邵彦俊

目前，确定性与非确定性方法是大跨度民用建筑抗震性能评价中使用的主要评价方法，但是在评价中所选取的地震效果不同，反映出来的地震时间过程也有所差异[1]。例如，非确定性评估方法是在不确定的地震作用下，通过采用随机的确定性地震作用方式来反映整个过程，对评估结构的受力变化以及产生的受损结果进行分析评价，这是一种在有限条件下只考虑主要影响因素的评估方法。但是由于地震产生原因、制约因素、震区地质环境等影响因素纷繁复杂，导致真实的地震情况极为复杂。但当前主流研究地震的随机振动理论难以综合考虑到所有因素，这就导致建立的地震动随机模型尚不能完全复现地震的真实场景，无法对大跨度民用建筑的抗震性能进行有效评估[2]。为解决这一问题，本文利用ETABS 软件对传统的pushover评估方法进行了优化。

1.大跨度民用建筑抗震性能评估方法设计

1.1 优化pushover 评估方法

本文在原有pushover 评估方法[3]的基础上进行创新，将ETABS 软件与pushover 方法相结合，通过定义工况和非线性铰，建立分析模型，并对模型进行有限元分析，得到塑性铰分布图、楼层位移角度曲线、层间位移倾斜度角曲线及建筑物结构基底剪力——位移曲线等分析结果，对上述结果进行评估，得出抗震性能的结论。

ETABS 计算机软件是建筑行业对不同结构体系的建筑物提供抗震评估的专用评估软件；pushover 分析为结合反应谱的静力弹塑性分析工具。软件强大的分析功能为评估和巩固工业及民用建筑的地震恢复能力提供了一整套系统的分析和标准。在评估软件中，通过数据分析、对标典型模型，将地震等级与建筑物性能表现等级（Building Performance Level）和建筑物修复目标（RehabilitationObjectives）三者相关联，并分类制定不同情况下的恢复重建目标[4]。对于大跨度民用建筑结构，通过pushover 方法建立经静力线性、动力线性、静力非线性和动力非线性四种评估指标，评估结构抗震性能。

1.2 ETABS 与pushover 结合的应用

首先，通过ETABS 软件对结构进行分析，得到平时与地震中大跨度建筑结构的内力参数、应力参数、各结构层响应曲线、位移等参数。再经过静力弹塑性分析得到曲线、楼层响应曲线、结构的内力、位移等参数，结构达到目标位移时的性能点。最后，使用得到的参数，通过ETABS软件生成了性能点曲线，随后进行需求谱的转换，然后计算等效阻尼 βeff，计算过程如下：

通过软件分析得到屈服点坐标(ay，dy)，性能点坐标(ap，dp)

式1 中，ED为结构的等效需求。式2 中，ES为结构的能力需求，计算得出大跨度民用建筑的等效需求与能力谱需求是否相交于一点。若相交于一点，则得出结构能抵抗地震作用下结构的塑性变形，此时地震中结构处于安全状态，反之则不安全。

2.工程实例

2.1 工程简述

现在以某办公楼为实例对创新pushover 分析方法进行验证分析。实例建筑为L 型建筑，结构体系为钢筋混凝土，共7 层，其中首层为商铺，层高为3.3m；建筑平面尺寸总长为36m，总宽为9m，其他层为办公及配套用房，总高22.80m，采用C25 混凝土现浇大跨度框架，楼板为现浇钢筋混凝土，板厚100mm。该建筑兴建于场所类别为II 类的场所上，所在地区的抗震设防强度为7 度。实验中设置施加于建筑物的基本地震加速度值为0.150g，循环周期为0.40s。分为两组进行试验。

实验中建立标准评估模型。考虑到杆系有限元模型在直观展现结构非线性分析精确度有优势，建模计算复杂程度中等，可为一般实验室的硬件环境所接受，具有实用性的特点，可以满足绝大多数工程的需要。因此将杆系有限元模型作为本次实验的标准评估模型。采用ETABS 软件根据建筑结构构件及设计环境的基本情况建立分析用例。

2.2 实验过程

试验的大跨度建筑主要构件的截面尺寸及材料强度如表1 所示。

表1 大跨度民用建筑结构构件的基本情况

经过静力弹塑性（pushover）分析得到曲线、楼层响应曲线、结构的内力、位移等参数，通过对原结构进行分析，求得不同工作条件下结构的层间位移角，可以看出这种结构具有相应的抗震水平和地震级别，通过比较可知，结构虽然在地震作用下发生了塑性变形，但其骨架仍在碳素层间位移角规范规定的范围内，形变量不足以产生破坏性后果，所以该框架能够满足我国现行抗震规范的要求。塑性铰链结构达到性能点后的分布图，如图1 所示。

图1 结构达到性能点后塑性铰分布图

实验的建筑结构在水平加荷模式下得到了性能点，对结构的性能点曲线进行分析，可以发现结构仍处于安全状态。楼层最大位移曲线始终处于安全范围内，也从一个层面佐证了这一点，建筑结构在相对于设防等级的地震作用下依然安全，满足抗震的指标要求。

通过位移角和位移曲线得到塑性铰的结果。结构的局部变形是检验抗震性能的重要指标之一。计算机分析结果显示，建筑物结构在性能点前塑性铰主要出现在梁端位置，具有一定的延性能力，未对梁体产生破坏影响，说明该结构满足“强柱弱梁”的要求。

当结构响应超过性能点后，柱底位置也出现塑性铰，发展顺序基本上是从下往上发展。此时，虽然结构出现了一定的破坏，但建筑结构仍可快速恢复。

当建筑结构达到性能点后，在同一方向继续施加水平荷载，导致四层转角框架梁柱结构出现过大的塑性变形，失去稳定性。该结构的承载力大小与相应的抗震设防水平要求相当。下部结构在外力作用下虽然出现了一定的破坏，但不会立即失效，形成倒塌，基本可以达到抗震要求。在地震强度继续增大时，角落结构的薄弱环节出现扭转效应，出现较严重的形变。

3.结束语

综上所述，优化后的pushover 评估方法所得到的性能分析数据对比传统方法更加准确和快捷。

相对于传统的评估方法，用ETABS 优化后的pushover 方法可以解决传统方法的大部分不足之处，但是用静力弹塑性分析方法评价既有建筑结构的抗震性能是一项复杂的工作，要使分析结果更准确，还须对其做进一步的研究和改进。