建筑结构基于性能的抗震设计理论和方法

摘要:上世纪90年代，因为当时发生的很多地震灾害，造成了无法估量的损失，在这样的情况下，对建筑行业也提出了新的要求，相应的，相关的一些抗震理论及设计也应运而生，基于性能的抗震设计理论就是在这样恶劣的条件下产生的。本文简要的阐述了建筑结构基于性能的抗震设计理论的主要内容，并探讨了现阶段基于性能的抗震设计的方法。

关键词:抗震设计，基于性能，性能水准

Abstract: in the 1990 s, when many of the earthquake happened, causing immeasurable loss, in such a case, the architecture industry has also put forward new requirements, accordingly, some of the related theory and design earthquake have emerged, based on the performance of the seismic design theory is in such bad condition of generation. This paper expounds the construction structure based on the performance of the seismic design the main content of the theory, and discusses the performance based on seismic design of the present method.

Keywords: seismic design, based on performance, and performance level

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

建筑结构中的抗震设计是为了保障人们的生命财产安全，但是近年来的地震灾害造成的人员伤亡和经济上的损失，都在直接和间接的影响着社会的安定和发展，从每次震后的情况可以发现，大多数房屋就算在地震的时候没有倒塌，实际上也无法再修复居住，这种自然灾害的破坏常常会超出人们的想象和预估。在1989年美国和台湾相继发生地震后，惨烈的灾后现状刺激了理论界和工程界的反思，到了上世纪90年代，美国学者先行提出了基于位移的抗震设计理论，此后，逐步发展成基于性能的抗震设计理论和方法。

建筑结构基于性能的抗震设计理论的主要内容包括地震的设防水准、结构性能水准、结构抗震性能目标、结构抗震方泄等斩面

一、地震设防水准

所谓地震设防水准就是在实际施工中，要切实的老虑客观环境因素，结合已经确定要设防的目标，合各方面社会条件决设防所用的厂数。我国的“三水准，䘤阶⮵”的震设防水准虽然有点于怦能的抗震设计的意思，但是因为第一水准ᒌ笤二水准的重现和超越概有很大的偏差，这两者之间的环节，也就昧房屋设计在经济和安全性能上就或存ᜨ一些问题。在19 5，美国加州结构程师协会就针对建筑构提出了一事基与性的戗震设计理论思想，并且提采用新地震设防水准的建议ဂ

二、结构性能水准

现有的建筑结构在已经预设的地震设防水准下能够估计到的最坏的灾害程度就是结构性能水准。早在2004年的时候，我国的相关学者就根据我国的国情与社会水平撰写了《建筑工程抗震设计性态通则（试用）》，这里面的内容充分显示了我国建筑结构在其结构性能水平的发展方向，但是，该通则并没有具体的说明实际建筑的结构或者其他的力学指标和相关的设备材料的使用及运行是什么样的情况，只是阐述了一些不同与现行规范抗震理论的建议。之后，美国加州工程师协会在Vision2000关于结构性能设计的研究报告中将建筑结构的抗震性能等级划分为四个等级，并且给出了一些想关的使用功能人员安全的裁定级别和总体上的大致描述。

三、结构抗震性能目标

同样是在Vision2000报告中提出的，并且将之划分为三个等级：基本目标，重要目标，最高目标。是人们根据当地的地质情况所预想的一个地震等级下，建筑结构所能达到的抗震的能力，结构抗震性能目标的确定一定要结合当地的居住条件，地质条件，做相关地壳运动的分析，详细分析建筑结构的功能，了解该建筑的投资与收益，假如发生地震，在各级地震后的损失与重建的情况，这样的抗震性能目标能带给社会和人们多大的价值和好处，更要深入调查这样的实施会让公众有什么样的反应和业主的承受力在什么样的程度。这也反应了抗震性能目标等级越高，其工程的造价就越高，在实际的建筑结构抗震性能目标的确定的时候，可以业主的需要来设定，因为在规范中提出的抗震性能目标的等级是最低的。

四、建筑结构基于性能的抗震设计方法

建筑结构基于性能的抗震设计方法主要有以下三种：基于位移的抗震设计法、承载能力的设计方法、能量设计法。这些方法虽然在设计理念上得到了各学术界和专家的一致认可，大家也是非常热衷于对这个方法的研究，但是，想要将其应用到实际的设计中，发挥其真正的最大的功效，就目前看来，还不是很系统和完善。

（一）基于位移的抗震设计法

基于位移的抗震设计法是在设计的初始阶段就已经明晰了建筑结构进的抗震能力，在图纸设计时，从建筑物的空间布局，结构的承载力各方面充分考虑，计算出抗震能力的大小，使得建筑结构在空间、经济、抗震能力上得到最完美的统一，它颠覆了传统的设计过程，从源头紧紧抓住抗震这个概念，可以说，和传统的抗震设计法相比，该设计法是性能设计中最合理优化最好的方法。下面简要论述基于位移的抗震设计法的实现过程：基于位移的抗震设计法在设计的最初阶段通过假设抗震性能的控制因素为位移或者层间位移导致，从这个假设出发，利用地震位移谱理论计算出在地震发生时建筑的位移结构有效周期，在该周期的范围内，计算出基底剪力的最大值，从而计算出具体的配筋设计。

(二)承载能力设计方法

承载能力设计方法在计算基底剪力时主要采用的是反应谱计算，在计算时，通过一定规则分配到结构全高再和其他荷载实现组合，以达到结构强度的设计，将承载能力分摊到各部分的结构，各部分在承受压力时，通过其变形程度再进行验算。承载能力设计方法是设计人员使用最多的方法，设计人员一般都能熟练掌握这种方法。承载能力设计方法在操作时十分简单，不需要繁复的或者一些难度较高的操作技巧，上手容易，在对性能概念的描述上也做到了清晰准确，细部的设计考虑到了十分细节上的问题，使得整个设计方法十分可靠，通过非线性静力的分析验算，承载能力设计方法在对结构非线性反应的控制上得到了很好的增强，对预期性目标的实现，能够做到游刃有余。当然，承载能力设计方法也有他的缺点，他的缺点主要是在弹性反应上，在对非弹性反应上只能保证其中一种性能的目标，不能对整个性能目标做到很好的控制。

（三）能量法

地震在产生的过程，通过震源不断的四周传递能量，建筑结构在地震时通过内部结构消耗掉一部分能量，当能量达到一定强度，而建筑对能量的吸收又已经饱和后，必然引发建筑物结构和内部设施的破坏。能量设计法就是基于这个认识而产生的。能量设计法通过对地震的再现，模拟出建筑结构在地震时的最大的承载能力，可以直接估算出结构的最大承载能力，以及地震发生时的破坏程度，但由于不确定性因素过多，应用方法也过于繁复，一般不为设计人员所采用。

建筑结构基于性能的抗震设计理论和方法的出现使人们对地震的认识由感性认识上升到理性认识，在预防地震时，不再怨天尤人，它在抗震中的具体量化和设防水准，让抗震有了实际的操作性，这在世界的抗震历史上，不得不说是一个全新的里程碑。

【参考文献】

[1]韩小雷，郑宜，季静，黄艺燕.《美国基于性能的高层建筑结构抗震设计规范》[J]. 地震工程与工程振动, 2008

[2]孙俊，刘铮，刘永芳.《工程结构基于性能的抗震设计方法研究》[J]. 四川建筑科学研究, 2005

作者简介：李晓雷1978年生 硕士研究生 从事建筑结构设计工作

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。