顧鎮(zhèn)媛, 陳潤波, 沈吳欽

(1.南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院, 南通 226019；2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院, 南京 211816)

大跨度結(jié)構(gòu)通常為抗震性能要求很高的重要公共建筑，合理利用隔震技術(shù)可以大大提高其水平抗震性能,因此具有重要的工程意義。大跨度隔震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和性能評估是需要解決的基本問題[1-3]，其中結(jié)構(gòu)豎向地震反應(yīng)分析[4]是關(guān)鍵問題之一。盡管大跨度隔震結(jié)構(gòu)的基本響應(yīng)規(guī)律可以通過確定性分析方法得到，然而該方法容易得出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的離散結(jié)果，難以全面反映結(jié)構(gòu)反應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)信息。隨機(jī)振動(dòng)與可靠度理論的發(fā)展為特殊、重要的大跨度隔震結(jié)構(gòu)的非線性隨機(jī)響應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)安全可靠度分析提供了較好的解決方案。

目前，隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，大多是基于力的彈性設(shè)計(jì)，先進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再設(shè)計(jì)隔震層，最后開展結(jié)構(gòu)非線性時(shí)程分析以驗(yàn)證其隔震效果?，F(xiàn)在多采用基于性態(tài)的主體結(jié)構(gòu)與隔震層一體化的抗震設(shè)計(jì)方法。各國規(guī)范對結(jié)構(gòu)性態(tài)水平的劃分與描述主要是針對傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法也是針對傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，對于基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論在被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)中的實(shí)踐，特別是在大跨隔震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用尚不完善。有必要對于大跨隔震結(jié)構(gòu)的性態(tài)水平、性態(tài)目標(biāo)以及基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法等理論進(jìn)行全面系統(tǒng)地研究。

1 性態(tài)水平和設(shè)防目標(biāo)

大跨隔震結(jié)構(gòu)往往擔(dān)當(dāng)公共職能，屬于大型、重要、復(fù)雜結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者和業(yè)主對其性態(tài)水平的要求比傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)更高。因此，在大跨隔震結(jié)構(gòu)性態(tài)水準(zhǔn)的劃分和設(shè)防目標(biāo)的確定與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比更為嚴(yán)格。如果建筑物的政治經(jīng)濟(jì)影響不加以考慮，僅考慮建筑物的使用功能，那么建筑物分為四類[5]。使用功能不同的建筑物在不同設(shè)防水準(zhǔn)下的最低抗震性態(tài)要求如圖1所示。大跨隔震結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用于體育館、歌劇院等大型公眾建筑，所以屬于上述文獻(xiàn)分類的第Ⅲ類。

圖1 使用功能不同的建筑物最低抗震性態(tài)要求

1.1 性態(tài)水平和設(shè)防目標(biāo)的選取

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[6]的第3.8.2條規(guī)定，若建筑進(jìn)行了隔震設(shè)計(jì)，當(dāng)遭遇到本地區(qū)的多遇地震、設(shè)防烈度地震和罕遇地震影響時(shí)，可選擇高于本規(guī)范第1.0.1條的基本設(shè)防目標(biāo)?！督ㄖこ炭拐鹦詰B(tài)設(shè)計(jì)通則》(CECS 160：2004)[7]第3.6.2條規(guī)定，對隔震建筑上部結(jié)構(gòu)使用功能設(shè)定的要求，宜比其對非隔震建筑所設(shè)的規(guī)定高；第11.1.3條對隔震建筑性態(tài)設(shè)防目標(biāo)的規(guī)定則更加明確，要求隔震建筑能夠“中震不壞”和“大震可修”；且大跨隔震結(jié)構(gòu)按使用功能分類屬于第Ⅲ類，性態(tài)目標(biāo)因?yàn)閼?yīng)當(dāng)是“中震不壞”和“大震可修”，不同于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)“小震不壞”、“中震可修”和“大震不倒”。

結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[6]中已有的對傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)性態(tài)水平的劃分，按照最低抗震性態(tài)要求，將隔震層與上部結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)架屋蓋的性態(tài)水平劃分為3個(gè)等級：“充分運(yùn)行”、“運(yùn)行”、“基本運(yùn)行”，3種性態(tài)水平分別對應(yīng)“完好”、“輕微破壞”和“中等破壞”。因?yàn)榇罂绺粽鸾Y(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜與重要性，其對應(yīng)的性態(tài)水平的描述則要比美國應(yīng)用技術(shù)委員會提出的ATC-40[8]和美國加州工程師協(xié)會提出的Vision 2000[9]更嚴(yán)格。大跨隔震結(jié)構(gòu)的性態(tài)水平描述詳如表1所示。

