建筑结构基于性能抗震设计理论和方法探究

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1、建筑结构基于性能抗震设计理论和方法探究　　摘要：地震灾害导致的惨重损失，将使今后建筑设计更加注重抗震安全设计。但基于未来设计者将越来越全面地考虑结构的性能、安全和经济等因素，结构基于性能的抗震设计思想将成为新的发展趋势。为此，本文对建筑结构基于性能的抗震设计具体的理论和方法设计方法进行初步探讨，并提出混凝土结构基于性能的抗震设计方案。关键词：建筑结构性能抗震设计设计方法中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：一研究背景2008年5月，四川发生8.0级大地震，数万人死亡，房屋建筑损毁无数，损失惨重。此次

2、地震灾害再次表明，现代地震灾害的高度不确定性和其引起的巨大经济损失，结构工程界将不得不对现有建筑结构的抗震设计思想和方法进行深刻反思。同时，面对现代化技术的发展和人类生活质量的不断提高，设计者也将越来越全面考虑建筑建构的综合性能。因此，未来的抗震设计将从以往只注重结构安全，过渡到结构的性能、安全和经济等方面的综合考虑。二基于性能的抗震设计理论(PBSD)研究10结构抗震设计思想[1]经历了刚性设计、柔性设计、延性设计、结构控制设计。目前普遍采用延性设计思想，但其允许次要构件甚至承重构件发生非弹性变形，造

3、成难以修复的永久破坏，以致巨大的经济损失。结构控制设计在理论研究和工程应用上也取得了很大进展，但存在易老化且耐久性差的缺点。总的来说，现行抗震理论和设计方法中存在的问题可概括为：对损失的控制不力，难满足对结构选择的要求；结构性能概念不明确，设计透明度小；结构性能标准缺乏灵活性，性能目标的实现过程存在误区。1基于性能的抗震设计概述1992年美国SEAOC、ATC和FEMA等组织对基于性能的抗震设计理论进行权威描述[2]，可概括为：基于性能的抗震设计理论是在现有的结构抗震性能分析基础上，针对每一种抗震作用水

4、准，将结构的抗震性能划分成不同等级，设计者根据结构的用途和业主（使用者）的特殊要求，对结构系统和造型的选择进行概念设计，并根据结构的抗震性能目标，合理地进行结构抗震设计，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失控制在业主可接受范围内，同时优化工程项目服役期内的费效，达到安全可靠和经济合理的一种优化平衡。10其设计特点是：拥有量化的多重设防目标，满足设计者对结构性能目标的需求；整个设计着重体现投资—效益准则和体现抗震设计的个性化；更强调实施性能目标的深入分析和论证，采用现行标准规范中还未规定的新的结构体系、新

5、技术、新材料，实现建筑结构技术进步和创新；针对不同设防烈度、场地条件及建筑的重要性可灵活采用不同的性能目标和抗震措施等。2研究的主要内容2.1抗震性能目标的确定结构的抗震性能目标的选择，为后续的整个设计和建造过程设定了必须遵循的标准。抗震性能目标确定关键是对不同的地震作用水准的评价，限定结构在一定超越概率的地震发生时的最大破坏状态，这种破坏状态包含结构体系的适用性、安全性、耐久性和整体性等功能。若破坏状态的水平设计得太高，建筑结构固然安全可靠，却导致投入的增加；若破坏状态水平设计得太低，固然可以降低工程

6、造价，却存在使用风险和较高的维护成本。目前结构抗震性能目标的确定，大多采用“投资一效益”准则，综合结构安全、功能、经济、社会等因素进行评估，以结构可靠度为决策变量，以结构全寿命周期为时间范围，以相应的寿命周期总费用最小为决策目标，优化抗震设计方案。10但由于地震的随机性所造成的结构破坏变异性较大，结构失效模式复杂，以致结构体系可靠度的概念还不很明确，且地震所造成的非结构损失所占总损失的比例越来越大。因此，需要进一步的研究，目前尚难直接应用到工程结构设计中。为此美国学者根据建筑物的重要性将结构的抗震设防目

7、标分为三类[3]：基本设防目标、重要／防危设防目标、特别设防目标，提供三个结构抗震性能目标作为它们的最低性能界限。2.2抗震性能水准的确定为了有效控制结构的破坏程度，使得结构破坏导致的财产损失控制在可以接受的范围内，实际的设计需要考虑不同设防水准的地震，明确结构应该具有的性能水平。由于结构的性能与结构设计的破坏状态相关联，而结构的破坏状态又可由结构的反应参数或某些定义的破坏指标来确定，所以结构性能水平可以这些参数来划分。尽管结构性能由某个参数来划分可能不尽完善，但鉴于目前的研究水平，不少学者认为结构位移

8、变形可以有效地反映结构破坏情况，且以位移(变形)来划分结构性能水平比较方便实用。因此一般的建筑抗震性能水准划分如表1：表1三基于性能的抗震设计方法研究1综合设计法10此法以概率为基础，要实现最优的设计方案，使建筑物服役期内既达到基本性能目标，费用效果又最优，最大程度地体现基于性能的抗震设计思想。但设计中要全面考虑重要因素，设计过程复杂繁琐。2承载力设计方法适用于相对简单、场地条件好的建筑物的性能设计，目前各国规范所普遍将其应用于所有性能目标