基于性能的抗震設(shè)計(jì)#內(nèi)容清晰

1、基于性能的抗震設(shè)計(jì)基于性能的抗震設(shè)計(jì)是近年來(lái)提出并備受關(guān)注的一種新的抗震設(shè)計(jì)思想。下面先從回顧傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)思想入手，進(jìn)而引出這種新的抗震設(shè)計(jì)思想的發(fā)展軌跡及其主要問(wèn)題。1 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)思想及方法考察目前世界各國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，大多數(shù)國(guó)家均以“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為抗震設(shè)計(jì)思想，我國(guó)2001年的新的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也是如此。為實(shí)現(xiàn)上述三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求，各國(guó)采取了不同的設(shè)計(jì)方法，但均大同小異。我國(guó)是采用二階段抗震設(shè)計(jì)方法來(lái)保障對(duì)大量的一般工業(yè)和民用建筑實(shí)現(xiàn)其三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求，同時(shí)以此方法為基礎(chǔ)通過(guò)對(duì)建筑物進(jìn)行抗震重要性分類（甲、乙、丙、丁四類）來(lái)區(qū)別不同類別的建筑并采取相應(yīng)的修正方

2、法來(lái)滿足不同的抗震設(shè)防要求。這二階段設(shè)計(jì)方法是：第一階段進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，即取第一水準(zhǔn)烈度（小震）的地震動(dòng)參數(shù)，用彈性反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用及效應(yīng)，并與其他荷載效應(yīng)組合，對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算，以保證必要的強(qiáng)度可靠度要求；再通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)的構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有必要的變形能力。第二階段進(jìn)行彈塑性驗(yàn)算，即對(duì)特別重要的建筑和地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)，要按第三水準(zhǔn)烈度（大震）的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行薄弱層（部位）的彈塑性變形驗(yàn)算，并采用相應(yīng)的構(gòu)造措施以滿足“大震不倒”的設(shè)防要求。歸納起來(lái)，傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)思想及其方法具有如下五個(gè)特點(diǎn)：（1） 三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想是以保障人民生命安全為基本目標(biāo)的，因此與

3、現(xiàn)代建筑所蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治等多方面功能無(wú)法適應(yīng)。（2） 三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想對(duì)結(jié)構(gòu)的功能要求規(guī)定過(guò)于泛化，因而無(wú)法滿足投資者、業(yè)主或環(huán)境對(duì)其功能上的“個(gè)性”要求。（3） 三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想對(duì)三級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)小震、中震、大震用不同的50年基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率（分別為63.2%、10和23）來(lái)定義，且以各地地震基本烈度為基礎(chǔ)反映，在應(yīng)用上不方便。（4） 二階段抗震設(shè)計(jì)方法中對(duì)地震作用（包括彈性和彈塑性）的計(jì)算是以加速度反應(yīng)譜作為其基本的表達(dá)方式，它無(wú)法解決地面運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期成分所引起的結(jié)構(gòu)的速度和位移響應(yīng)問(wèn)題。（5） 二階段抗震設(shè)計(jì)方法所采用的基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)思想其可靠度只局限在構(gòu)件層次，且采用分

4、項(xiàng)系數(shù)來(lái)保證可靠度。顯然，由此得到的結(jié)構(gòu)體系的可靠度會(huì)分布在一個(gè)很大的范圍內(nèi)?；诂F(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的缺陷及存在的問(wèn)題,為了更好地滿足社會(huì)和公眾對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的多種需求,美國(guó)聯(lián)邦緊急救援署()和國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)()資助開(kāi)展了一項(xiàng)為期6年的行動(dòng)計(jì)劃,對(duì)未來(lái)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了多方面的基礎(chǔ)性研究,提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論,包括設(shè)計(jì)理論的框架、性能水準(zhǔn)的定性與定量描述、結(jié)構(gòu)非線性分析方法。日本、新西蘭、歐共體、加拿大、澳大利亞相繼開(kāi)展了基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論的研究。2000年11月15日,這些國(guó)家的地震工程研究人員匯集日本國(guó)土交通省建筑研究所,就基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論的概念性框架、荷

