浅谈基于性能的结构抗震设计思想的发展现状

2011-05-28戴大志逄毓卓邵新妍

中国新技术新产品 2011年12期

关键词：弹塑性静力水准

戴大志逄毓卓邵新妍

（1、哈尔滨工业大学建筑设计研究院，黑龙江哈尔滨 150000 2、东北农业大学水利与建筑学院，黑龙江哈尔滨 150000）

1 结构抗震设计发展历程

随着人们对于地震动和结构动力特性理解的深入，结构抗震理论从最初的静力理论阶段、反应谱理论阶段，发展到动力理论阶段和目前的基于性能的抗震设计理论阶段。图1表述了结构抗震设计的发展历程。

2 基于性能的结构抗震设计概述

目前对基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design，简称 PBSD）还没有严格的定义，比较有权威性的解释是美国加州结构工程师学会（SEAOC）、美国应用技术局（ATC）和美国联邦紧急救援署（FEMA）等组织给出的基于性能设计的描述。综合上述研究机构的描述，国内学者给出的基于性能的抗震设计的概念是指从项目的提出开始，直到建筑寿命结束的全过程，它包括地震危险性分析、性能水准和性能目标的选择、场地适应性决策、概念设计、初步设计、最终设计、设计可行性检查、设计重复检查、施工质量保证和建筑物寿命期内的维护，每一步都是性能工程的关键，必须达到与选择的性能目标相适应的水平，其中最重要的组成部分是结构设计。

3 基于性能的抗震设计的研究内容

基于性能的抗震设计的主要研究内容主要集中在两大方面，一方面为基于性能的抗震设计理论框架的建立，另一方面为如何给出一套适用的以性能抗震设计为理论指导的结构设计方法。

基于性能的抗震设计的理论基础为地震设防水准的界定。目前我国的抗震设防水准为："三水准的设防目标"[1]，这种设计水准可视为与结构的极限状态和地震重现期相对应，即：正常使用极限状态（小震）、破坏控制极限状态（中震）和承载能力极限状态（大震）。而基于性能的抗震设计把地震的设防水准按照不同的地震动水平定义了完全可靠、可靠、生命安全、不倒塌四个水准。地震设防水准直接关乎结构的抗震能力，它的确定在基于性能抗震设计理论中占有相当重要的地位。Vision 2000报告中建议的设防地震等级见表1。

基于性能的抗震设计的理论的另一个重要问题就是结构抗震性能指标的量化与细化及多重指标的研究。目前对于基于性能的抗震设计,主要还是采用基于位移或变形的设计方法。性能参数主要有：变形，如应变、截面曲率；位移，如构件端部的转动，层间位移、顶点位移；力，如基底剪力、层剪力；能量等。

4 基于性态的抗震设计方法

检验结构的抗震能力是否超过结构的抗震要求，必须对结构进行抗震计算。结构的计算分析方法基本可分为两类：弹性方法和弹塑性方法。按对地震作用的不同处理方式，又可分为动力(时程)分析和等效静力分析。基于结构性能的抗震设计方法包括基于力、基于位移和基于能量的设计方法。较典型的方法有能力谱法和位移影响系数法。

4.1 能力谱法

能力谱方法也是一种以Pushover分析为基础的简化分析方法。这种方法通过结构的能力谱和地震需求谱来直接估计结构的弹塑性反应。这里的需求谱是由单自由度体系在有效阻尼下拟加速度反应谱转换得来的,能力谱曲线则是指由Pushover分析得到的结构基底剪力一顶点位移关系曲线转换得到的等价单自由度体系的谱加速度一谱位移关系曲线。