表1 大跨隔震結(jié)構(gòu)性態(tài)水平劃分和描述

基于現(xiàn)有性態(tài)設(shè)計(jì)理論，提出大跨隔震結(jié)構(gòu)的多級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)防目標(biāo)，如表2所示。

表2 大跨隔震結(jié)構(gòu)性態(tài)目標(biāo)

第一級設(shè)防目標(biāo)為a, 代表大跨隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，其隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“充分運(yùn)行”的性態(tài)水平；第二級設(shè)防目標(biāo)為b、c，其中b表示大跨隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震作用下，隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“充分運(yùn)行”的性態(tài)水平，c表示在罕遇地震作用下，隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“運(yùn)行”的性態(tài)水平；第三級設(shè)防目標(biāo)為d、e、f，其中d表示大跨隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“充分運(yùn)行”的性態(tài)水平，e表示設(shè)防烈度地震作用下，隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“運(yùn)行”的性態(tài)水平，f表示罕遇地震作用下，隔震層與上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)滿足“基本運(yùn)行”的性態(tài)水平；g、h、i均為不可接受的性態(tài)目標(biāo)，在大跨隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中不予采用。

1.2 設(shè)防目標(biāo)的量化

基于性態(tài)抗震設(shè)計(jì)理論的核心問題之一就是如何合理、有效地量化性態(tài)目標(biāo)。目前，位移、加速度、力、能量、損傷等參數(shù)指標(biāo)及不同指標(biāo)之間的混合使用均可用以描述結(jié)構(gòu)或構(gòu)件容許的破壞狀態(tài)，最為常用的是位移指標(biāo)。中國分別對各類型傳統(tǒng)型抗震結(jié)構(gòu)關(guān)于層間位移角的限值的規(guī)定?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[6]第10.2.12條對大跨屋蓋結(jié)構(gòu)撓度限值也作了規(guī)定。

對于隔震層，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)第12.2.3條和現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果，隔震層位移應(yīng)該取0.55D(D為最小支座直徑)和300%γ(γ為剪應(yīng)變)這兩者之間的較小值作為“基本運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)；取0.50D和250%γ這兩者之間的較小值作為“運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)；取0.45D和200%γ這兩者之間的較小值作為“充分運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)，隔震支座壓應(yīng)力限值均控制在10 MPa。大跨隔震結(jié)構(gòu)性態(tài)設(shè)防目標(biāo)主要和外部激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的變形有關(guān)，其中層間位移指標(biāo)是能夠簡單且較準(zhǔn)確地看出結(jié)構(gòu)側(cè)向變形等參數(shù)，不僅如此，該指標(biāo)還能和基于位移的性能設(shè)計(jì)方法相關(guān)聯(lián)。已有研究表明，隔震結(jié)構(gòu)隔震層以上樓層層間位移角較小，上部結(jié)構(gòu)層間位移限值采用文獻(xiàn)[10]推薦的Hi/200(Hi為樓層層高)，這與抗震規(guī)范規(guī)定的1/50的彈塑性層間位移角限值相比偏于保守，而1/550的彈性層間位移指標(biāo)對非剪切型的大跨隔震結(jié)構(gòu)來說過于苛刻。因此，對于上部結(jié)構(gòu)各樓層層間位移應(yīng)該取彈塑性層間位移限值Hi/50作為“基本運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)；取Hi/200作為“運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)；取彈性層間位移限值Hi/250作為“充分運(yùn)行”性態(tài)水平下的量化指標(biāo)。

對于大跨結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架屋蓋的豎向振動(dòng)不容忽視，因此撓度指標(biāo)也是性態(tài)目標(biāo)的一個(gè)量化指標(biāo)。建議將絕對位移作為隔震層、上部結(jié)構(gòu)樓層，撓度作為網(wǎng)架屋蓋的性態(tài)控制指標(biāo)，其中網(wǎng)架屋蓋的撓度限值在任一性態(tài)水平下均應(yīng)滿足。

2 基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法

研究表明網(wǎng)格約束強(qiáng)弱及邊界條件對結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響較大。水平約束較強(qiáng)時(shí)，被激發(fā)的主要是豎向振型；反之則是水平振型被激發(fā)。由此可以看出，水平約束能力越小，結(jié)構(gòu)基本周期就越大，那么相應(yīng)的地震響應(yīng)就越小。研究的大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)采用基礎(chǔ)隔震，在柱腳和基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震裝置以延長結(jié)構(gòu)周期、增大結(jié)構(gòu)阻尼，從而減少上部結(jié)構(gòu)包括屋蓋的地震響應(yīng)。通過對大跨結(jié)構(gòu)隔震層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使其滿足性態(tài)指標(biāo)要求。

