建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計方法

1、建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計方法    摘要： 基于性能的抗震設(shè)計理論是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ),考慮多種因素確定建筑物的性能目標,提出不同的抗震設(shè)防水準, 使設(shè)計的建筑物在未來不同的抗震等級地震作用下達到預(yù)期的抗震性能目標,克服了基于承載力抗震設(shè)計不能預(yù)估結(jié)構(gòu)屈服后抗震性能的缺陷。本文探討了建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計方法     關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；基于性能；抗震設(shè)計；方法 中圖分類號：S611        文獻標識碼：A      文章編號：&

2、#160; 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口密度的增加， 結(jié)構(gòu)物內(nèi)的裝修、 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、 信息技術(shù)裝備等的費用往往超過結(jié)構(gòu)物的費用，地震造成的損失會越來越嚴重， 從而使人們逐漸認識到過去的規(guī)范僅以保證人的生命安全為單一設(shè)防目標的設(shè)計理論， 在抗震設(shè)計理念、 適應(yīng)社會需求等方面都存在一定的問題?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(Performance Based Seismic Design)思想是20世紀90年代初由美國學(xué)者提出的， 它是使設(shè)計出的結(jié)構(gòu)在未來的地震災(zāi)害下能夠維持所要求的性能水平。投資-效益準則和建筑結(jié)構(gòu)目標性能的 “個性” 化是基于性能的抗震設(shè)計的重要思想。基于性能的設(shè)計克服了目前抗震設(shè)計規(guī)范的局限性。

3、在基于性能的設(shè)計中， 明確規(guī)定了建筑的性能要求， 而且可以用不同的方法和手段去實現(xiàn)這些性能要求， 這樣可以使新材料、 新結(jié)構(gòu)體系、 新的設(shè)計方法等更容易得到應(yīng)用。一、 基于性能抗震設(shè)計理論的特點基于性能抗震設(shè)計理論是在對現(xiàn)行抗震設(shè)計理論反思的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的, 它們之間有一定的聯(lián)系和區(qū)別,通過對比得出基于性能抗震設(shè)計的特點。1、采用多級設(shè)防目標。我國現(xiàn)行的“小震不壞,中震可修,大震不倒”三階段抗震設(shè)防水準,以保障人們生命安全為一級設(shè)防目標,無法避免大震中巨大的經(jīng)濟損失。基于性能抗震設(shè)計理論提出了多級目標的設(shè)計理念, 既要保證生命安全,又要避免經(jīng)濟損失超過業(yè)主和社會的承受能力,更加注重非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)

4、部設(shè)施的保護, 它們在經(jīng)濟損失中占有相當?shù)谋壤?、引入投資-效益準則?；谛阅芸拐鹪O(shè)計理論著重點,從現(xiàn)行的僅注重結(jié)構(gòu)安全可靠轉(zhuǎn)變到全面注重結(jié)構(gòu)的功能、 安全及經(jīng)濟等多方面。根據(jù)投資- 效益準則,進行費效分析,在可靠和經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡,以確定最佳抗震設(shè)計方案, 達到優(yōu)化設(shè)計的目的。為此引入經(jīng)濟決策機制, 目前普遍采用的決策思想是: 以結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度為決策變量,以結(jié)構(gòu)壽命全過程為時間范圍,以相應(yīng)的壽命期總的費用最小為決策目標。3、具有更大的自由度?，F(xiàn)行抗震設(shè)計需要依照規(guī)范按部就班,缺乏靈活性,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員處于被動狀態(tài)?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計除了滿足“共性”外,更加注重“ 個性”設(shè)計, 增加

5、了業(yè)主與設(shè)計人員的交流,根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途及業(yè)主的特殊要求確定結(jié)構(gòu)性能目標后, 設(shè)計人員可以選擇實現(xiàn)該性能目標的設(shè)計方法,采用相應(yīng)的構(gòu)造措施,既調(diào)動了設(shè)計人員的積極性,又有利于新材料的使用和新技術(shù)的開發(fā)。二、基于性能的抗震設(shè)計方法1、性能抗震設(shè)計階段（1）概念設(shè)計。根據(jù)用途和業(yè)主的要求，合理確定設(shè)防目標，通過場地、建筑平面等進行初步設(shè)計。（2）計算設(shè)計。根據(jù)預(yù)定的設(shè)防目標，計算出能影響各類因素的抗震參數(shù)，參數(shù)與預(yù)定目標不符要及時修改，直至滿足參數(shù)需求。以基于位移的抗震性能設(shè)計為例，主要包括步驟有確定不同強度地震作用下性能目標；根據(jù)初步設(shè)計，確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的位移的極限值；通過等效阻尼比等各類等效數(shù)值，確

