建筑结构基于性能的抗震设计方法

基于性能的结构抗震设计研究摘要：在地震灾害中造成人员伤亡和财产损失的直接主要原因是建筑物的破坏和倒塌。

因此，工程结构的抗震问题在国民经济的建设中显得极为重要。

本文结合工作实践，分析了承载力设计方法、位移设计方法和能量设计方法3种基于性能的抗震设计方法。

关键词：性能，抗震，设计，方法Abstract: in the earthquake disaster cause casualties and property losses directly the main reason is the destruction of buildings and collapsed. Therefore, engineering structure seismic problems in the construction of the national economy is very important. Based on practice, this paper analyzes the design method, the displacement of bearing capacity of the design method and design method based on 3 energy performance of the seismic design method.Keywords: performance, earthquake, the design, the method随着现代社会经济的高速发展, 城市数量规模不断扩大, 现代化程度不断提高, 由地震引起的生命、财产损失越来越严重。

如1993 年印度得干高原凯拉里镇发生M6. 4 级地震, 使地震区内10 个乡村变为废墟, 死亡和失踪者近3 万人; 1994 年美国加州北岭发生M6. 7 级地震, 此次地震虽只造成57 人的伤亡, 但所造成的损失达170 亿美元; 1995 年日本兵库县南部M7. 2 级地震造成直接和间接人员死亡5438 人, 受伤4 万人以上, 直接经济损失达1000亿美元, 是关东大地震后日本损失最为严重的地震灾害; 1999 年土耳其发生M7. 4 级地震, 直接死亡人数达1. 5 万余人、2 万余人受伤, 房屋倒塌10 万余间; 1999 年我国台湾发生M7. 6 级地震, 死亡人数2405 人, 受伤人数11306 人, 经济损失近100 亿美元, 而且还因地震造成供电系统受损, 使新竹高科技园区芯片生产停顿, 引起了世界范围内计算机市场价格波动。

基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究3篇基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究1随着现代城市化和人民生活水平提高，高层建筑的数量和高度有了显著的增长，其中不乏重要的政府和商业办公楼、酒店、购物中心甚至是住宅。

在高层建筑的设计中，抗震是一个至关重要的方面。

由于地震是一种毁灭性的自然灾害，会对建筑物造成巨大的破坏和人员伤亡。

然而，高层建筑地震设计是一项复杂而困难的工作，需要充分考虑建筑物的大小和复杂性、结构材料的种类和性质等不同因素。

近年来，随着钢结构的发展和应用，高层建筑的设计中也愈发注重钢结构抗震设计。

相对于混凝土和砖类建筑，钢结构建筑的抗震性能更加优越。

钢材具有高强度、高韧性、抗冲击力以及较好的可塑形性等特点，可以有效地抵御地震对建筑物的破坏。

因此，近年来，许多企业和工程师都将钢结构作为抗震性能优异的解决方案，用于设计和建造高层建筑。

然而，在钢结构设计方面，仍面临着一些挑战。

一方面，由于每座高层建筑的结构特点和地理情况都不同，设计人员必须充分了解这些差异以及地震带来的力量，针对每个具体的项目进行量身定制的设计。

另一方面，钢结构建筑的设计需要充分考虑材料的性能，和各种要素之间的平衡，以确保建筑的结构强度和稳定性，并且在抵御地震力量的同时，能够承受各种集中荷载、雪荷载等准静态荷载。

为了探讨高层建筑钢结构抗震设计，进行了一项基于性能的研究。

首先，需要对建筑的节点进行评估和分析，以确保在强地震条件下，节点能够充分发挥其带有冲击吸收作用的特点。

其次，需要考虑整个结构在地震中的变形能力，这一点对于钢结构设计来说尤为重要。

因为钢结构具有出色的韧性和可塑性，可以通过吸收和分散地震能量来避免建筑物的崩塌和全面破坏。

此外，还需要确保钢结构连接件的可靠性和结构的整体刚度。

总之，基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究具有广泛的理论和实践价值，它可以确保建筑物的安全性，保障人民生命财产安全，同时也对钢结构建筑的应用和进一步发展起到了积极的推动作用。

