數(shù)值積分法。通常的做法是對已記錄的地震波進(jìn)行連續(xù)分段處理，每段的數(shù)據(jù)都看做不變的，然后作用到結(jié)構(gòu)上，通過動力平衡方程來求得此刻的加速度、速度、位移反應(yīng)，接著與前一段的加速度、速度、位移進(jìn)行疊加，把疊加的結(jié)果作為下一時段的初始數(shù)據(jù)，依此類推，最終求得結(jié)構(gòu)在所給出低周反復(fù)地震波下的加速度、速度和位移動力反應(yīng)變化過程。

　　四、在1994年美國Northridge地震和1995年日本Kobe地震后，美日學(xué)者又提出了基于性態(tài)的抗震設(shè)計方法，基于性態(tài)的基本思想，就是使建筑結(jié)構(gòu)在使用期間滿足各種使用功能的要求。它與傳統(tǒng)基于力的設(shè)計方法不同，對結(jié)構(gòu)性能的評判主要是基于位移準(zhǔn)則，用不同的位移指標(biāo)來對結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行不同的控制。但是由于大震下結(jié)構(gòu)的非彈性變形難以準(zhǔn)確的估計，使得基于性態(tài)的設(shè)計方法只能停留在理論上。但提出它的積極意義至少有兩點：1. 強(qiáng)調(diào)地震工程的系統(tǒng)性和社會性；2. 認(rèn)識到原有抗震設(shè)計規(guī)范的部分不合理性。

　　作為基于性能抗震設(shè)計的基礎(chǔ)，應(yīng)該對某一具統(tǒng)計意義的特定水平地震作用下的結(jié)構(gòu)位移，速度和加速度進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，還應(yīng)該有一個合理的評估方法和可用的評估工具。正是因為這個目的，提出和發(fā)展了Pushover方法和能力譜方法。Pushover方法的基本思路是采用靜力加載，假定某一分布形式的側(cè)向荷載作用在結(jié)構(gòu)上，逐漸加載直到達(dá)到結(jié)構(gòu)控制點目標(biāo)位移或結(jié)構(gòu)破壞，從而得到控制點的水平側(cè)移與基底剪力關(guān)系曲線，用以評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。Pushover方法依賴于側(cè)向力的分布形式和彈塑性反應(yīng)譜目標(biāo)位移的確定。