5、載與反應(yīng)、抗震設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。可以肯定地說(shuō),基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論已成為這些國(guó)家地震工程研究的熱門課題。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究是近幾年的事,主要集中在如何消化國(guó)外研究成果,這在新的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中得到了一定程度的體現(xiàn)。我國(guó)工程抗震界普遍認(rèn)為,中國(guó)21世紀(jì)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)順應(yīng)國(guó)際發(fā)展,發(fā)展適合國(guó)情的基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論。2 基于性能的抗震設(shè)計(jì)概念如上所述，傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)思想及方法無(wú)法滿足人們對(duì)結(jié)構(gòu)抗震功能的深層次要求。為此，近年來(lái)各國(guó)學(xué)者紛紛關(guān)注如何更好的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗震的安全目標(biāo)和提高結(jié)構(gòu)抗震的功能要求，并已在理論研究乃至設(shè)計(jì)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了以下三個(gè)方面的轉(zhuǎn)變：以力分析為主兼

6、顧力和變形全面考慮力、變形、損傷、耗能；線性分析非線性分析；確定性分析可靠性分析。在此基礎(chǔ)上，上個(gè)世紀(jì)90年代初，美國(guó)學(xué)者提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)概念，并立即引起了世界范圍同行的極大興趣和廣泛研究。它的思想內(nèi)核是：將抗震設(shè)計(jì)以保障人民生命安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn)化為在不同風(fēng)險(xiǎn)水平地震作用下滿足不同的性能目標(biāo)，從而通過(guò)多目標(biāo)、多層次的抗震安全設(shè)計(jì)來(lái)最大限度保障人民生命安全和實(shí)現(xiàn)“效益投資”的優(yōu)化平衡以及滿足對(duì)結(jié)構(gòu)“個(gè)性”的要求。顯然，這一思想是在總結(jié)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上以概念化的形式加以發(fā)展的，而并非是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的革命。事實(shí)上，傳統(tǒng)的三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想也具有基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想的因素，只不過(guò)是處于

7、初級(jí)的、低水平的、目標(biāo)不明確的層面上而已。在基于性能的抗震設(shè)計(jì)這一概念明確提出以后，已有的研究成果（如前述的三個(gè)方面的轉(zhuǎn)變）便可納入其中，再加上更多系統(tǒng)的、有目的的研究，從而形成一個(gè)科學(xué)而又開(kāi)放的體系。這對(duì)各國(guó)修改和完善抗震規(guī)范具有很好的指導(dǎo)作用。目前，世界許多國(guó)家都對(duì)基于性能的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行廣泛而細(xì)致的研究，以期將其盡快的應(yīng)用到新的抗震規(guī)范中去。我國(guó)在新的2001年的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中體現(xiàn)了一些這一思想。3基于性能的抗震設(shè)計(jì)主要有以下四個(gè)方面的工作要做：（1）地震設(shè)防水準(zhǔn)的確定。設(shè)防水準(zhǔn)的確定是抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)基本問(wèn)題。如前所述，傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)依據(jù)的是小震、中震、大震三級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)；美國(guó)加州結(jié)構(gòu)工程師

8、學(xué)會(huì)（SEAOC）Vision2000委員會(huì)對(duì)基于性能的抗震設(shè)計(jì)提出了常遇、偶遇、罕遇、極罕遇四級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)。不管采用幾級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)，對(duì)各級(jí)水準(zhǔn)的科學(xué)定義是關(guān)鍵。例如，對(duì)傳統(tǒng)的三級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)，有學(xué)者建議從重現(xiàn)期角度去描述用以代替原來(lái)的從超越概率角度去描述小震、中震和大震，并且直接用地震動(dòng)參數(shù)而不是烈度來(lái)對(duì)應(yīng)各級(jí)地震水準(zhǔn)。目前,以我國(guó)為例,地震設(shè)防分為三個(gè)水準(zhǔn),即“小震”、“中震”和“大震”.它們是在全國(guó)基本烈度設(shè)防區(qū)劃圖的基礎(chǔ)上,采用概率的方法確定的.一般認(rèn)為在50年內(nèi)烈度概率分布屬于極值型,基本設(shè)防烈度相當(dāng)于在50年超越概率為10%的烈度,重現(xiàn)期為475年,相當(dāng)于設(shè)防“中震”的水平.“小震”為50

