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基于功能恢复时间的建筑抗震性能评估方法研究

基于功能恢复时间的建筑抗震性能评估方法研究

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作者：吕伟超中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

我国位于亚欧板块东部,受断层、板块活动的影响,地震灾害频发。近年来研究发现经过抗震设计的建筑是可以满足“小震可修、中震不坏、大震不倒”的抗震设计理念,但社会的发展对抗震研究提出了新要求,即提升建筑的韧性。《建筑抗震韧性评... 详细信息

我国位于亚欧板块东部,受断层、板块活动的影响,地震灾害频发。近年来研究发现经过抗震设计的建筑是可以满足“小震可修、中震不坏、大震不倒”的抗震设计理念,但社会的发展对抗震研究提出了新要求,即提升建筑的韧性。《建筑抗震韧性评价标准》虽然对韧性评价进行了规范化,但是评价的过程中并没有考虑建筑修复的阻碍因素,而实际上修复过程中的阻碍因素会影响修复时间,从而影响建筑韧性的评价结果,因此量化建筑韧性评估过程中的阻碍因素具有重要意义。atc-138功能恢复时间评估方法是对FEMA P-58所提出的考虑建筑修复阻碍因素及计划调度算法的建筑抗震性能评估方法的补充和完善,其根据重新使用、功能恢复和完整功能这三种恢复状态来量化建筑性能恢复时间。我国建筑自本世纪初随新开发社区的增长而攀升,而高层住宅建筑由于成片出现、人口容量大,震后恢复高层住宅居住功能的时间不仅关系着大量居民的感受,而且也影响着救灾工作的调度。本文采用有限元数值模拟分析、FEMAP-58性能评估理论以及基于atc-138功能恢复时间评估方法,开展了建筑抗震性能评估方法研究。主要内容及结论如下:1、介绍FEMAP-58理论对单体建筑抗震性能评估的过程。该方法未考虑和讨论阻碍因素的影响,因此震后修复时间过于理想。介绍atc-138功能恢复时间方法,其基于FEMA P-58理论的评估流程,考虑了震后修复过程中的阻碍因素及修复计划,利用蒙特卡洛循环结果及故障树网络,将阻碍因素的影响量化,降低了分析的不确定性。2、以高层框架-剪力墙结构建筑为算例,采用ETABS分析软件及IDA分析(增量动力分析),对比研究了隔震与非隔震算例结构的地震易损性。采用双频段选波法,从PEER地震动数据库中选择合适地震动,对隔震及非隔震算例模型进行结构响应分析,分别提取IDR(层间位移角)与PFA(峰值楼层加速度)作为EDP(工程需求参数),基于IDA分析进行易损性分析,得到隔震及非隔震算例结构易损性。结果表明罕遇地震下,与非隔震结构相比,隔震结构峰值层间位移角均值下降了 39.5%;与非隔震结构相比,隔震结构顶层的加速度响应均值降低了约28.8%;根据易损性分析结果,隔震后结构倒塌时PGA相比非隔震提升了 34.6%。3、在多遇地震、设防地震、罕遇地震及极罕遇等地震动强度下,采用FEMA P-58中基于强度的方法对两个算例建筑进行了地震损失分析,包含建筑修复费用、修复时间及人员伤亡,将建筑的隔震及非隔震地震损失结果进行对比。结果表明三个地震损失指标下隔震建筑损失均小于非隔震建筑,且在极罕遇地震下隔震设计能降低建筑经济损失达50%以上。当地震强度较小时,建筑均主要产生非结构构件破坏;当地震动强度达到罕遇地震时,结构构件开始发生破坏;极罕遇地震时,非隔震建筑结构构件修复费用占比58.2%,而隔震建筑主要仍是非结构构件损失,占比74.7%。四个地震动强度下隔震建筑相比非隔震建筑均显著降低修复时间,其中在极罕遇地震作用下,隔震建筑修复时间比非隔震建筑降低约90%。4、采用atc-138功能恢复时间评估方法,基于地震损失结果,对算例建筑进行重新使用、建筑功能及完整功能三个状态下的功能恢复时间评估,主要包括阻碍因素、用工情况、修复时间及功能时间恢复曲线。结果表明在75天左右重新使用及功能才开始恢复;从用工图可以看出对外部及空调暖通系统进行修复用工最多,对楼梯的修复用工最少;从修复时间计划表可以看出,外部及空调系统优先得到修复,内部系统最后受到维修;内部系统修复时间最长,空调暖通系统修复时间最短;从阻碍因素来看,阻碍修复开始时间最主要是对结构承包班组进行动员的工作,这是结构修复时间滞后的原因;通过甘特图可以看到,建筑功能恢复时间方法使得建筑性能的恢复考虑了更多的现实因素,相比于以往的建筑韧性恢复时间评估更具有参考意义。

关键词：易损性分析阻碍因素 FEMA P-58 atc-138功能恢复时间方法

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