2.1 結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算模型

在大跨隔震網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)的抗震性態(tài)設(shè)計(jì)中，主要關(guān)注大跨網(wǎng)架屋蓋和隔震層的抗震性態(tài)，其中上部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和隔震層的水平剛度往往處于一個(gè)數(shù)量級，前者是后者的幾倍到十幾倍關(guān)系，且大跨隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性復(fù)雜，因此不宜采用剪切型普通隔震結(jié)構(gòu)常使用的串聯(lián)質(zhì)點(diǎn)模型，而采用唐柏鑒等[11]提出的串聯(lián)彈簧模型，如圖2所示。

M表示結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量；Ki表示隔震層的水平剛度；Ke表示上部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度

2.2 構(gòu)件恢復(fù)力模型

隔震層系統(tǒng)具有強(qiáng)非線性力學(xué)行為，目前工程應(yīng)用上主要采用鉛芯隔震支座和天然橡膠支座布置隔震層。隔震層的恢復(fù)力特性采用圖3所示的雙線性模型來模擬。其中，K1為初始彈性剛度，K2為屈服后剛度，fy為屈服力，3個(gè)參數(shù)均為與隔震支座的變形無關(guān)的常量。這3個(gè)參數(shù)和已定的目標(biāo)位移決定了等效阻尼比ξe的大小，整個(gè)理論的分析實(shí)際上是一個(gè)迭代計(jì)算過程。隔震層等效阻尼比ξIS由一個(gè)滯回歷程內(nèi)非線性系統(tǒng)的總能量ED與彈性范圍內(nèi)能量ES的比值表示：

圖3 隔震層雙線性模型

(1)

式(1)中：μ為延性系數(shù)，μ=Δ0/Δy，Δ0和Δy分別為隔震層設(shè)計(jì)位移和屈服位移；α為隔震層的二次剛度系數(shù)。

大跨隔震結(jié)構(gòu)阻尼比ξeq包括隔震層等效阻尼比ξIS和上部結(jié)構(gòu)固有阻尼比ξI，即

ξeq=ξIS+ξI

(2)

式(2)中：因?yàn)樯喜繛榛炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)屋蓋混合結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[6]，阻尼比ξI可取2.5%～3.5%，這里取3%。

2.3 基于位移性態(tài)設(shè)計(jì)方法的基本流程

通過合理選用、布置隔震支座可以有效減少上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。采用串聯(lián)彈簧模型設(shè)計(jì)隔震層隔震支座參數(shù)及布置，使其滿足隔震層層間位移角性態(tài)目標(biāo)，并驗(yàn)證其網(wǎng)架撓度是否超過限值。

3 數(shù)值算例

對一典型兩層大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行8度(0.3g)罕遇烈度地震下的性態(tài)設(shè)計(jì)。選擇第二級設(shè)防目標(biāo)，對照表2，即隔震層在罕遇地震水準(zhǔn)下應(yīng)滿足“運(yùn)行”(c)的性態(tài)水平。隔震層目標(biāo)位移為0.50D，上部結(jié)構(gòu)樓層層間位移限值為Hi/200，網(wǎng)架屋蓋撓度限值為li/250(li為結(jié)構(gòu)短向跨度)。

3.1 結(jié)構(gòu)基本信息

大跨網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)平面尺寸為30 m×60 m。隔震層質(zhì)量m0=4.75×105kg，隔震層上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量m1+2=2.71×106kg，網(wǎng)架屋蓋質(zhì)量m3=5.12×104kg。隔震層層高為h0=1.5 m，一層層高h(yuǎn)1=5.0 m，二層層高h(yuǎn)2=5.0 m，網(wǎng)架屋蓋高度h3=1.73 m。結(jié)構(gòu)所在場地類別為Ⅱ類，8度(0.3g)罕遇地震下峰值加速度為510 cm/s2。

3.2 性態(tài)設(shè)計(jì)過程

(1)初步設(shè)計(jì)該大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用周邊支承形式，隔震層橡膠隔震支座全部布置在周邊柱和框架柱柱底。根據(jù)隔震支座豎向面壓不能超過10 MPa的原則，選取直徑D為400 mm的橡膠隔震支座。按第二級設(shè)防目標(biāo)對大跨隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即結(jié)構(gòu)的隔震層能達(dá)到罕遇地震下“運(yùn)行”的性態(tài)水平。假定隔震層的屈服系數(shù)α為0.153 8。隔震層目標(biāo)位移Δ0=200 mm。初始的屈服位移取6.14 mm，則隔震層初始的延性系數(shù)為32.57。表3為大跨隔震結(jié)構(gòu)隔震層所用支座的參數(shù)。