9、年內(nèi)超越概率為63.5%的烈度的地震,重現(xiàn)期為50年.而“大震”為50年內(nèi)超越概率為2%3%的烈度的地震,重現(xiàn)期約為1641年2475年.對(duì)于基于性能抗震設(shè)計(jì),為了實(shí)現(xiàn)多級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),控制不同水平地震作用下結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài),就需要在上面劃分的基礎(chǔ)上,細(xì)化地震設(shè)防水平,并且直接采用地震動(dòng)參數(shù)(目前還只限于地震加速度)來(lái)確定.如文獻(xiàn)3 Smith K G. : .,2001,23:72-81.提出的基于性能抗震設(shè)計(jì)的地震設(shè)防水平如表1所示.從表中可以看出,水平一相當(dāng)于我國(guó)目前的“小震”設(shè)防水平;水平三相當(dāng)于我國(guó)目前的“中震”設(shè)防水平;水平五相當(dāng)于我國(guó)目前的“大震”設(shè)防水平.基于目前對(duì)地震動(dòng)研究的局限,

10、抗震設(shè)防水平還只是基于烈度(在設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)化為地震動(dòng)加速度)來(lái)設(shè)防.但已了解到地震動(dòng)的速度、位移、持續(xù)時(shí)間和頻率等對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性也有很大的影響,故為了很好地實(shí)現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計(jì),以上參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響有待進(jìn)一步研究.（2）確定出結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。性能參數(shù)包括承載力參數(shù)、變形參數(shù)、能量耗散參數(shù)和累積損傷參數(shù)。結(jié)構(gòu)反應(yīng)性能參數(shù)的確定在基于性能抗震設(shè)計(jì)中,為了求得在不同水平地震作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性能指標(biāo)(這個(gè)指標(biāo)可以由結(jié)構(gòu)變形來(lái)確定,也可以由一些定義的破壞指標(biāo)來(lái)確定),就需要采用合理的結(jié)構(gòu)模型、恰當(dāng)?shù)姆治龇椒ㄟM(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析.由于基于性能坑震設(shè)計(jì)要考慮不同水平地震作用下結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài),故不僅需要在低水平

11、地震作用下結(jié)構(gòu)的彈性分析,而且更重要的是結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下的非線性受力分析.對(duì)于彈性結(jié)構(gòu)分析,一般可采用彈性靜力或彈性動(dòng)力分析手段,分析方法也比較成熟.而對(duì)于非線性分析,一般采用彈塑性時(shí)程分析或者彈塑性靜力分析方法.對(duì)于彈塑性時(shí)程分析,由于計(jì)算量大,分析復(fù)雜,且在合理選擇地震動(dòng)時(shí)程時(shí)也有很大困難,故不適于廣泛的應(yīng)用.而對(duì)于彈塑性靜力分析方法(-)18,19,特別是結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)以結(jié)構(gòu)變形(層間位移、頂點(diǎn)位移或某些構(gòu)件的截面的變形)來(lái)表示時(shí),彈塑性靜力分析可以很方便地確定這些性能指標(biāo).目前,在國(guó)際上被廣泛推廣使用.在基于性能抗震設(shè)計(jì)中,為了很好地控制結(jié)構(gòu)在不同水平地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)性能,在分析中

