设计基准期内层间隔震体系可靠度分析_刘小换.pdf

广东建材2023年第2期1 地震烈度的概率分布高小旺等2通过对我国45个城镇进行地震危险性分析结果统计，发现在设计基准期内地震烈度分布符合合极值型，其表达式为：Pl(x)=exp(x)K)式中，上限值，可取=12度；众值，比基本烈度低1.55；K形状参数，可根据表1取值。根据文献1和文献3，常遇地震烈度、设防烈度和罕遇大震烈度在设计基准内发生的概率可表示为：P(Is)=Pl(I00.77)P(I0)=Pl(I00.5)Pl（I00.77）P（Il）=1Pl（I00.5）2 设计基准期内动力可靠度计算根据首超越破坏准则，结构在设计基准期内发生破坏的概率可写为：Pf=0Pf（RS/a）da=jPfj(RS/Ij)P(Ij)式中，P(Ij)场地所在地区在结构使用期限50年内Ij烈度的发生概率；Pfj(RS/Ij)Ij烈度的地震作用下结构失效的条件概率。类似地，结构在使用期限50年内不发生破坏的可靠度为：Ps=jPsj(RS/Ij)P(Ij)式中，Psj(RS/Ij)Ij烈度的地震作用下结构的可靠度。根据我国建筑抗震设计规范1提出“小震不坏”，“中震可修”，“大震不倒”抗震设防标准，将地震灾害分为三个等级3，即：B1,B2,B3=基本完好，轻本完好，中等破坏，严重破坏或倒塌式中，B1,B2,B3对应的结构体系的极限状态方程的描述可参见文献3。根据公式可进一步得到结构发生相应震害等级Bi的失效概率为：Pf(Bi)=P(Is)PfIs(Bi)P(I0)PfI0(Bi)P(Il)PfIl(Bi)(i=1,2,3)式中，PfIs(Bi)、PfI0(Bi)和PfIl(Bi)地震烈度为Is，I0和Il设计基准期内层间隔震体系可靠度分析刘小换1余 尚2（1 广州科技职业技术大学 建筑工程学院；2 广东省建筑设计研究院有限公司）【摘要】本文根据“两阶段，三水准”抗震设计准则，将地震灾害分为三个等级，采用JC法计算层间隔震体系在设计基准期内发生各震害等级的可靠度，并与非隔震结构对比，结果表明：采用层间隔震技术后，使结构在设计基准期内的整体可靠度得到提高，结构发生各震害等级的可靠度值要高于非隔震结构。【关键词】设计基准期；层间隔震；JC法；可靠度表1 形状参数K值基本烈度I0K69.7978.3386.8795.40103.92基金项目 广州科技职业技术大学2022年度校级项目+基于动力可靠度的层间隔震体系减震性能研究+2022ZR03；广东省普通高校青年创新人才类项目（2022KQNCX148）.设计与装饰-59广东建材2023年第2期时结构体系的失效概率。则结构在设计基准期内发生Bi震害等级的可靠度为：Ps(Bi)=P(Is)PsIs(Bi)P(I0)PsI0(Bi)P(Il)PsIl(Bi)(i=1,2,3)3 算例分析本文通过ETABS有限元软件建立数值分析模型，本工程共 12层，框架剪力墙体系（隔震层设置在一层柱顶），其他基本参数如表2所示。计算得结构所在地区50年设计基准期内三种代表性地震烈度发生的概率如表3所示。根据文献4，取基本烈度地震作用下的层间弹塑性位移角限值为1/250，并假定，小震下结构失效互不相关，中震和大震下结构部分失效相关。根据随机震动理论，采用Clough-Penzien模型作为随机地震动模型5，通过MATLAB自编程序计算的层间位谱强度因子及根据抗震设计规范层间位移角限值的取值如表4所示。通过MATLAB自编程序计算得层间隔震结构和非隔表2 数值分析模型基本参数场地类别类特征周期0.35s设计分组第一组设防烈度8度（0.2g）表3 三种代表性地震烈度发生的概率地震烈度I发生概率P(I)Is（6.45度）0.70I0（8度）0.26Il（9度）0.04表5 层间隔震结构在代表性地震烈度作用下各层发生各震害等级的可靠度楼层1b23456789101112Is（6.45度）B11.0000000.9999230.9999970.9999960.9999920.9999890.9999860.9999840.9999720.9999830.9999910.9999970.999999B21.0000000.9998500.9999980.9999970.9999950.9999910.9999870.9999840.9999710.9999800.9999870.9999940.999998B31.0000000.9999991.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.000000I0（8度）B10.9999830.9993840.9908090.9874950.9705140.9541920.9405000.9347060.8895260.9304220.9661220.9905800.998190B20.9999930.9962990.9943020.9914460.9768670.9588700.9384890.9255680.8695320.9084720.9404060.9753680.995436B31.0000000.9962990.9999950.9999930.9999850.9999740.9999610.9999520.9999050.9999400.9999630.9999840.999995Il（9度）B10.9960570.9906700.5090320.4693060.3370660.2670310.2258830.2105690.1421260.1913950.2819000.4762380.728832B20.9983480.8858160.5547630.4928020.3315960.2355860.1713400.1448770.0919190.1196110.1451210.2385440.539469B30.9999980.8858160.9988180.9982170.9948610.9903930.9850450.9815850.9637520.9772540.9869380.9953680.999217表4 