表3 大跨隔震結(jié)構(gòu)隔震支座的參數(shù)

(3)假定隔震層水平剛度為無窮大，取振型為側(cè)向運(yùn)動(dòng)所對應(yīng)的頻率f=2.376 Hz。下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度Kc=4π2f2M=7.22×105kN/m。

(5)隔震層上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量We=27 612 kN，根據(jù)日本的經(jīng)驗(yàn)，屈服力fy=(0.02～0.1)We，這里取fy=0.06We=1 656.72 kN。

(8)由隔震層初始剛度Ki,u、屈服后剛度Ki,d、等效剛度Ki,eq、屈服力fy和等效阻尼比ξIS確定合理的鉛芯橡膠隔震支座(LRB)400與天然疊層像膠隔震支座(NRB)400的數(shù)量配比。經(jīng)計(jì)算，確定(LRB400)的個(gè)數(shù)為32，NRB 400的個(gè)數(shù)為8。

表4給出了該大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)基于性態(tài)的隔震層優(yōu)化結(jié)果。

表4 大跨隔震結(jié)構(gòu)根據(jù)罕遇地震下“運(yùn)行”設(shè)防目標(biāo)的設(shè)計(jì)結(jié)果

為了驗(yàn)證性態(tài)設(shè)計(jì)方法的可靠性，將隔震層的設(shè)計(jì)結(jié)果輸入有限元模型，對大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)果表明對于大跨網(wǎng)架隔震結(jié)構(gòu)，其第1階自振頻率為0.500 508 Hz，與前期按串聯(lián)彈簧模型對隔震層進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)所取的初始頻率0.5 Hz非常接近，驗(yàn)證了采用串聯(lián)彈簧模型計(jì)算大跨網(wǎng)架屋蓋隔震結(jié)構(gòu)的基本頻率是可行的。

3.3 基于性態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震響應(yīng)與可靠度評價(jià)

結(jié)合概率密度演化理論和極值分布理論[12]計(jì)

算大跨隔震結(jié)構(gòu)在“運(yùn)行”性態(tài)水平下的可靠度，對基于性能設(shè)計(jì)的大跨隔震結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評價(jià)。隔震支座采用32個(gè)鉛芯橡膠支座(直徑為400 mm)和8個(gè)天然橡膠支座(直徑為400 mm)?，F(xiàn)采用李杰等[13]提出的基于物理的隨機(jī)地震動(dòng)模型和快速傅里葉變換合成技術(shù)生成符合場地條件的202條隨機(jī)地震動(dòng)，并調(diào)整加速度峰值至510 cm/s。然后，對所優(yōu)化設(shè)計(jì)的大跨隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于三維隨機(jī)地震響應(yīng)的概率密度演化計(jì)算與可靠度評價(jià)。研究表明網(wǎng)架屋蓋的豎向振動(dòng)不容忽視，因此選擇撓度作為考查網(wǎng)架屋蓋可靠度的指標(biāo)。網(wǎng)架屋蓋上下弦層所選取的9個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的分布位置如圖4所示，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)依次編號為1～9，其中點(diǎn)1、9為下弦層上的點(diǎn)，點(diǎn)2～7為上弦層上的點(diǎn)。根據(jù)極值分布理論，圖5分別給出隔震層、一層、二層層間位移以及網(wǎng)架屋蓋水平位移的概率分布函數(shù)(cumulative distribution function，CDF)及對應(yīng)的性態(tài)水平可靠度。

圖4 網(wǎng)架屋蓋關(guān)鍵點(diǎn)布置

圖5 水平位移極值的概率分布函數(shù)