12、也有必要采用三維的彈塑性分析,考慮地基與結(jié)構(gòu)的相互作用、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)的影響等諸多因素.（3）確定出結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)和性能目標(biāo)性能水準(zhǔn)是對(duì)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分級(jí)、分層次，比如三水準(zhǔn)思想中的“不壞、可修、不倒”；再比如SEAOC Vision2000中的“基本性能目標(biāo)、重要性能目標(biāo)、最高性能目標(biāo)”?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)思想是一個(gè)涵蓋面很廣的體系，但明確細(xì)致的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)是其核心。下面簡(jiǎn)單介紹我國(guó)R.C.結(jié)構(gòu)三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想和SEAOC Vision2000建議的基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想關(guān)于結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的描述。（1） 我國(guó)R.C.結(jié)構(gòu)三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)思想中關(guān)于結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的描述如圖2所示，

13、共有兩個(gè)性能指標(biāo)，即基本性能指標(biāo)（斜線）和非常重要性能指標(biāo)（斜線）。它們對(duì)各種不同的地震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)有不同的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)與之對(duì)應(yīng)。比如對(duì)基本性能指標(biāo)，要求結(jié)構(gòu)在多遇烈度地震下不受到破壞；在基本烈度地震下容忍小的破壞，但經(jīng)維修后仍可正常工作；在罕遇地震下不倒塌。非常重要性能目標(biāo)則比基本性能目標(biāo)在結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)上高一級(jí)。（2）SEAOC Vision2000中關(guān)于結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的描述如圖3所示，用有三個(gè)性能目標(biāo)，即基本性能目標(biāo)（斜線）、重要性能目標(biāo)（斜線）和安全臨界性能目標(biāo)（斜線）。以基本性能目標(biāo)為例，它要求結(jié)構(gòu)在多遇地震（Frequent，重現(xiàn)期為43年；30年的超越概率為50）下具有完全良好的工作

14、性能（Full operational）；在偶遇地震（Occasional，重現(xiàn)期為72年；50年的超越率為50）下具有正常工作的性能（Operational），簡(jiǎn)單地維修是可以接受的；在罕遇地震（Rare，重現(xiàn)期為475年；50年的超越概率為10）下能保證人的生命安全（Lift Safe），一般的局部破壞是可接受的；在罕遇地震（Very rare，重現(xiàn)期為970年；100年的超越概率為10）下不要立即倒塌，從而最大限度的保障人的生命安全，但接近倒塌（Near Collapse）是，可以接受的。從以上兩種性能目標(biāo)的對(duì)比中可以看出，前者性能目標(biāo)少而粗躁，后者性能目標(biāo)多而具體，因此后者具有更強(qiáng)的適

15、應(yīng)性和可操作性。（4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)的性能分析并確定設(shè)計(jì)方法。對(duì)結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)、性能水準(zhǔn)和性能目標(biāo)綜合分析以后，確定出合理的設(shè)計(jì)方法。4.4基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想從提出以來(lái),盡管已有不少學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究,對(duì)性能設(shè)計(jì)的主要思想和目的也基本形成一致的認(rèn)識(shí).但是怎樣把基于性能抗震設(shè)計(jì)理念合理并且簡(jiǎn)單實(shí)用地應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中,目前還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí).不過(guò)從以往學(xué)者提出的思路中可以總結(jié)出,把性能設(shè)計(jì)思想應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中主要有兩種方法9,12:基于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法.即首先進(jìn)行基于地震作用的強(qiáng)度設(shè)計(jì),然后進(jìn)行變形驗(yàn)算.與目前設(shè)計(jì)方法主要的不同是,結(jié)構(gòu)性能水平要有多水準(zhǔn)明確的量化,在考慮多級(jí)水平地震

