抗震性能化设计之浅见

马俊祥

【摘 要】随着我国建筑业的不断发展，复杂结构、不规则结构及超限高层不断出现，此类建筑中重要部位及关键构件的抗震性能将直接影响到整体结构的抗震性能，如何保证其抗震性能？抗震性能化设计成为解决它的重要办法。本文从抗震性能化设计概念入手，着重介绍了抗震性能化设计的基本思路和主要过程，给结构设计师提供相关思路。

【关键词】结构 抗震 性能化设计

近年来，伴随着我国经济的高速发展，人们对建筑功能及体型的多样性要求也不断提高，各类超高层建筑、平面及立面非常复杂的非常规建筑不断出现，结构抗震性能化设计成为结构工程师们解决此类工程中各种复杂结构问题的一种行之有效的方法。

1结构抗震性能化设计的涵义

抗震性能化设计就是根据工程的具体情况确定合理的抗震性能目标，再采取恰当的计算和相应的抗震措施使目标要求得以实现的过程。

抗震性能化设计是解决复杂结构问题的重要方法，常用于复杂结构及超限工程的结构设计中，它着重于通过现有手段（包括计算措施和构造措施等），采用包络设计的方法去解决工程设计中的复杂技术问题，是抗震概念设计的集中体现。

2结构抗震性能化设计的必要性

震害表明，由于城市的发展和人口密度的增加、城市设施的日趋复杂、生活节奏的日益加快，造成地震引起的经济损失急剧增加，因此，原本以保障生命安全为抗震设防唯一目标的单一设防标准显然已经不够全面，为了控制建筑物及相关设施在地震中的破坏程度，保证震时及震后人们正常的生产、生活功能，减少地震对社会经济生活所带来的危害及影响，结构设计师有必要采取高于（至少不低于）基本抗震设防标准的性能化设计以达到相应要求。

3结构抗震性能化设计的基本思路

抗震性能化设计是以现有的科学水平和建筑条件为前提的，需要综合考虑建筑使用功能、抗震设防烈度、结构的类型和不规则程度、结构发挥延性变形的能力、建筑工程造价、震后的各种损失及修复难易程度等因素。面对具体工程的需要和要求，既可以针对整个结构体系，也可以针对其中某些重要部位或关键构件，灵活运用各种结构措施以达到预期的性能目标。

提高结构（或构件）的抗震承载能力或变形能力，是提高结构抗震性能的有效途径，但提高抗震承载能力是建立在对地震作用的准确判断的基础上的，而限于目前对地震研究的现状，应以主要提高结构或构件的变形能力并同时辅以提高抗震承载能力作为抗震性能设计的首选。

4结构抗震性能化设计的主要过程

4.1分析结构方案

首先应分析结构方案的特殊性（如结构高度，结构类型及规则性，结构场地条件及抗震设防标准等），确定是否需要采取结构抗震性能化设计。震害经验告诉我们，抗震概念设计是决定结构抗震性能的最重要因素之一，因此，在进行结构方案特殊性分析时尤其要注意其不符合抗震概念设计的情况及违反程度。结构工程师应根据有关规范中的相关规定，与建筑师协商并改进结构方案，以达到尽量减少结构方案违反抗震概念设计的情况及程度的目的，为选用结构抗震性能目标提供重要依据。

4.2选择抗震性能目标

结构抗震性能目标分为A、B、C、D四级，结构抗震性能水准分为5个（1、2、3、4、5），地震地面运动分为三个水准，即多遇地震（小震）、设防烈度地震（中震）和预估的罕遇地震（大震）。在设定的地震地面运动下，与四级抗震性能目标对应的结构抗震性能水准的判别准则可以参考表1及表2。由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，结构或结构部位及结构构件的抗震设防目标也不完全相同，应根据具体情况采取相应的抗震措施。

4.3计算分析并提出相应的抗震加强措施

在选定抗震性能目标后，就应对结构进行相应的计算分析，并提出相应的抗震加强措施。其重点在于：首先，需要进行深入的弹性和弹塑性计算分析（包括静力分析、时程分析、多模型及多程序的比较计算分析等），应注意对复杂结构应进行必要的补充计算分析（如对关键、复杂部位及构件采取包络设计计算）。其中尤应注意，现有计算分析软件的计算模型以及恢复力模型、结构阻尼、材料的本构关系、结构破损程度的衡量、有限元的划分等均存在较多的人为与经验因素，因此进行弹塑性分析计算必须先要了解所选分析软件的适用性，选用适合于所设计工程的软件才是根本。其次，判断计算结果的正确性与合理性。从本质上讲，弹塑性计算分析属于结构设计的补充和验证方法，弹塑性分析的根本目的在于比较其与弹性分析结果的异同，寻找两者规律性的差异，所以关注的重点应是找出弹塑性计算分析的规律性而不是纠结于某个具体的数值。最后，再根据计算分析的结果找出结构有可能出现的薄弱部位以及需要加强的关键部位，有针对性的采取相应的抗震加强措施。

5结语

结构抗震性能化设计仍存在一些有待研究和解决的地方，尤其是地震作用大小的不确定性以及计算模型和参数的准确性等问题，可以相信随着工程的不断应用和研究工作的深入，将会使它变得更加成熟与完善。

参考文献：

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[2]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]徐培福 等编著.复杂高层建筑结构设计[M].徐培福等编著北京：中国建筑工业出版社，2005.

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