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工 程 科 技
基于性能 的结构抗 震设 计方法概述
陆小 吕 ， 吴 昌盛 ｚ
（ １ 、 中铁 工程设计院有 限公 司苏州分院 ， 江苏 苏州 ２ １ ５ ０ ０ ０ ２ 、 浙江中南建设集 团有限公 司，江苏 杭 州 ３ １ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要： 随着现代社会经济的 高速发展 ， 地震带来 了巨大的生命 财产损 失。 ＇ ３前 ， － 各 国采 用的抗震设 防 目标 ， 是 以保证生命安全为 单 设防 目标 的， 将导致 中小地震作 用下结构丧失正常使 用功 能而造成 的 巨大财产损 失。基 于性 能的抗震设计理论提 出了多水准、 多 目标 设防的概念 ， 是 当前国际抗震设计发展 的方向。本 文介绍 了几种 常用的基 于性 能的结构抗震设 计方法， 并指 出了其存在的 问题及 以后 的
一
发展 方 向 。
关键 词 ： 结 构 抗震 ； 源自 能设 计 ； 位 移 设 计 方 法
１震害损失统计 中， 求得两个 曲线的交点（ 称为性能点 ） 的位 移（ 称为 目标位移 ） 来评 １ ９ ９ ４年美 国加州北岭地 区发生里 氏 ６ ． ７级地 震 ，造成 ７ ２人死 估结构在给定地震作用下 的性能。 它的关键就是用推覆方法获得能 超过 ９ ， ０ ０ ０人受伤 ， 虽然伤亡人数 不多 ， 但是 造成 了 ２ ０ ０亿美元 力谱曲线。 这种推覆方法是近几年在国内外得 到广泛应用 的一种结 的经济损 失 ， 是美 国历史上损失最严 重的灾害之一 ； １ ９ ９ ５年 日本阪 构抗震能力评估 的新方法 。它 的优点在于考虑 了结构 的弹塑性 ， 可 神地震 的震 级有里 氏 ６ ＿ ８ 级， 死 亡约 ６ ４ ３ ４人 ， 造成 １ ０ ２ ５亿 美元 的 以估计结构和构件 的非线性变形 ， 打到结构的薄弱部位 。它 的优点 经济损失 ，占 日本当年的 Ｇ Ｄ Ｐ的 ２ ． ５ ％； １ ９ ９ ９年我 国台湾 的 ９ ２ １ 大 在于水平力的大小是根据结构周期 的变化 由设计反应谱求 得 ， 而分 地震里 氏 ７ ． ６级 ， 死亡 ２ ４ １ ６人 ， 受伤 １ １ ， ４ ４ ３ 人， 造成了 ９ ２ 亿美元 的 布形式根据结构振 型的变化求得 。但也存在 问题 ： 侧向水平力 的分 经济损失 ， 倒塌房屋 ４ ４ ， ３ ３ ８间 ， 有４ １ ， ３ ３ ６间房屋严 重损 坏 ， 并且还 布形式 是什 么 ； 应该 怎样考虑高 阶振 型的影响 ； 如何应用 于可能发 因地震 造成供 电系统受损 ，新竹高科技园电脑 内存芯片生产停顿 ， 生扭转变形 的不规则结构 ； 地震 的往复作用产生 的刚度退化等怎样 在全世界范 围内引起市场价格上涨 三倍 ； ２ ０ ０ ８ 年 ５ 月 １ ２日我 国四 予 以考虑 。 我 国也有很多学者在这方面做 了不 同程度和改进 。为了 川汶川地震 ， 死亡 ６ ９ ， １ ９ ７人 ， 造成 ４ ８ ０ 万 人无 家可归 ， 造 成经济损 能利用 反应谱 ， 必 须将 多 自由度体 系等效 成单 自由度 坐标 系 ， 规 范 失约 ２ ０ ０亿美元 。在这种背景下 ， 人们不得不重新 审视现 有的抗震 中的反 应谱 都是线弹性 ，所 以又必须将非线性 体系等效 为线性体 设计思想。 系。这两方面的等效必然会带来一定 的误差 ， 因而能力谱法 和直接 ２ 基 于 性 能 的 抗 震设 计 方 法 基 于位移法只适用于中低层结构 ， 对于高 阶振型影 响不能忽 略的结 基于Ｊ 陛能的设计抗震设计理念 的方法 ， 自２ ０世纪 ９ ０年代 在美 构则不适用 。 国兴起 ，并逐渐 得到工程界 的关 注。