[发明专利]一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法

说明书

本发明公开了一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法。本发明适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法，其目的是为了解决我国《建筑抗震设计规范》中未能给出位移设计谱这一不足，通过增加控制点周期T_D和峰值地面位移PGD两个参数，给出了一种具有明确数学表达式的位移设计谱；以大量实际地震动为数据基础，并基于谱匹配的地震动选取方法给出了位移设计谱的参数取值；位移设计谱与加速度设计谱可互相转化；当周期小于5T_g(规范设计谱特征周期)时，本发明加速度设计谱与规范加速度设计谱一致，本发明可用于基于位移的抗震设计方法中确定建筑结构的地震位移需求。

技术领域

本发明涉及建筑结构的抗震设计技术领域，尤其涉及一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法。

背景技术

科学有效的抗震设计理论是提高建筑物抵御地震作用的能力最有效的途径。不论采用哪种形式的抗震设计理论，定量地描述地震作用都是必不可少的一步。地震作用主要可以描述为3种不同的形式：力、能量和位移。由此也产生和发展了基于力的抗震设计方法、基于能量的抗震设计方法和基于位移的抗震设计方法。结构在强地震作用下发生屈服进入弹塑性变形阶段后，其破坏程度并不取决于瞬时的地震作用力，采用位移参数衡量结构在地震作用下的状态更为合理。因此，基于位移的抗震设计方法更能直接实现结构的目标抗震性能，其被认为是现阶段实现基于性态的抗震设计理论最有效的途径之一。位移设计谱是基于位移的抗震设计方法中确定结构地震位移需求的重要依据。

目前我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(简称“规范”)并没有关位移设计谱的相关规定。导致基于位移的设计方法在工程实践中缺少一个统一的确定地震位移需求的标准。在最初的工程应用，通常由加速度设计谱转化求取位移设计谱。然而由规范加速度设计谱转化求取的位移设计谱在长周期段呈直线上升趋势，明显不符合实际地震动位移反应谱的特征。虽然，我国已开展了大量有关位移设计谱的研究工作，并提出了多种方案和建设性意见。但在这些方法中其位移设计谱参数的分类与规范相关参数分类存在显著差异，导致这些方法难以应用于我国规范。此外，基于力的抗震设计方法在工程实践中仍占据主导地位，现有位移设计谱方法转化求取的加速度设计谱通常与规范加速度设计谱存在较大的差异，导致这些方法与规范方法产生矛盾。

因此，合理的方式是在不对规范做任何修改的前提下，通过增加部分参数给出一种合理的位移抗震设计谱，且所增参数应与规范相关参数具有一一对应的关系。鉴于规范加速度设计谱在短周期段具有合理的取值并已历经多次大地震的考验，由位移设计谱转化求取的加速度设计谱应与规范加速度设计谱在一定周期范围内保持一致。这样不仅可实现位移设计谱方法与规范方法的有效衔接，且不与规范方法产生矛盾，便于设计人员使用，为此，我们提出了一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适用于中国抗震设计规范的位移设计谱方法，包括以下步骤：

S1、根据建筑环境，确定其场地条件、设计地震分组、特征周期T_g和水平地震影响系数最大值α_max；

S2、确定控制点周期T_D的取值；

S3、通过第一公式计算PGA的取值；

S4、确定PGD/PGA的取值，并通过S3中的PGA值计算PGD值；

S5、通过第二公式计算加速度设计谱S_a；

S6、通过第三公式计算位移设计谱S_d。