16、作用下,進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的驗(yàn)算.結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能水平考慮結(jié)構(gòu)初期投資以及在未來(lái)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(lái)確定.直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)9,12,2022.即采用結(jié)構(gòu)位移作為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo).與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比,基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法從根本上改變了設(shè)計(jì)過(guò)程.主要的不同是,這種設(shè)計(jì)思路是直接以目標(biāo)位移作為設(shè)計(jì)變量(目標(biāo)位移的確定可以根據(jù)不同的性能要求確定,如考慮適用性或安全性).通過(guò)設(shè)計(jì)位移譜得出在此位移時(shí)的結(jié)構(gòu)有效周期,進(jìn)一步得出結(jié)構(gòu)的有效剛度(此位移對(duì)應(yīng)的割線剛度),求出此時(shí)結(jié)構(gòu)的基底剪力,進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,并且進(jìn)行具體配筋設(shè)計(jì).采用直接位移的設(shè)計(jì)方法,可以在設(shè)計(jì)初始就明確設(shè)計(jì)的

17、結(jié)構(gòu)性能水平,并且使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能正好達(dá)到目標(biāo)性能水平,而不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)給出一個(gè)限值.同時(shí)也可避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法帶來(lái)的重復(fù)設(shè)計(jì)而增加設(shè)計(jì)費(fèi)用.并且采用結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)最大位移進(jìn)行變形設(shè)計(jì)而不是像傳統(tǒng)方法采用初始剛度進(jìn)行變形計(jì)算,這與結(jié)構(gòu)實(shí)際情況更為符合.5可靠度理論在基于性能抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作為處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不確定因素的合理思想結(jié)構(gòu)可靠度理論已經(jīng)成功地應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并且指導(dǎo)制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.對(duì)于抗震設(shè)計(jì),由于地震作用在時(shí)間、強(qiáng)度和空間的強(qiáng)隨機(jī)性,以及結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度、設(shè)計(jì)和施工過(guò)程以及人為因素的影響,使得結(jié)構(gòu)的性能在地震作用下會(huì)有很大的不確定性.故把可靠度理論應(yīng)用到結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中是可以合理地處理一些不確

18、定因素.目前我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在進(jìn)行構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)就采用了可靠度思想,盡管在設(shè)計(jì)過(guò)程沒(méi)有直接采用可靠度理論,但是各設(shè)計(jì)表達(dá)式的分項(xiàng)系數(shù)是采用可靠度分析和優(yōu)化思想確定的,這樣就可以保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平保持在一定水平之間.對(duì)于基于性能的抗震設(shè)計(jì),由于要更明確地確定結(jié)構(gòu)在不同水平地震作用下的性能水準(zhǔn),就應(yīng)該更合理地處理這些不確定因素,也就應(yīng)該基于可靠度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)6,8,9.這一點(diǎn)在美國(guó)聯(lián)邦緊急救援署( )的研究報(bào)告中明確提出“基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)框架應(yīng)該是基于可靠度理論的”.我國(guó)學(xué)者也提出相同的看法6.目前抗震設(shè)計(jì)在可靠度分析中考慮的不確定因素主要有結(jié)構(gòu)反應(yīng)的不確定性,結(jié)構(gòu)本身抗力的不

19、確定性以及計(jì)算模式的不確定性.但已知道,影響結(jié)構(gòu)抗震性能的不確定因素很多,如人為的不確定性,地震發(fā)生時(shí)間的不確定性以及環(huán)境造成的不確定影響等.這些都會(huì)給結(jié)構(gòu)未來(lái)的抗震性能帶來(lái)影響.故把可靠度理論應(yīng)用到基于性能抗震設(shè)計(jì)中,除要考慮以往已經(jīng)考慮的不確定因素外,另外一些不確定因素也應(yīng)考慮進(jìn)去.不過(guò)一些不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響需要做長(zhǎng)期大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查和試驗(yàn)研究,所以要很完整地考慮這些不確定因素還需要做長(zhǎng)期的工作.基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想主張抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以結(jié)構(gòu)體系的可靠度理論為基礎(chǔ)進(jìn)行，并由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)形式（隱式）過(guò)渡到直接采用可靠度的表達(dá)形式（顯式），即： （1）式中，pr為結(jié)構(gòu)的可

