钢框架－支撑体系的耗能能力及基于能量的性态设计方法

Althouth current force-based seismic design methodology is simple and easy to apply, but it does not provide enough information on the inelastic behavior of the structures,the seismic performance of buildings under design earthquake and rare earthquake could not be explicitly controlled. Due to the damage extent and economic losses were unexpectedly high in severe earthquakes in recent years,performance-based seismic design has been gaining great attention and development, Chinese seismic design code has accepted performance-based design concept.because the insufficiency of research works, the current seismic design codes in all countries have not proposed an efficient and general design methodology for the design of structures at multiple performance and hazard levels,further research and development are required..This planning research effort focuses on issues related to the energy demand of steel structures for different earthquake hazard levels and soil site condition ； constructing normalized hysteretic energy spectrum ,accumulated ductility spectrum , maximum effect cyclic energy spectrum as a new description to quantiate the destructive power of near-fault earquakes with strong pulse or series of long period pulses；experimental investigation on energy dissipation capacity of steel frames and braced steel frames incorporating various types of bracing elements；using normalized hysteretic energy spectrum and accumulated ductility spectrum and maximum effect cyclic energy spectrum , performance-based seismic design procedure applies to steel moment frames， concentrically braced steel frames , eccentrically braced steel frames will be proposed in order to provide technical reserve for performance design codes and provide a energy-based procedure to evaluate seismic performance of existing steel structures.

现行的建筑结构抗震设计方法虽简单、易掌握，但对结构的非弹性性能不能提供足够的信息，对设防地震及罕遇地震下结构的性态无法明确控制，致使强震下部分建筑的损毁程度超出预想。基于性态的抗震设计理念已被普遍接受，我国《建筑抗震设计规范》已纳入性态设计的内容，但因研究成果、技术储备的不足，目前各国规范还都未能提出一般性的设计方法，显现出在此领域进行科学研究，提出基于结构性态实用设计方法的急迫性。.本项目拟研究不同场地、不同强度地震下，多高层钢结构体系的能量需求；完善申请者前期提出的近场地震MECE谱、远场地震滞回耗能谱、累积延性比谱及其数学表述；研究多高层钢结构体系的耗能能力；提出抗弯钢框架、中心支撑钢框架、偏心支撑钢框架基于MECE谱、滞回耗能谱、累积延性比谱的性态设计方法；为结构性态抗震设计规范的制定提供技术储备、为在役结构提供基于能量的性态评估方法。

现行的建筑结构抗震设计采用弹性设计方法，控制结构在设防地震下的侧移（中国规范控制小震和大震侧移），此方法虽简单、易掌握，但对设防、罕遇地震下的结构性态无法明确控制，致使强震下部分建筑的损毁程度超出预想。. 基于性态的抗震设计理念已被普遍接受。但因研究成果、技术储备的不足，各国规范还都未能提出实用的性态设计方法，在此方向进行科学研究，提出基于结构性态的实用设计方法有理论意义和应用前景。. 本项目研究了远场、近场地震下，抗弯钢框架(SMFs)、中心支撑钢框架(CBSFs)、偏心支撑钢框架(EBSFs)的地震能量需求，层剪力分布，滞回能层间分布；分析了地震动参数和结构特性对层剪力及层间侧移的影响；根据计算结果，拟合出远、近场设防和罕遇地震下SMFs，CBSFs，EBSFs层剪力分布系数的简化计算式；依据近断层地震记录，建立了岩石、硬土场地的最大有效（MECE）谱，可用于计算近场脉冲地震下单自由度体系的有效滞回能需求；采用大样本地震记录，建立了远场地震滞回耗能谱、累积延性比谱，可用于计算远场地震下单自由体系的累积滞回能需求及远场罕遇地震下结构的累积延性需求；建立了基于滞回耗能谱、MECE谱计算远场地震下多自由度结构累积滞回能需求和近场地震下多自由度结构有效滞回能需求的方法；完成了34个试件（包括6个方形截面钢管支撑杆、8个工形截面支撑杆、4个圆管截面支撑杆、8个工形截面耗能梁段、8个工形截面梁柱连接）的累积耗能能力试验；建立了结构累积滞回耗能与结构单向推覆耗能之间的关系，根据地震动输入能量与结构耗散能量的平衡关系提出了远场罕遇地震和近场罕遇地震下SMFs、CBSFs、EBSFs底部剪力的计算方法；提出了SMFs、CBSFs、EBSFs基于能量的性态设计方法；对按基于能量方法设计的结构进行了易损性分析、倒塌富余度分析，验证了设计方法的可信性。