基于性能的建筑结构抗震设计

摘要：随着社会经济的发展，工程界对建筑结构基于性能的抗震设计有了更多的关注，对于一般的建筑结构来说，采用基于性能抗震设计的方法，不仅可以提高建筑结构的牢固性，还能有效避免抗震安全隐患，在此基础上，还能促进建筑结构的技术发展。笔者首先解释了基于性能的抗震设计的概念，接着分析了我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题和基于性能抗震设计理念的特点，最后提出了建筑结构基于性能的抗震设计方法，供业内人士参考。

关键词：建筑结构；性能；抗震设计；概念；特点；问题；方法

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

随着人们生活水平的提高，人们对社会的需求开始呈现多样化的特点，而随着建筑物越来越高，体型变得越来越复杂，建筑结构的抗震设计也变得更有挑战性。人们为了保障自身的安全，对此便有了更多的关注，对基于性能的抗震设计也更加重视起来，在此种方法下，会对设计者有所要求，那就是要对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出一定的评价。这种方法有很多好处，最主要的就是对于不安全的设计,能够正确的辨别出来，还可以提出一些方案来解决问题，使得建筑结构更加安全和经济。

1基于性能的抗震设计概念

以往提到的基于力的抗震设计或者基于位移的抗震设计，由于力和位移都是很明确的物理概念，可以被很容易地理解。但是基于性能的抗震设计，由于性能一词是一个宏观概念，不像力或位移可以直接成为设计参数，也可以直接应用到设计中去事实上，这里提到的结构性能往往可以与结构的破坏程度相关，而结构的破坏程度又可以由结构的反应参数来表示（如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标）。所以基于性能的抗震设计是比基于力或者基于位移抗震设计更为广泛的设计理念，更为直接地满足个人或者社会对建筑物的要求，即要求建筑物是否安全可靠，是否满足他们的使用需要，而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多强地震力，或者是变形控制在什么程度。

基于性能的抗震设计并不是一个全新的概念，尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究，也取得一些初步的成果，但是对于基于性能的抗震设计，现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC，ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中，对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和结构比例保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。一些学者也对基于性能抗震设计进行了描述，可见，尽管不同的机构或者个人对于基于性能的抗震设计描述不完全相同，但是这些论述中有一共同思想，就是基于性能抗震设计的主要思想：即结构在其设计使用期间内，在遭受不同水平的地震作用下，应该有明确的性能水平并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。

2 我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题

2.1我国现行的建筑抗震设计理论设计方法较为保守，缺乏新的设计理念，很大程度上阻碍了新的设计技术的实施。同时，在设计时候，缺乏对建筑结构性能的考虑，而只是根据我国一些曾经制定的抗震设计规范而行，只从刻板的标准出发，没有能综合考虑到各种实际状况。

2.2我国的设计理论和设计方法在很多抗震指标上规定不清晰，抗震设计理念不明确，加上很多建筑的使用者缺乏一定的抗震建筑知识，难以对所使用的建筑结构的抗震性能和抗震能力做出一个很明确的评判。

2.3目前，我国的建筑抗震设计多是重视对建筑的整体承载力和建筑的结构强度来进行，而忽视了对其他因素的考虑比如建筑结构的性能设计。同时，很多现行设计理论在进行建筑的设计时候，更多的注意着建筑的主题结构的抗震损失，而忽视了很多细节，对损失的控制力度不强。经济评估准则并没有在建筑业中得到广泛应用。

3 性能抗震设计理念的特点

通过对现行抗震设计理论的实践，可以对两者进行对比，以得到性能抗震设计理念的特点。

3.1多级设防。

相对于现行的三阶段设防目标(小震不坏、中震可修、大震不倒)，性能抗震设计注重多级设防，保护非结构件与内部设施，后者的设计理念既保证使用者安全，又减轻业主和社会的经济损失与压力。

3.2投资效益准则。

性能抗震设计偏重于安全、经济等多方面。在安全与经济之间找到合理、平衡的切入点，确定最佳方案，以优化设计为目的。

3.3自由度大。

相比较传统抗震设计刻板的被动状态，性能抗震设计可根据业主的要求确定目标，给设计带来新的动力。

4 建筑结构基于性能的抗震设计方法

作为性能设计理论的重要内容，基于性能的抗震设计方法显得尤为重要。那么怎样合理的运用基于性能抗震设计理念则引起了人们的广泛关注，为了能够把它有效地运用到实际中来，有很多学者都对此进行了思考，但是却还没有统一的认识，通过他们的总结，我们可以知道让性能设计思想运用到实际设计中来主要有以下步骤和方法：

4.1性能抗震设计阶段

4.1.1概念设计。根据用途和业主的要求，合理确定设防目标，通过场地、建筑平面等进行初步设计。

4.1.2 计算设计。根据预定的设防目标，计算出能影响各类因素的抗震参数，参数与预定目标不符要及时修改，直至满足参数需求。以基于位移的抗震性能设计为例，主要包括步骤有确定不同强度地震作用下性能目标；根据初步设计，确定结构内的位移的极限值；通过等效阻尼比等各类等效数值，确定等效刚度；设计采用必需的构造措施；评价结构强度要求和变形能力。以严谨、科学、合理的态度进行评估，如计算阶段有不符合，则需重复计算设计步骤，以不断完善结构设计。

4.1.3性能评估。通过各类的分析法得出设计结果来确定该建筑结构的性能。

4.2 性能抗震设计方法

目前大致主要有：位移影响系数、能力谱、直接位移设计等方法。

4.2.1位移影响系数法。基于结构性能设计方法，通过分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模态进行确定。以达到此系数的修正作用。此方法还存在着由于它是整体抗震评估方法，无法具体体现主要结构、楼层的损坏情况与抗震水准等问题。

4.2.2能力谱法。1975年被提出，随后不断改进。能力谱设计是将能力谱曲线与地震反应谱转化而来的需求谱，进行比较来评估其抗震性能。此方法侧重对结构的实际性能进行验算、评估。另外，能力谱设计法比较适用于平面结构可简化且分布较均匀的结构，否将会产生不小的误差。

4.2.3直接位移设计法。侧重于结构性能设计，概念简单，根据地震等级来预期位移计算，使结构达到预定位移。此方法也存在着只能从建筑结构材料的极限变化得到数值，而不能考虑到预期以外的强震效应的不足。

5 结语

建筑结构基于性能的抗震设计是比较宽泛的体系，它是现行抗震设计的延续与发展，以结构性能分析作为基础，建筑物的性能目标以全面、科学的因素来确定，使建筑物在面对不同等级的地震时，能达到预期的抗震目标。与传统抗震设计相比，优点明显：基于性能抗震相较于以往更系统化；性能抗震设计的适应性、连贯性更好，应用意义更大；灵活性的加大，使设计人员能发挥创造性，增加对新技术、新材料的推广应用等。性能抗震设计方法也需要解决一些设防水准数据化的划分，合理的参数取值范围介定等问题，才能更好的服务于社会经济建设，达到符合我国国情的设计规范。

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