基于性能的建筑结构抗震设计

彭桂萍

【摘要】近年来，地震自然灾害发生概率越来越高，对我国社会的发展和人民的生命安全产生了重大影响。文章对基于性能的建筑结构抗震设计进行分析，具有一定的借鉴意义。

【关键词】性能；建筑结构；抗震设计

一、 前言

文章对基于性能的建筑结构的抗震设计概念进行了介绍，对现行建筑结构抗震设计理念存在问题进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对建筑结构基于性能的抗震设计方法进行了探讨。

二、基于性能的建筑结构的抗震设计概念

基于性能的抗震设计方法是一种基于"投资-效益"准则，兼顾结构抗震设计共性和個性要求的抗震设计方法，是抗震设计理论的变革。基于性能的抗震设计方法可以根据具体的情况，选取适当的设防目标，设计功能多样化的建筑结构，这样的设计方案就可以满足不同的设防目标。基于性能的抗震设计是比基于力，基于位移或者基于其他方面的抗震设计更为广泛的设计理念，基于性能的抗震设计可以更为直接的满足用户对于建筑的要求。建筑结构在正式使用的过程中，能够对于不同程度的地震有一定的抵御能力，建筑本身的性能能够应对相应程度的地震。基于性能的抗震设计的可行目标是在耗用资源最少的情况下，设计出能够抵抗最糟糕的情况的建筑结构，确保群众的生命财产，减少国民经济的损失。

三、现行建筑结构抗震设计理念存在问题

1.设计参数选择不当。我国现行抗震设计基于强度或承载力，但经实践表明建筑物结构的抗震不仅基于强度。

2.性能概念不明确。现行设计规范对多级设防的目标描述较模糊，业主追求最经济的方案，设计人员追求单纯的重力承载，基础未能处于科技的评价之上，导致面临地震时损失的加重。

3.损失控制不力。现行设计理念除了重视主体结构损坏造成损失外，对非主体结构、内部设施损坏所带来的损失容易忽视。

4.刻板的规范标准。设计者走不出以往设计规范标准的条框，约束了设计人员的主动性。

5.设计方法的欠缺。现行的设计方法偏于保守，限制了新技术的应用。

四、基于性能的建筑结构抗震设计的内容

1.地震设防的水准设定

地震设防的标准是指设定未来可能作用在建筑上的地震等级和作用效果，美国工程师协会曾提出，基于结构性设计理论追求能控制结构所可能发生的各种地震破坏的水准，因此需要根据不同的重现期选择可能发生的对应不同的地震动参数。在协会的报告中指出四个地震设防的水准：1）无损伤的正常状态，即结构只受到轻微损伤，不需要进行修理就可继续使用而不带有隐患；2）结构出现损伤但可修复，此种情况下结构仍然发挥效应，但是在次要部位出现损伤，需要进行修复；3）保证生命安全的状态，即人员的生命安全可以得到保证，结构的损伤较为严重，但是仍在业主可以接受的范围内；4）倒塌控制水准，结构损坏严重威胁生命安全，虽然损伤但没有倒塌，经济上的损失已经超过了业主可以接受的最大上限。

2.结构抗震的性能目标设定

此项内容就是针对某种地震设防的水准而设定期望达到的抗震性能的等级，抗震设防目标德尔建立需要综合考虑地质、功能、重要性、投资、效益、震后损失、重建、历史和文化价值、社会效应、业主要求等因素。从地震设防的角度看，规范提出的抗震目标实际上是最低的设防标准，而结构抗震设计则是根据业主需求采用的设防标准，其要高于规范设定的范围。使用者可以根据自身的情况出发，设定一个合理的性能目标。为了方便结构设计，这些定性的性能指标最终将被量化，成为具体结构设计的重要参数依据。

3.基于性能的结构设计实施

此项内容就是要求将结构的性能要求转化为合理的性能参数以此形成具体的指导设计的基础性数据。为了达到这一目标，需要配合合理的处理和分析方法，将前面的目标转化为与性能指标相关量化数据，使之作为指导设计的具体指标。

五、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：

1.性能抗震设计阶段

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

六、结束语

建筑结构基于性能的抗震设计是一个非常复杂的整体，在设计中，要考虑的因素很多，涉及的因素很过，顾及的因素很多，需要相关人员投入更多的精力才行。

参考文献：

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[2]王涛.基于性能抗震设计与常规抗震设计比较研究[J].建筑与结构设计，2008，2（4）.

[3]刘琳，刘震，赵杰，王佳萱.结构性能抗震设计理论及应用方法[J].防灾减灾学报，2011，27（1）.