從圖5可知，計(jì)算結(jié)構(gòu)各樓層位移極值的概率分布函數(shù)，可以得到不同位移設(shè)防目標(biāo)對應(yīng)的可靠度指標(biāo)。可以看出，當(dāng)根據(jù)罕遇地震下“運(yùn)行”的第二級設(shè)防目標(biāo)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能設(shè)計(jì)時(shí)，滿足這一性態(tài)水平的隔震層可靠度為96.58%，大跨隔震結(jié)構(gòu)整體可靠度為94.36%；而大跨隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)防目標(biāo)為較低一級，即罕遇地震下“基本運(yùn)行”時(shí)，滿足這一性態(tài)水平的結(jié)構(gòu)整體可靠度為97.95%；設(shè)防目標(biāo)為較高一級，即罕遇地震下“充分運(yùn)行”時(shí)，滿足這一性態(tài)水平的結(jié)構(gòu)整體可靠度為83.64%，大跨隔震結(jié)構(gòu)達(dá)到“充分運(yùn)行”這級性態(tài)水平的概率比“運(yùn)行”與“基本運(yùn)行”要低。后兩個(gè)性態(tài)水平下隔震層可靠度對大跨隔震結(jié)構(gòu)體系可靠度起到主要作用，“充分運(yùn)行”性態(tài)水平下，隔震結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋可靠度最低。

在8度(0.3g)罕遇地震下，性態(tài)水平為“運(yùn)行”時(shí)，隔震層的位移指標(biāo)為200 mm；上部結(jié)構(gòu)的層間位移角指標(biāo)為1/200，一層與二層層間位移指標(biāo)為25 mm?；谏厦娓鲗拥母怕史植冀Y(jié)果和位移限值，即可得到各性態(tài)水平對應(yīng)的動(dòng)力可靠度，大跨隔震結(jié)構(gòu)隔震層、上部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)整體的可靠度如表5所示，其中計(jì)算整體可靠度時(shí)二層可靠度選擇點(diǎn)1和點(diǎn)2兩種中失效概率更大者。

表5 罕遇地震“運(yùn)行”設(shè)防目標(biāo)下隔震層、上部結(jié)構(gòu)與整體的可靠度

圖6分別為網(wǎng)架點(diǎn)2～9共8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)豎向位移極值的概率分布函數(shù)與對應(yīng)的性態(tài)水平的可靠度。

圖6 網(wǎng)架豎向位移極值的概率分布函數(shù)

在8度(0.3g)罕遇地震下，性態(tài)水平為“運(yùn)行”時(shí)，網(wǎng)架屋蓋豎向位移指標(biāo)li/250，為120.0 mm?；谏厦娓麝P(guān)鍵點(diǎn)的概率分布結(jié)果與位移限值，即可得到各性態(tài)水平對應(yīng)的可靠度，大跨隔震結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋的可靠度如表6所示。當(dāng)根據(jù)罕遇地震下“運(yùn)行”的設(shè)防目標(biāo)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能設(shè)計(jì)時(shí)，滿足這一性態(tài)水平的網(wǎng)架各關(guān)鍵點(diǎn)的可靠度均大于97.00%，其中可靠度最小的節(jié)點(diǎn)為上弦層角點(diǎn)(點(diǎn)2)，最大失效概率僅為0.026 2，說明大跨隔震結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋在罕遇地震作用的“運(yùn)行”性態(tài)水平下基本不會發(fā)生失效。

表6 罕遇地震“運(yùn)行”設(shè)防目標(biāo)下網(wǎng)架屋蓋的可靠度

4 結(jié)論

(1)選取位移指標(biāo)量化大跨隔震結(jié)構(gòu)的性態(tài)設(shè)防目標(biāo)，提出了隨機(jī)地震下大跨隔震結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)框架：劃分性態(tài)水平；選取并量化結(jié)構(gòu)設(shè)防目標(biāo)；基于位移指標(biāo)的隔震層設(shè)計(jì)；隨機(jī)地震下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的概率密度計(jì)算；大跨隔震結(jié)構(gòu)在給定性態(tài)水平下的可靠度評價(jià)。

(2)當(dāng)按罕遇下“運(yùn)行”的設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行性能設(shè)計(jì)時(shí)，網(wǎng)架屋蓋基本不會發(fā)生失效，達(dá)到這一性態(tài)水平的隔震層的可靠度為96.58%，大跨隔震結(jié)構(gòu)體系可靠度為94.36%，在“充分運(yùn)行”和“基本運(yùn)行”性態(tài)水平下隔震層和結(jié)構(gòu)體系可靠度也較高，故可以認(rèn)為按罕遇地震“運(yùn)行”設(shè)防目標(biāo)設(shè)計(jì)的隔震層和大跨隔震結(jié)構(gòu)體系均具有較高的可靠度。

(3)基于概率密度演化和極值分布理論的概率分布曲線可以較為直觀地看出不同性態(tài)目標(biāo)下的動(dòng)力可靠度，采用量化的、具有概率特征的可靠度指標(biāo)可以有效評價(jià)大跨隔震結(jié)構(gòu)的安全性，對大跨隔震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。