建筑結構不同抗震設計方法的對比管窺

摘 要：近幾年，建筑結構抗震設計方法方面的研究取得了重大突破，多種新的抗震設計方法和設計思想涌現出來，尤其是基于性能抗震設計方法。但是這些方法與現行規范的抗震設計方法的對比還不夠深入，需要進一步研究各種抗震方法在結構設計中的應用效果。本文將對建筑結構不同抗震設計方法的對比進行分析。

關鍵詞：建筑結構;抗震設計方法;對比分析

目前，我國現行規范抗震設計已經具備了基于性能抗震設計的雛形，但是還不夠靈活，對抗震性能控制不明確，而基于性能的抗震設計能有效地解決這些問題，其具有良好的發展前景。

一、基于性能抗震設計和現代抗震設計的設計思想比較

世界各國基本都是按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的思想，對建筑結構進行抗震設計。雖然設置了三個設防標準，但是在實踐中，都是按照單一標準進行抗震設計，并對位移限制進行控制。不同設防標準的結構性能與地震損失程度模糊不清，實際抗震效果是保證在大震情況下，建筑不倒塌，無法準確控制不同水準地震造成的破壞程度以及經濟損失。

二、抗震設防目標的比較

（一）設計地震作用水準

設計地震作用水準，能夠了解不同地震災害程度、建筑結構和設施的性能。在確定地震作用水準時，需要考慮震中距、地區震級、地震重現期和出現概率等因素。

我國多遇烈度地震和罕遇烈度地震的設防地震水準名義上是按照50年內63.5%和2%--3%考慮，但與實際存在一定出入。實際上，我國是以和中震烈度相差-1.55度和1度來定義小震大震烈度，是以基本地震為標準，再乘以一個固定常數系數得到。因此，我國各地小震和大震的地震重現率或者超越概率不同，所以地區50年內發生的超越概率63.5%的地震時，建筑結構的抗震性能是不同的。

基于性能抗震設計的劃分水平如表2，比較分析得出，水準一、三、五代表“小”、“中”、“大”震水平，再細分就有了水準二、四，這樣劃分便于理解多級地震設防標準、不同控制水平下，地震對結構的破壞程度。對應每個地震設防水準，能確定的參數只有地震加速度。比如，VISION2000的設計地震水準包括地面震動、滑坡、場地液化以及沉降等特征。

（二）抗震性能水平

結構地震性能水準表示在某一地震設計水準下預期結構的最大破壞程度，非結構與結構構件破壞及其造成的后果。從人員安全性、結構功能性和結構易損性三個角度對其進行描述。在定義地震性能時，需要考慮結構類型、修復使用、橫向和豎向承載構件、結構體系、設備和裝修以及結構變形等因素，將地震性能表述為量化指標，便于設計和評估建筑工程。我國規范中明確規定，可以用“不壞”、“可修”、“不倒”來描述在地震作用下結構性能水平。“小震”表示不受損或者不需修理可繼續修理的水平;“中震”表示輕度損壞，修理后能繼續使用;“大震”表示不致倒塌或者危害生命的嚴重破壞。這種提法對性能水平的描述不夠具體，性能水平界定模糊，因此，在抗震設計過程中，很難對建筑結構性能實施嚴格控制。目前，用哪種結構參數來劃分抗震性能水平還未形成統一共識，有人認為可以根據層間位移角來劃分抗震性能水平，有人認為可以根據能量和位移雙重參數來劃分抗震性能水平。結構性能控制參數不同，結構性能計算方法和衡量參數也不同。

（三）抗震措施比較

現行規范規定，在制定構件截面抗震措施時，需要考慮結構類型、地震烈度、房屋高度、重要性以及場地類別等因素，合理控制結構抗震性能水平的宏觀定性，不需對結構性能和損失程度進行描述。設計人員應該按照規范制定抗震措施，不需要考慮地震時結構性能狀態。這種做法的合理性和經濟性較低。

基于性能的抗震設計將地震作用下結構變形需求以及抗震措施結合起來，對構件截面進行變形能力設計，保證結構的變形能力和耗能能力與預期性能水平保持一致，達到目標性能水平。這種設計方法將抗震措施和結構性能目標結合起來，要求設計人員制定有效的抗震措施，保證達到預期抗震性能，對結構地震后的反應過程分析比較清楚，使抗震措施設計成為結構性能設計的重要內容，考慮了性能目標因素。

（四）可靠性理論在現代抗震設計和基于性能抗震設計中應用比較

在對結構進行抗震設計時，采用可靠性理論，能妥善處理地震作用時間、結構材料強度以及空間強隨機性等不確定因素。目前，我國抗震設計規范在設計構件強度時，運用了可靠性理論。雖然在設計過程中未直接運用可靠性理論，但是表達式分項系數設計是以可靠性理論為依據。不過可靠性理論的應用局限在結構構件層次上，根據分項系數分析不確定性設計出來的結構可靠度分布在較大范圍內，從而導致結構風險水平模糊不清。

三、總結

綜上所述，對于一般場地條件下較規則的普通框架結構，按照我國抗震規范設計能夠充分滿足大震、小震位移限值要求，也能滿足三個地震性能水準要求。基于性能抗震設計方法是根據地震性能水準進行設計，比較靈活，能全面把握在地震作用下結構性能。在抗震設計過程中，側移模式的假設、結構性能目標的制定、位移延性系數的選擇等因素都影響著設計地震作用的確定，從而導致無法對結構反應性能進行精確控制，因此，可以將基于性能的抗震設計引入到我國規范抗震設計中。

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