基于性能的建筑結構抗震設計

彭桂萍

【摘要】近年來，地震自然災害發生概率越來越高，對我國社會的發展和人民的生命安全產生了重大影響。文章對基于性能的建筑結構抗震設計進行分析，具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】性能；建筑結構；抗震設計

一、 前言

文章對基于性能的建筑結構的抗震設計概念進行了介紹，對現行建筑結構抗震設計理念存在問題進行了闡述，通過分析，并結合自身實踐經驗和相關理論知識，對建筑結構基于性能的抗震設計方法進行了探討。

二、基于性能的建筑結構的抗震設計概念

基于性能的抗震設計方法是一種基于"投資-效益"準則，兼顧結構抗震設計共性和個性要求的抗震設計方法，是抗震設計理論的變革。基于性能的抗震設計方法可以根據具體的情況，選取適當的設防目標，設計功能多樣化的建筑結構，這樣的設計方案就可以滿足不同的設防目標。基于性能的抗震設計是比基于力，基于位移或者基于其他方面的抗震設計更為廣泛的設計理念，基于性能的抗震設計可以更為直接的滿足用戶對于建筑的要求。建筑結構在正式使用的過程中，能夠對于不同程度的地震有一定的抵御能力，建筑本身的性能能夠應對相應程度的地震。基于性能的抗震設計的可行目標是在耗用資源最少的情況下，設計出能夠抵抗最糟糕的情況的建筑結構，確保群眾的生命財產，減少國民經濟的損失。

三、現行建筑結構抗震設計理念存在問題

1.設計參數選擇不當。我國現行抗震設計基于強度或承載力，但經實踐表明建筑物結構的抗震不僅基于強度。

2.性能概念不明確。現行設計規范對多級設防的目標描述較模糊，業主追求最經濟的方案，設計人員追求單純的重力承載，基礎未能處于科技的評價之上，導致面臨地震時損失的加重。

3.損失控制不力。現行設計理念除了重視主體結構損壞造成損失外，對非主體結構、內部設施損壞所帶來的損失容易忽視。

4.刻板的規范標準。設計者走不出以往設計規范標準的條框，約束了設計人員的主動性。

5.設計方法的欠缺。現行的設計方法偏于保守，限制了新技術的應用。

四、基于性能的建筑結構抗震設計的內容

1.地震設防的水準設定

地震設防的標準是指設定未來可能作用在建筑上的地震等級和作用效果，美國工程師協會曾提出，基于結構性設計理論追求能控制結構所可能發生的各種地震破壞的水準，因此需要根據不同的重現期選擇可能發生的對應不同的地震動參數。在協會的報告中指出四個地震設防的水準：1）無損傷的正常狀態，即結構只受到輕微損傷，不需要進行修理就可繼續使用而不帶有隱患；2）結構出現損傷但可修復，此種情況下結構仍然發揮效應，但是在次要部位出現損傷，需要進行修復；3）保證生命安全的狀態，即人員的生命安全可以得到保證，結構的損傷較為嚴重，但是仍在業主可以接受的范圍內；4）倒塌控制水準，結構損壞嚴重威脅生命安全，雖然損傷但沒有倒塌，經濟上的損失已經超過了業主可以接受的最大上限。

2.結構抗震的性能目標設定

此項內容就是針對某種地震設防的水準而設定期望達到的抗震性能的等級，抗震設防目標德爾建立需要綜合考慮地質、功能、重要性、投資、效益、震后損失、重建、歷史和文化價值、社會效應、業主要求等因素。從地震設防的角度看，規范提出的抗震目標實際上是最低的設防標準，而結構抗震設計則是根據業主需求采用的設防標準，其要高于規范設定的范圍。使用者可以根據自身的情況出發，設定一個合理的性能目標。為了方便結構設計，這些定性的性能指標最終將被量化，成為具體結構設計的重要參數依據。

3.基于性能的結構設計實施

此項內容就是要求將結構的性能要求轉化為合理的性能參數以此形成具體的指導設計的基礎性數據。為了達到這一目標，需要配合合理的處理和分析方法，將前面的目標轉化為與性能指標相關量化數據，使之作為指導設計的具體指標。

五、建筑結構基于性能的抗震設計方法

作為性能設計理論的重要內容，基于性能的抗震設計方法顯得尤為重要。那么怎樣合理的運用基于性能抗震設計理念則引起了人們的廣泛關注，為了能夠把它有效地運用到實際中來，有很多學者都對此進行了思考，但是卻還沒有統一的認識，通過他們的總結，我們可以知道讓性能設計思想運用到實際設計中來主要有以下步驟和方法：

1.性能抗震設計階段

（1）概念設計。根據用途和業主的要求，合理確定設防目標，通過場地、建筑平面等進行初步設計。

（2）計算設計。根據預定的設防目標，計算出能影響各類因素的抗震參數，參數與預定目標不符要及時修改，直至滿足參數需求。以基于位移的抗震性能設計為例，主要包括步驟有確定不同強度地震作用下性能目標；根據初步設計，確定結構內的位移的極限值；通過等效阻尼比等各類等效數值，確定等效剛度；設計采用必需的構造措施；評價結構強度要求和變形能力。以嚴謹、科學、合理的態度進行評估，如計算階段有不符合，則需重復計算設計步驟，以不斷完善結構設計。

（3）性能評估。通過各類的分析法得出設計結果來確定該建筑結構的性能。

2.性能抗震設計方法

目前大致主要有：位移影響系數、能力譜、直接位移設計等方法。

（1）位移影響系數法。基于結構性能設計方法，通過分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模態進行確定。以達到此系數的修正作用。此方法還存在著由于它是整體抗震評估方法，無法具體體現主要結構、樓層的損壞情況與抗震水準等問題。

（2）能力譜法。1975年被提出，隨后不斷改進。能力譜設計是將能力譜曲線與地震反應譜轉化而來的需求譜，進行比較來評估其抗震性能。此方法側重對結構的實際性能進行驗算、評估。另外，能力譜設計法比較適用于平面結構可簡化且分布較均勻的結構，否將會產生不小的誤差。

（3）直接位移設計法。側重于結構性能設計，概念簡單，根據地震等級來預期位移計算，使結構達到預定位移。此方法也存在著只能從建筑結構材料的極限變化得到數值，而不能考慮到預期以外的強震效應的不足。

六、結束語

建筑結構基于性能的抗震設計是一個非常復雜的整體，在設計中，要考慮的因素很多，涉及的因素很過，顧及的因素很多，需要相關人員投入更多的精力才行。

參考文獻：

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