基于性能的抗震设计

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1、基于性能的抗震设计基于性能的抗震设计是近年来提出并备受关注的一种新的抗震设计思想。下面先从回顾传统抗震设计思想入手，进而引出这种新的抗震设计思想的发展轨迹及其主要问题。1传统抗震设计思想及方法考察目前世界各国抗震设计规范，大多数国家均以“小震不坏、中震可修、大震不倒”作为抗震设计思想，我国2001年的新的《建筑抗震设计规范》也是如此。为实现上述三水准抗震设防要求，各国采取了不同的设计方法，但均大同小异。我国是采用二阶段抗震设计方法来保障对大量的一般工业和民用建筑实现其三水准的抗震设防要求，同时以此方法为基础通过对建筑物进行抗震重要性分类（甲、乙、丙、丁四类）来区别不同类别的建筑并采取相应

2、的修正方法来满足不同的抗震设防要求。这二阶段设计方法是：第一阶段进行强度验算，即取第一水准烈度（小震）的地震动参数，用弹性反应谱计算结构的弹性地震作用及效应，并与其他荷载效应组合，对构件截面进行抗震承载力验算，以保证必要的强度可靠度要求；再通过合理的结构布置和有关的构造措施，保证结构具有必要的变形能力。第二阶段进行弹塑性验算，即对特别重要的建筑和地震时易倒塌的结构，要按第三水准烈度（大震）的地震动参数进行薄弱层（部位）的弹塑性变形验算，并采用相应的构造措施以满足“大震不倒”的设防要求。归纳起来，传统抗震设计思想及其方法具有如下五个特点：（1）三水准抗震设计思想是以保障人民生命安全为基本目

3、标的，因此与现代建筑所蕴含的经济、社会、政治等多方面功能无法适应。（2）三水准抗震设计思想对结构的功能要求规定过于泛化，因而无法满足投资者、业主或环境对其功能上的“个性”要求。（3）三水准抗震设计思想对三级设防水准小震、中震、大震用不同的50年基准期内的超越概率（分别为63.2%、10％和2％～3％）来定义，且以各地地震基本烈度为基础反映，在应用上不方便。（4）二阶段抗震设计方法中对地震作用（包括弹性和弹塑性）的计算是以加速度反应谱作为其基本的表达方式，它无法解决地面运动长周期成分所引起的结构的速度和位移响应问题。（5）二阶段抗震设计方法所采用的基于概率的极限状态设计思想其可靠度只局限在

4、构件层次，且采用分项系数来保证可靠度。显然，由此得到的结构体系的可靠度会分布在一个很大的范围内。基于现有建筑结构抗震设计规范的缺陷及存在的问题,为了更好地满足社会和公众对结构抗震性能的多种需求,美国联邦紧急救援署(ＦＥＭＡ)和国家自然科学基金会(ＮＳＦ)资助开展了一项为期6年的行动计划,对未来的抗震设计进行了多方面的基础性研究,提出了基于性能的抗震设计理论,包括设计理论的框架、性能水准的定性与定量描述、结构非线性分析方法。日本、新西兰、欧共体、加拿大、澳大利亚相继开展了基于性能的结构抗震设计理论的研究。2000年11月15日,这些国家的地震工程研究人员汇集日本国土交通省建筑研究所,就基于

5、性能的结构抗震设计理论的概念性框架、荷载与反应、抗震设计等主要内容进行了学术交流。可以肯定地说,基于性能的结构抗震设计理论已成为这些国家地震工程研究的热门课题。我国在该领域的研究是近几年的事,主要集中在如何消化国外研究成果,这在新的《建筑结构抗震设计规范》中得到了一定程度的体现。我国工程抗震界普遍认为,中国21世纪的抗震设计规范应顺应国际发展,发展适合国情的基于性能的结构抗震设计理论。2基于性能的抗震设计概念如上所述，传统的抗震设计思想及方法无法满足人们对结构抗震功能的深层次要求。为此，近年来各国学者纷纷关注如何更好的强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，并已在理论研究乃至设计

6、实践中实现了以下三个方面的转变：①以力分析为主→兼顾力和变形→全面考虑力、变形、损伤、耗能；②线性分析→非线性分析；③确定性分析→可靠性分析。在此基础上，上个世纪90年代初，美国学者提出了基于性能的抗震设计概念，并立即引起了世界范围同行的极大兴趣和广泛研究。它的思想内核是：将抗震设计以保障人民生命安全为基本目标转化为在不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命安全和实现“效益－投资”的优化平衡以及满足对结构“个性”的要求。显然，这一思想是在总结传统设计思想的基础上以概念化的形式加以发展的，而并非是对传统设计思想的革命。事实上，传统

7、的三水准抗震设计思想也具有基于性能的抗震设计思想的因素，只不过是处于初级的、低水平的、目标不明确的层面上而已。在基于性能的抗震设计这一概念明确提出以后，已有的研究成果（如前述的三个方面的转变）便可纳入其中，再加上更多系统的、有目的的研究，从而形成一个科学而又开放的体系。这对各国修改和完善抗震规范具有很好的指导作用。目前，世界许多国家都对基于性能的抗震设计进行广泛而细致的研究，以期将其尽快的应用到新的抗震规范中去。我国在新的2001年