抗震性能化設計之淺見

馬俊祥

（南通中房建筑設計研究院有限公司，江蘇南通　226001）

抗震性能化設計之淺見

馬俊祥

（南通中房建筑設計研究院有限公司，江蘇南通226001）

隨著我國建筑業的不斷發展，復雜結構、不規則結構及超限高層不斷出現，此類建筑中重要部位及關鍵構件的抗震性能將直接影響到整體結構的抗震性能，如何保證其抗震性能？抗震性能化設計成為解決它的重要辦法。本文從抗震性能化設計概念入手，著重介紹了抗震性能化設計的基本思路和主要過程，給結構設計師提供相關思路。

結構抗震性能化設計

近年來，伴隨著我國經濟的高速發展，人們對建筑功能及體型的多樣性要求也不斷提高，各類超高層建筑、平面及立面非常復雜的非常規建筑不斷出現，結構抗震性能化設計成為結構工程師們解決此類工程中各種復雜結構問題的一種行之有效的方法。

1　結構抗震性能化設計的涵義

抗震性能化設計就是根據工程的具體情況確定合理的抗震性能目標，再采取恰當的計算和相應的抗震措施使目標要求得以實現的過程。

抗震性能化設計是解決復雜結構問題的重要方法，常用于復雜結構及超限工程的結構設計中，它著重于通過現有手段（包括計算措施和構造措施等），采用包絡設計的方法去解決工程設計中的復雜技術問題，是抗震概念設計的集中體現。

2　結構抗震性能化設計的必要性

震害表明，由于城市的發展和人口密度的增加、城市設施的日趨復雜、生活節奏的日益加快，造成地震引起的經濟損失急劇增加，因此，原本以保障生命安全為抗震設防唯一目標的單一設防標準顯然已經不夠全面，為了控制建筑物及相關設施在地震中的破壞程度，保證震時及震后人們正常的生產、生活功能，減少地震對社會經濟生活所帶來的危害及影響，結構設計師有必要采取高于（至少不低于）基本抗震設防標準的性能化設計以達到相應要求。

3　結構抗震性能化設計的基本思路

抗震性能化設計是以現有的科學水平和建筑條件為前提的，需要綜合考慮建筑使用功能、抗震設防烈度、結構的類型和不規則程度、結構發揮延性變形的能力、建筑工程造價、震后的各種損失及修復難易程度等因素。面對具體工程的需要和要求，既可以針對整個結構體系，也可以針對其中某些重要部位或關鍵構件，靈活運用各種結構措施以達到預期的性能目標。

提高結構（或構件）的抗震承載能力或變形能力，是提高結構抗震性能的有效途徑，但提高抗震承載能力是建立在對地震作用的準確判斷的基礎上的，而限于目前對地震研究的現狀，應以主要提高結構或構件的變形能力并同時輔以提高抗震承載能力作為抗震性能設計的首選。

4　結構抗震性能化設計的主要過程

4.1分析結構方案

首先應分析結構方案的特殊性（如結構高度，結構類型及規則性，結構場地條件及抗震設防標準等），確定是否需要采取結構抗震性能化設計。震害經驗告訴我們，抗震概念設計是決定結構抗震性能的最重要因素之一，因此，在進行結構方案特殊性分析時尤其要注意其不符合抗震概念設計的情況及違反程度。結構工程師應根據有關規范中的相關規定，與建筑師協商并改進結構方案，以達到盡量減少結構方案違反抗震概念設計的情況及程度的目的，為選用結構抗震性能目標提供重要依據。

4.2選擇抗震性能目標

結構抗震性能目標分為A、B、C、D四級，結構抗震性能水準分為5個（1、2、3、4、5），地震地面運動分為三個水準，即多遇地震（小震）、設防烈度地震（中震）和預估的罕遇地震（大震）。在設定的地震地面運動下，與四級抗震性能目標對應的結構抗震性能水準的判別準則可以參考表1及表2。由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，結構或結構部位及結構構件的抗震設防目標也不完全相同，應根據具體情況采取相應的抗震措施。

4.3計算分析并提出相應的抗震加強措施

在選定抗震性能目標后，就應對結構進行相應的計算分析，并提出相應的抗震加強措施。其重點在于：首先，需要進行深入的彈性和彈塑性計算分析（包括靜力分析、時程分析、多模型及多程序的比較計算分析等），應注意對復雜結構應進行必要的補充計算分析（如對關鍵、復雜部位及構件采取包絡設計計算）。其中尤應注意，現有計算分析軟件的計算模型以及恢復力模型、結構阻尼、材料的本構關系、結構破損程度的衡量、有限元的劃分等均存在較多的人為與經驗因素，因此進行彈塑性分析計算必須先要了解所選分析軟件的適用性，選用適合于所設計工程的軟件才是根本。其次，判斷計算結果的正確性與合理性。從本質上講，彈塑性計算分析屬于結構設計的補充和驗證方法，彈塑性分析的根本目的在于比較其與彈性分析結果的異同，尋找兩者規律性的差異，所以關注的重點應是找出彈塑性計算分析的規律性而不是糾結于某個具體的數值。最后，再根據計算分析的結果找出結構有可能出現的薄弱部位以及需要加強的關鍵部位，有針對性的采取相應的抗震加強措施。

5　結語

結構抗震性能化設計仍存在一些有待研究和解決的地方，尤其是地震作用大小的不確定性以及計算模型和參數的準確性等問題，可以相信隨著工程的不斷應用和研究工作的深入，將會使它變得更加成熟與完善。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［3］徐培福，等編著.復雜高層建筑結構設計［M］.徐培福等編著北京：中國建筑工業出版社，2005.

［4］朱炳寅，編著.建筑結構設計問答及分析》第二版［M］.北京：中國建筑工業出版社，2013.