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随着中国经济的快速发展、人口的持续增长和空前的城市化进程，社会发展对高层建筑等高性能结构的需求日益增加。在过去的几十年里，地震、强风和爆炸等灾害频繁发生，造成了高昂的经济损失和严重的人员伤亡。中国地处亚欧板块、太平洋板块和印度洋板块之间，且疆域辽阔、海岸线绵长，这造就了中国地震和强风等自然灾害频发。气象资料分析表明，地震发生前后，震中区的大气压和大气温度等发生显著变化，进而诱发风的形成。高层建筑等高性能结构服役周期长、建设投资大，其在全寿命周期内不可避免会遭受地震和强风的单独或同时作用。而传统设计方法，通常只考虑单种灾害对建筑结构的单次作用，并基于最不利荷载对结构进行设计，而忽略地震和强风耦合作用对结构全寿命周期抗灾性能的影响，且缺乏地震和强风的联合概率模型。因此，本文提出了基于Copula函数的地震和强风联合概率模型、高层建筑在地震和强风耦合作用下的风险分析和基于可靠度的结构抗多灾荷载系数修正方法。以云南大理地区作为灾害数据来源地以及某42层钢框架-RC核心筒建筑为研究对象，进行了详细地分析。主要研究内容和结论如下:
(1)根据中国地震局强震台网中心提供的大理地区1970-2017年间面波震级超过4级的实测地震动记录和地震目录，确定了Frechet分布是描述PGA概率分布的最优模型，并通过逻辑树的方法考虑随机变量不确定性的影响，最后绘制了该地区的地震危险性曲线。另外，依据中国气象局数据中心提供的1971-2017年间10米高处仪器记录的日值最大风数据，确定三参数Weibull分布可以更好地描述大理地区的风速概率分布。
(2)本文基于统计工具和实测数据，提出了地震和强风的联合概率模型，该概率模型可用于地震和强风耦合作用下结构的风险分析。首先，根据从大理地区获取的76对既有地震又有强风记录的数据对，通过Copula函数建立了PGA和强风风速的联合累积概率分布函数。结果表明，基于Joe阿基米德Copula函数确定的地震和强风联合概率模型可以较好地描述其实测联合概率分布。接下来，又将该方法应用于风速风向联合概率模型研究，通过与传统分析方法，即基于乘法定理和角度-线性（Angular-linear,AL）模型的方法进行对比，验证了本文所提出方法不仅能够较好地描述实测风速风向的联合概率分布，更能高效简便地预估任意风向给定重现期的风速值。
(3)本文提出了基于概率的高层建筑在地震和强风耦合作用下的风险分析方法，其中，多种灾害包含三种类型:地震和强风单独作用以及地震和强风同时作用。开展了风致高层建筑风险评估的研究，分析中综合考虑了风速风向联合概率分布、风攻角和结构朝向以及随机变量不确定性对风险评估结果的影响。研究表明，高层建筑的风致易损性对风攻角敏感，且总破坏概率对结梅朝向表现出显著的依赖性。其次，文中通过提出的风险评估方法分别研究了高层建筑在地震单独作用以及地震和强风同时作用下的风险状况，分析过程中考虑了随机变量和输入荷载的不确定性及多种加载工况和材料弹塑性行为的影响。分析表明，结构破坏概率对加载工况反应敏感，且随着极限状态的增强而减小。
(4)基于地震和强风耦合作用下的结构风险分析结果，将三种灾害类型下高层建筑的破坏概率之和定义为总破坏概率，通过分析各灾害类型对总破坏概率的贡献程度可以发现，在考虑灾害的发生概率时，地震和强风同时作用对总概率的贡献在多数极限状态下均占据主导地位。而在多灾害研究领域，通常忽略地震和强风同时作用对高层建筑风险评估的影响，且常假定地震和强风属于完全相互独立的极端事件。本文的研究结果表明，这一被广泛采纳的假设是不合理的，相反，在对高层建筑进行抗多灾耦合作用的性能分析和设计方法研究时，应综合考虑多种灾害的耦合效应。