6、定等效剛度；設(shè)計采用必需的構(gòu)造措施；評價結(jié)構(gòu)強度要求和變形能力。以嚴謹、科學(xué)、合理的態(tài)度進行評估，如計算階段有不符合，則需重復(fù)計算設(shè)計步驟，以不斷完善結(jié)構(gòu)設(shè)計。（3）性能評估。通過各類的分析法得出設(shè)計結(jié)果來確定該建筑結(jié)構(gòu)的性能。2、性能抗震設(shè)計方法目前大致主要有：位移影響系數(shù)、能力譜、直接位移設(shè)計等方法。（1）位移影響系數(shù)法。基于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計方法，通過分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模態(tài)進行確定。以達到此系數(shù)的修正作用。此方法還存在著由于它是整體抗震評估方法，無法具體體現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)、樓層的損壞情況與抗震水準等問題。（2）能力譜法1975年被提出，隨后不斷改進。能力譜設(shè)計是將能力譜曲線與地

7、震反應(yīng)譜轉(zhuǎn)化而來的需求譜，進行比較來評估其抗震性能。此方法側(cè)重對結(jié)構(gòu)的實際性能進行驗算、評估。另外，能力譜設(shè)計法比較適用于平面結(jié)構(gòu)可簡化且分布較均勻的結(jié)構(gòu)，否將會產(chǎn)生不小的誤差。（3）直接位移設(shè)計法國內(nèi)外學(xué)者對基于位移的抗震設(shè)計理論進行了大量的研究， 并提出了適用于不同類型結(jié)構(gòu)的基于位移的抗震設(shè)計方法?；谖灰频挠嬎惴椒?（DCB） 需要對結(jié)構(gòu)的期望位移最大值進行計算， 然后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計， 使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的變形能力超過期望位移最大計算值?；谖灰葡拗档牡嬎惴椒?（IDSB） 與基于位移的計算方法相似， 不同的是結(jié)構(gòu)的位移限值是給定的， 在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 需求對結(jié)構(gòu)體系進行反復(fù)修改， 直到計

8、算分析的位移值小于位移限值， 整個設(shè)計過程需要迭代計算。直接基于某一限值位移的方法 （DDSB） 是從某一給定的目標位移出發(fā)開始結(jié)構(gòu)設(shè)計， 并得到結(jié)構(gòu)的需求強度、 剛度等， 最后得到滿足某一設(shè)計地震水平的目標位移， 該方法的設(shè)計過程不需要迭代， 也不需要對結(jié)構(gòu)進行預(yù)先設(shè)計。三、混凝土結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計盡管基于性能的抗震設(shè)計研究已取得一定成果, 但鑒于基于性能的抗震設(shè)計的復(fù)雜性以及人們認識的局限性, 我們還不能夠完全依靠計算設(shè)計來確保結(jié)構(gòu)安全可靠. 所以, 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和細部構(gòu)造設(shè)計對于目前抗震設(shè)計方法和未來基于性能抗震設(shè)計仍將是很重要的組成部分.綜上所述, 基于性能的混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計,

9、可考慮應(yīng)用承載能力設(shè)計方法的優(yōu)點, 結(jié)合基于性能的抗震設(shè)計的理念來進行設(shè)計。1、首先將混凝土結(jié)構(gòu)目標性能水準劃分為多個水準, 明確和細分其量化指標, 結(jié)構(gòu)目標性能水準既要考慮結(jié)構(gòu)初期投資, 還要考慮未來可能遭受的地震損失等綜合因素, 采用可靠度理論和優(yōu)化思想來確定。2、加強概念設(shè)計進行結(jié)構(gòu)的宏觀設(shè)計控制, 即在設(shè)計全過程中重視結(jié)構(gòu)的規(guī)則性, 合理選擇結(jié)構(gòu)體系, 保證結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性.3、考慮多級水準地震作用下強度設(shè)計, 以此來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)建設(shè)初期的投資.4、采用變形指標對結(jié)構(gòu)的     抗震性能進行評估, 控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能水平,

10、以此來評估未來可能遭受的地震損失等綜合因素, 最終使結(jié)構(gòu)在整個生命周期中的費用達到最小. 這樣使整個設(shè)計具有定性、 定量、 準確有效、 簡捷方便的特點, 有利于縮短設(shè)計周期,提高工作效率, 在設(shè)計中強調(diào)結(jié)構(gòu)剛度的控制和協(xié)調(diào).綜上所述，基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計理論是以結(jié)構(gòu)抗震性能分析為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,是設(shè)計理念上的一次變革,涉及結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的各個方面,對工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計和發(fā)展具有重大意義。 利用該理論進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計,可充分發(fā)揮工程師的主動性,滿足人們對結(jié)構(gòu)性能的不同要求。 從各國抗震設(shè)計規(guī)范修訂動向來看,可以說基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計是21世紀抗震設(shè)計規(guī)范的趨勢。參考文獻：1孫俊,劉錚,劉永芳. 工程結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計方法研究J. 四川建筑科學(xué)研究, 2005,(03) . 2李燦燦,陸洲導(dǎo),李凌志. 建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計J. 四川建筑科學(xué)研究, 2005,(05) . 3莫庸,錢銘,宋東偉,安炳,滕文川. 某超限高層工業(yè)框架結(jié)構(gòu)彈塑性分析及性能抗震加固設(shè)計J. 四川建筑科學(xué)研究, 200