20、靠度；pf為結(jié)構(gòu)的失效概率；Z為性能函數(shù)；pr為結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠度。這里的難點(diǎn)在于pf的計(jì)算，因?yàn)閆由多個(gè)隨機(jī)變量控制，且各變量間有可能存在相關(guān)關(guān)系，因此在求Pf時(shí)，不但要知道各個(gè)變量的概率分布函數(shù)，還要知道相關(guān)變量的聯(lián)合概率分布函數(shù)，然后進(jìn)行多重積分運(yùn)算。即使Z只考慮相互獨(dú)立隨機(jī)變量R（結(jié)構(gòu)抗力）和S（結(jié)構(gòu)上的效應(yīng)）的簡(jiǎn)單情況，令Z=R-S,構(gòu)件的失效概率計(jì)算仍然比較復(fù)雜。如圖1所示，這時(shí)的失效概率表達(dá)式為： (2) 其中的概率密度函數(shù)fR和fR本身并不明確，這樣的積分運(yùn)算也不容易。根據(jù)目前的實(shí)際情況，應(yīng)該抓住若干個(gè)主要的性能變量，并適當(dāng)簡(jiǎn)化其概率分布模型，利用數(shù)值方法求解并編制計(jì)算程序，這應(yīng)

21、是一個(gè)有效的途徑。(5) 目標(biāo)性能水平的確定在采用基于性能設(shè)計(jì)原理制定結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí),首先要面臨的一個(gè)問(wèn)題是目標(biāo)性能水平的確定,也就是結(jié)構(gòu)性能水平究竟取多高.取得太高,盡管可以使結(jié)構(gòu)變得安全,但也會(huì)大大增加結(jié)構(gòu)的初期投入;取得太低,盡管可以降低結(jié)構(gòu)初期造價(jià),但會(huì)增加未來(lái)的使用風(fēng)險(xiǎn).所以結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)性能水平的確定,目前認(rèn)為合理的方法是采用“投資-效益”準(zhǔn)則,使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)處于考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的合理平衡上.對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,也有不少學(xué)者提出了不同的研究方法6,11.在閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文提出了一種確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能的方法,具體分為三個(gè)步驟:確定結(jié)構(gòu)最小初始造價(jià)與結(jié)構(gòu)性能水平的關(guān)系.同一結(jié)構(gòu)性能水平,

22、可以有不同的設(shè)計(jì)方案.而不同的設(shè)計(jì)方案往往結(jié)構(gòu)造價(jià)也不同.這樣就很難建立起結(jié)構(gòu)初始造價(jià)和性能水平的函數(shù)關(guān)系.但是,在不同的設(shè)計(jì)方案中,總可以找到一個(gè)設(shè)計(jì)方案,使結(jié)構(gòu)初始造價(jià)達(dá)到最小,這樣就可以建立結(jié)構(gòu)最小造價(jià)和性能水平的函數(shù)關(guān)系,便于采用直接優(yōu)化的方法確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能水平.確定結(jié)構(gòu)各種目標(biāo)性能水平的合理關(guān)系.在結(jié)構(gòu)造價(jià)一定的條件下,采用優(yōu)化的思想,確定結(jié)構(gòu)各種性能水平的合理比例關(guān)系.如“小震不壞”和“大震不倒”可以看作結(jié)構(gòu)性能的兩個(gè)水平.其中“小震不壞”主要由結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制,而“大震不倒”主要由結(jié)構(gòu)延性控制,是屬于結(jié)構(gòu)抗震特性的兩個(gè)方面.這樣在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),考慮到不同地震發(fā)生概率的不同以及帶來(lái)?yè)p失的不同,需要進(jìn)行合理材料配置,使二者的失效概率處于一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤?從而使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),在可能遭受的地震作用下的損失達(dá)到最小.確定結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)性能水平.在前面分析的基礎(chǔ)上,采用優(yōu)化的思想,確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能水平.為基于性能設(shè)計(jì)原理制定建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提供分析基礎(chǔ).使得基于性能抗震設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的合理平衡.從而使建筑抗震設(shè)計(jì)更加科學(xué)化和合理化,使建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與社會(huì)總體發(fā)展相適應(yīng).（6）制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程