(5)最后，以地震和强风耦合作用下的结构风险评估结果为基础，提出了基于可靠度的高层建筑抗地震和强风耦合作用的荷载修正系数计算方法。选定合理的目标可靠度指标后，应用该方法分别计算了不同极限状态下地震强度指标和风荷载强度指标的修正系数及其相应的荷载组合系数。结果表明，由基于可靠度方法确定的荷载组合系数均不小于规范值，即需要对现行规范中地震和风荷载的设计强度进行适当修正。当然，文中确定的荷载组合系数在工程应用前，仍需补充大量的试验研究和有限元分析。但本文提出的荷载修正系数计算方法，为指导规范中相关条文的修订提供了理论基础和技术手段，且可以很好地扩展至其它多种灾害耦合作用的设计方法研究中，具有较强的应用价值。
(1)根据中国地震局强震台网中心提供的大理地区1970-2017年间面波震级超过4级的实测地震动记录和地震目录，确定了Frechet分布是描述PGA概率分布的最优模型，并通过逻辑树的方法考虑随机变量不确定性的影响，最后绘制了该地区的地震危险性曲线。另外，依据中国气象局数据中心提供的1971-2017年间10米高处仪器记录的日值最大风数据，确定三参数Weibull分布可以更好地描述大理地区的风速概率分布。
(2)本文基于统计工具和实测数据，提出了地震和强风的联合概率模型，该概率模型可用于地震和强风耦合作用下结构的风险分析。首先，根据从大理地区获取的76对既有地震又有强风记录的数据对，通过Copula函数建立了PGA和强风风速的联合累积概率分布函数。结果表明，基于Joe阿基米德Copula函数确定的地震和强风联合概率模型可以较好地描述其实测联合概率分布。接下来，又将该方法应用于风速风向联合概率模型研究，通过与传统分析方法，即基于乘法定理和角度-线性（Angular-linear,AL）模型的方法进行对比，验证了本文所提出方法不仅能够较好地描述实测风速风向的联合概率分布，更能高效简便地预估任意风向给定重现期的风速值。
(3)本文提出了基于概率的高层建筑在地震和强风耦合作用下的风险分析方法，其中，多种灾害包含三种类型:地震和强风单独作用以及地震和强风同时作用。开展了风致高层建筑风险评估的研究，分析中综合考虑了风速风向联合概率分布、风攻角和结构朝向以及随机变量不确定性对风险评估结果的影响。研究表明，高层建筑的风致易损性对风攻角敏感，且总破坏概率对结梅朝向表现出显著的依赖性。其次，文中通过提出的风险评估方法分别研究了高层建筑在地震单独作用以及地震和强风同时作用下的风险状况，分析过程中考虑了随机变量和输入荷载的不确定性及多种加载工况和材料弹塑性行为的影响。分析表明，结构破坏概率对加载工况反应敏感，且随着极限状态的增强而减小。
(4)基于地震和强风耦合作用下的结构风险分析结果，将三种灾害类型下高层建筑的破坏概率之和定义为总破坏概率，通过分析各灾害类型对总破坏概率的贡献程度可以发现，在考虑灾害的发生概率时，地震和强风同时作用对总概率的贡献在多数极限状态下均占据主导地位。而在多灾害研究领域，通常忽略地震和强风同时作用对高层建筑风险评估的影响，且常假定地震和强风属于完全相互独立的极端事件。本文的研究结果表明，这一被广泛采纳的假设是不合理的，相反，在对高层建筑进行抗多灾耦合作用的性能分析和设计方法研究时，应综合考虑多种灾害的耦合效应。
(5)最后，以地震和强风耦合作用下的结构风险评估结果为基础，提出了基于可靠度的高层建筑抗地震和强风耦合作用的荷载修正系数计算方法。选定合理的目标可靠度指标后，应用该方法分别计算了不同极限状态下地震强度指标和风荷载强度指标的修正系数及其相应的荷载组合系数。结果表明，由基于可靠度方法确定的荷载组合系数均不小于规范值，即需要对现行规范中地震和风荷载的设计强度进行适当修正。当然，文中确定的荷载组合系数在工程应用前，仍需补充大量的试验研究和有限元分析。但本文提出的荷载修正系数计算方法，为指导规范中相关条文的修订提供了理论基础和技术手段，且可以很好地扩展至其它多种灾害耦合作用的设计方法研究中，具有较强的应用价值。