摘要：汶川等地震的發(fā)生讓人們看到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計采用基于性能的抗震設(shè)計理念和方法是可行的，采取比標準規(guī)范更加有效的抗震措施，基于性能的抗震設(shè)計理論可完善簡化的規(guī)范設(shè)計，為規(guī)范設(shè)計的不同性能水準提供一個有效的選擇，改進已有建筑的評估和翻新，改進和完善區(qū)域損失估算，提高歷史地震斟察的適用性，提高地震工程研究的效率，提高抗震性能并保證經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計基于性能的抗震設(shè)計

0 引言

汶川地震、玉樹地震和蘆縣地震使人們再次看到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，如何提高抗震性能又保證經(jīng)濟效益，是我們面臨的一大問題。隨著經(jīng)濟水平的提高，我國的超限高層建筑工程越來越多。這些工程在房屋高度、規(guī)則性等方面都不同水平地超過現(xiàn)行標準規(guī)范的適用范圍，如何進行抗震設(shè)計缺少明確具體的目標、依據(jù)和手段，按照《全國超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會抗震設(shè)防專項審查辦法》和《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》等的要求，需要根據(jù)具體工程實際的情況，進行分析、研究，必要時還要進行試驗，從而確定采取比標準規(guī)范更加有效的抗震措施，設(shè)計者的論證還需要超限額審查，以期保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性能，這就提出了基于性能的抗震設(shè)計。

1 傳統(tǒng)的抗震設(shè)計方法局限性

按我國抗震規(guī)范進行抗震設(shè)計的建筑，其抗震設(shè)防目標是：當遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需要修理可繼續(xù)使用，當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞，即“小震小壞，中震可修，大震不倒”的多級設(shè)計思想，但其實質(zhì)是以保證人的生命安全為原則的一級設(shè)計理論。其設(shè)計方法采用：小震不壞采用結(jié)構(gòu)線彈性驗算；中震可修及大震不倒采用加強結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施及薄弱層彈塑性驗算。這樣設(shè)計的建筑物可以避免主體結(jié)構(gòu)倒塌而保證人的生命，但地震所造成的正常使用功能的喪失和巨大的社會經(jīng)濟損失，很可能會大大超出社會和業(yè)主可接受的程度。縱觀現(xiàn)行抗震理論和設(shè)計方法中存在的問題，可總結(jié)如下：①對損失的控制不力，對業(yè)主的要求難以滿足；②結(jié)構(gòu)性能概念不明確，設(shè)計透明度?。虎劢Y(jié)構(gòu)性能標準缺乏靈活性；④結(jié)構(gòu)性能目標實現(xiàn)過程的誤區(qū)。

2 基于性能的抗震設(shè)計PBSD（Perform Based Seismic Design）

2.1 概念。近年來，地震工程學者從不同的角度致力于抗震設(shè)計原理與方法的完善，其中最引人注目的進展是以結(jié)構(gòu)性能評價為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計理論（Performance2based Seismic Design Theory）和基于結(jié)構(gòu)性能的地震工程學（Performance2based Seismic Engineering）

美國ASCE-41 SEI對PBSD 的定義，在分析和設(shè)計中采用彈性靜力和彈塑時程分析，基于不同設(shè)防水準地震作用，達到不同的性能目標。來實現(xiàn)一系列的性能水準，不同的結(jié)構(gòu)形式采用不同的性能水準，建議采用建筑物層間變形來定義結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能，而且ASCE-41SEI適合于設(shè)計方法從線性靜力延伸到彈塑性時程分析與多級性能水準結(jié)構(gòu)的分析，可以利用隨機地震動概念提出了許多種性能目標。

美國ATC-40對PBSD的定義為“基于性能的抗震設(shè)計是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計準則由一系列可以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性能目標來表示，主要針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并且建議采用基于能力譜的設(shè)計原理”。顯然，ATC-40建議使用能力譜方法對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計。

基于性能的抗震設(shè)計使抗震設(shè)計從宏觀定性的目標向具體量化的多重目標過渡，是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個新的重要發(fā)展，業(yè)主設(shè)計者可選擇所需的性能目標，提出滿足性能要求的方案論證（結(jié)構(gòu)體系、詳細分析、必要的試驗、抗震措施）來通過專門評估。

2.2 性能目標。建筑物抗震設(shè)計的性能目標指某一設(shè)定地震地面運動（如在給定年限內(nèi)超越概率63%、10%和2%—3%的小震、中震和大震）下建筑的預期性能水準。根據(jù)圖1及圖2，可把結(jié)構(gòu)的性能水平分為以下四個階段：

接近倒塌（Collapse Prevention,簡稱CP）

生命安全（Life Safety,簡稱LS）

基本運行（Immediate Occupancy,簡稱IO）

充分運行階段（Operational,簡稱OP）

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2.3 分析方法。①大震靜力彈塑性，又稱Push-over方法，在水平位移控制下推覆結(jié)構(gòu)，按一定荷載分布形式施加水平荷載，施加豎向荷載后作為初始狀態(tài)，建立彈塑性模型，從而得到薄弱層和能力需求曲線交點（能力點）。②中震彈性，采用彈性分析程序?qū)Y(jié)構(gòu)進行設(shè)計，通過設(shè)定內(nèi)力調(diào)整參數(shù)及組合系數(shù)。③小震彈性。0.90.750.60.

450.30.150。④大震動力彈塑性，建立彈塑性模型，進行時程分析后可得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形響應(yīng)。在施加豎向荷載后作為初始狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)施加地震波，基于性能的設(shè)計方法的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)彈塑性分析方法，而基于纖維模型的彈塑性時程分析方法是目前最可靠且效率高的方法之一，但塑性動力時程分析計算結(jié)果受到地震波以及構(gòu)件恢復力和屈服模型的影響大，且計算分析工作繁瑣，只是能準確而完整地得出結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的反應(yīng)全過程，要盡量使構(gòu)件恢復力模型符合構(gòu)件的實際特性，在設(shè)計重要高層建筑結(jié)構(gòu)采用該法時，注意好各方面問題。

在這里還要提一下時程分析法中選取地震波的問題：時程曲線從地方地震設(shè)計部門提供的人工模擬曲線及實際記錄時程曲線中挑選。這些時程曲線分析后得到的小震下（63%超越概率）的基底剪力與規(guī)范振型反應(yīng)譜產(chǎn)生的小震下的基底剪力作了比較，發(fā)現(xiàn)滿足規(guī)JGJ3-2002 Section 3.3.5的要求，即單個時程分析計算基底剪力結(jié)果應(yīng)大于反應(yīng)譜法結(jié)果的65%，時程分析的基底剪力結(jié)果的平均值應(yīng)大于反應(yīng)普法結(jié)果的85%。

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3 結(jié)語

3.1 基于性能的抗震設(shè)計是國際上一種發(fā)展趨勢，超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計采用基于性能的抗震設(shè)計理念和方法是可行的，有利于技術(shù)進步和創(chuàng)新?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計理論可完善簡化的規(guī)范設(shè)計、為規(guī)范設(shè)計的不同性能水準提供一個有效的選擇、改進已有建筑的評估和翻新、改進和完善區(qū)域損失估算、提高歷史地震斟察的適用性、提高地震工程研究的效率等。

3.2 要不斷總結(jié)震害經(jīng)驗，針對新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)進行試驗和理論研究，對計算方法要不斷改進完善。

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作者簡介：

閆懷青（1963-），男，山東人，現(xiàn)任廣空珠海辦事處主任，學士學位，研究方向為生態(tài)軍營建設(shè)、工程設(shè)計等。