层间位移角限值及谱强度因子地震烈度小震中震大震层间位移角限值1/8001/2501/100谱强度因子S0/m2/s34.9810-40.0410-21.6310-2设计与装饰-60广东建材2023年第2期震结构在各震害等级下的可靠度值如表5至表8所示。结果表明：在一层安装隔震支座后，设计基准期内在代表性地震烈度作用下结构各层发生各震害等级的可靠度普遍要高于非隔震结构。层间隔震结构的整体可靠度与非隔震结构相比，小震时提高了约122%，中震时提高了约20%，大震时提高了约1%。4 结论在一层安装隔震支座后，设计基准期内在代表性地震烈度作用下结构各层发生各震害等级的可靠度普遍要高于非隔震结构。采用层间隔震技术，可以有效地降低结构的地震反应，有利于提高结构在设计基准期内的整体可靠度。【参考文献】1 中华人民共和国行业标准（GB500112010）.建筑抗震设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2010.2 高小旺，鲍蔼斌.用概率方法确定抗震设防标准J.建筑结构学报，1986，7（2）：55-63.3 欧进萍,等.高层建筑结构的抗震可靠度分析与优化设计J.地震工程与工程振动，1995，15（1）：1-13.4 赵桂峰,等.高层 RC 框架剪力墙隔震结构地震风险分析J.地震工程与工程振动，2015，35（2）：30-38.5 张猛,等.与规范反应谱相对应的 Clough-Penzien模型参数研究J.世界地震工程，2007，23（1）：57-60.表6 非隔震结构在代表性地震烈度作用下各层发生各震害等级的可靠度楼层123456789101112Is（6.45度）B10.9999950.9994300.9931440.9690730.9257220.9016520.8777270.8652690.9369260.9715770.9943010.999528B21.0000000.9999960.9999780.9999210.9998170.9997590.9995970.9992000.9993290.9994240.9998030.999964B31.0000001.0000001.0000001.0000000.9999990.9999990.9999990.9999980.9999990.9999990.9999991.000000I0（8度）B10.9832190.3660770.0759490.0214460.0098430.0086050.0078670.0074090.0156560.0281530.0896720.388133B20.9998430.9431240.9187610.8278010.5516820.4797110.3513620.2494510.2617220.2683430.3646440.691173B31.0000000.9999730.9999520.9998820.9993010.9989510.9979520.9964210.9969510.9973340.9985730.999732Il（9度）B10.3099950.0027070.0002780.0000940.0000640.0000790.0000950.0000990.0001550.0001810.0003630.002363B20.9488230.1156010.0851020.0382310.0081920.0060620.0025610.0009720.0007340.0005340.0007730.005883B30.9999710.9899510.9846820.9600530.8344020.7867410.6893020.5843730.5998610.6162320.7201420.913323表8 设计基准期内结构发生各震害等级的可靠度结构类型层间隔震结构非隔震结构可靠度失效概率可靠度失效概率B10.8636311.3610-10.387466.1310-1B20.9350126.5010-20.781452.1910-1B30.9933136.6910-30.982221.7810-2表7 结构体系总体在代表性地震烈度作用下发生各震害等级的可靠度地震烈度Is（6.45度）I0（8度）Il（9度）结构类型层间隔震结构非隔震结构层间隔震结构非隔震结构层间隔震结构非隔震结构B10.9998140.5516320.6293510.0000000.0000000.000000B20.9998230.9990240.8866730.3003220.1308310.066413B31.0000001.0000000.9962220.9967010.8610620.588924设计与装饰-61