第3章_结构设计的一般原则--ok案例.ppt

3.8 最优设防水平决策 第二阶段： 按最优设防烈度进行优化设计。 在第一阶段求得最优设防烈度 后，就可以进行设防烈度为 时的最小造价设计， 求设计方案x( )，使结构造价 C[x( )] → min 并满足规范的要求和条件。这样得到的就是考虑了损失期望L(x) 的抗震结构最优设计方案。由于在决策最优设防烈度 时已考虑了损失期望，在此只需以最小造价的设计方案使结构具有抗抵所决策的最优设防烈度 的抗力即可。 3.8 最优设防水平决策 造价曲线C－I 的计算 对被优化的抗震结构， 给出若干不同的 （i ＝1，2，3，…），分别求出相应的最小造价 （ ）， 即可得出函数 （I） 曲线上的若干点。 在实际工程中， 同一设计小组， 针对同一个设计对象和不同的设防烈度 （i ＝１，２，３，…）， 可以分别得出一个设计方案x( )和相应的造价C[x(I)] 。 为了减小工作量， 可用C －I 曲线近似地代替 －I 曲线。因为在求 [x(I)]时须将结构造价表达为设计向量的函数C（x） 才能进行迭代计算， 此函数C（x）难以全面体现结构真正的造价。 简化方法得出设计方案x 后， 即可按常规办法计算结构真正的造价C（I）， 这样更符合实际情况。 3.8 最优设防水平决策 损失期望曲线L－I 的计算 灾害荷载都具有“强度大的发生频率低， 强度小的发生频率高” 的特点， 因而抗灾结构在服役期间能经常遇到小强度的灾害， 遇到很大强度灾害的概率较小。 对不同等级的灾害不能同等对待， 应该有不同的设防标准， 也即抗灾结构多级设防的概念。 目前， 我国GB50011-2010《建筑抗震设计规范》提出的是抗震设防三个水准的要求， 即“小震不坏，中震可修， 大震不倒”。三个水准烈度的相对关系如附表8.15所示。 3.8 最优设防水平决策 附表8.15　三个水准烈度 3.8 最优设防水平决策 我国规范还规定了５ 个破坏等级和与其相应破坏状态的定性描述。若 代表I 级破坏，则有（ ， ， ， ， ）＝（基本完好， 轻微破坏， 中等破坏， 严重破坏， 倒塌）。 与“不坏， 可修， 不倒”3个等级相比，5个等级分级较细， 计算时较为方便， 它们与三个等级划分的大致关系如附表8.15所示， 不坏相当于基本完好 ，可修相当于中等破坏 ，不倒相当于严重破坏 。 采用以下符号： x( )—— 按 烈度设防（满足规范的一切要 求） 的设计方案； —— 大于发生 级破坏的概率； —— 发生 级破坏的概率； 3.8 最优设防水平决策 按烈度I 设防并按规范设计的结构方案x(I)的总损失期望值为 式中　 ——结构受到 级破坏时的损失值， 它包括结构 破坏本身的直接损失和由于结构破坏而引发的 间接损失， 它考虑了抗震设计规范所规定的 多级失效准则。这样， 即可针对具体问题求 得图3.1 所示的C[x(I)]－I 曲线。 —— 在遇到烈度S 地震时发生大于 级 破坏的概率。 我们称 为地震烈度为S 时的条件失效概率。按照附表8.15设计准则的规定， 可得相应三个等级的条件失效概率曲线。 3.9 设计要点 结构设计方案的选取 一个优秀的结构设计方案， 能使结构的受力特性良好， 并且具有较好的经济性及长远的效益。 对于同一建筑设计方案， 可有多个不同的结构设计方案， 如选用不同的结构形式， 不同的建筑材料， 不同结构单元体的划分； 伸缩缝、沉降缝和防震缝的不同设置位置和处理方式； 抗侧力结构的不同布置方式和位置， 主楼与裙房的关系， 转换层的布置及采用的形式等。 一个优秀的设计必须选择一个经济合理的结构方案， 即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系， 在结构的可靠性与经济性之间取得最佳平衡。 3.9 设计要点 结构设计方案的选取 一个成功的方案， 应做到结构受力体系明确， 传力简捷， 并力求平面和立面规则， 这一点在地震区尤为重要。 设计者必须对工程的设计要求有深刻的理解， 应对地理环境、材料供应及施工条件等情况进行综合分析， 并充分注重与建筑、水、电、暖等相关专业的协调。 在此基础上进行结构的选型和结构方案的确定。对较为复杂