美 国加州结构 工程师协会 于 适应谱推覆法此方法克服 了上 面的不 足 ， 这 一方法与传统 的推 １ ９ ９ ５年提 出了基 于性能 的抗震设计理论 ，美 国应用技术 委员 会编 覆分析方法相 比， 最主要 的区别 在于 ： 直接利用反应谱 来定义加 载 写的Ａ Ｔ Ｃ 一 ４ ０ （ １ ９ ９ ６年 ） ， 联邦应急管理局编写 的 Ｆ Ｅ Ｍ Ａ一 ２ ７ ３和 Ｆ Ｅ — 特性 ， 侧 向荷 载随结构 的动力特性变化而变化。 即虽是静力荷载 ， 但 ＭＡ 一 ２ ７ ４ （ １ ９ ９ ７年 ） 提 出了既有建筑评定 、 加 固中使用多重性 能 目标 同样体现结构 的动力特性 ， 更能体现 出结构和地震频谱 特征 的耦 合 的建议 ， 并提 出了设计方法。１ ９ ９ ８ 年和 ２ ０ ０ ０年 ， 美国 Ｆ Ｅ Ｍ Ａ又发布 效应 。而且这一方法考虑了多振型的组合 ， 因而惯性力 的分 布形 式 了几个有关基 于性能 的抗震设计 文件。２ ０ ０ ６年美 国国际标准委员 较符合实际。该方法不需要进行一系列 的等效过程 ， 能够得到多 自 会发布了 （ （ ２ ０ ０ ６ Ｉ Ｃ Ｃ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ Ｃ ｏ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ａ ｎ ｄ Ｆ ａ ｅ ｉ ｌ ｉ — 由度体 系的能力 曲线 。 ｔ ｉ ｅ ｓ ） ） ， 其 内容 广泛 ， 涉及房 屋建筑 、 结构 、 非结构及设 施 的正 常使用 能量法就是 通过控制结 构和构件 的耗 能来 达到控制 整个结 构 性能 ， 遭受各种灾 害（ 火、 风、 地震等 ） 时的性能 ， 施工过程及长 期使 抗震性 能的 目的。综合设计法从抗震设计开始就 同时考虑强度 、 位 用性能 ，该 规范对 于基 于性 能设 计方法的重要 准则作 了明确 的规 移 、 能量耗散 、 结构 和非结构 的损 坏 、 他们对 体系能量输入 、 能 量需 定 。 日本工程界也在 １ ９ ９ ５年阪神地震之后对这种理论及工程实用 求和能量供给 能力 的组合影响 以及对 与期 望 的功 能水准 的功能相 价值 开展 了广 泛的研究 ， １ ９ ９ ８年对 其建筑法 规时行 了修改 以符合 联系极限状态下 的可接受损伤的影 响。 这两种方法 的缺点都是需要 基 于性 能的设计作为建筑抗震性 能的设计方法 而推 行 ， 并 在《 建筑 考虑的因素较多 ， 涉及 面太广 ， 计算及设计过程过于繁琐 ， 也存在一 法规法） ） （ ２ ０ ０ ０年 ６月 ） 中提 出了基于性能 的抗震理论框架 。欧洲混 定 的误 差 。 凝 土协会于 ２ ０ ０ ３ 年 出版 了 “ 钢筋混凝土建筑结构基于位移 的抗震 ３ 研 究 存 在 的 问 题及 发 展 方 向 设计 ” 报告。澳大利亚在基于性能设计 的整体框架 以及建筑 防火性 ３ ． １结构 的地震反应取 决于输入地震动 以及 结构 自身 的特性 ， 能设计等方面做 出了许多研究 ， 提出了相应 的建筑规范 Ｂ Ｃ Ａ 一 １ ９ ９ ６ 。 但二者都是不确定性 的， 因此对 结构抗震 性能的评估只能是一种概 目前 ， 基 于性 能的抗震设计理论 主要 有承载力设计方 法 、 位移设计 率的评估。 方法、 能量法和综合设计法 。 ３ ． ２基于位移 的抗 震设 计总的来说还处 于概念性 的讨论 阶段 ， 承载力设计方法易 于使 用 ， 概念 清晰 ， 但 是 因其仅基 于弹性反 没有形成一个系统 ， 离实际应用和形成抗震设计规范还有较大 的距 应， 对于控制非弹性反应结构 的整个性能 目标有所局 限。位移设计 离 。 方 法设计时 以位移 为起 点 ， 以位 移 目标为基准来进行 设计 ， 并用应 参 考 文 献 力验算 ， 该方法充分考 虑了位移（ 变形 ） 在抗震性 能中的重要地 位 ， 【 １ ］ 胡聿贤． 地震工程 学『 Ｍ １ ． 北京 ： 地震 出版社， ２ ０ ０ ６ ． ＂ 是 基于Ｊ 陛能 的抗震设计理论中很有前途 的一种方法。 位移设计方法 ［ ２ ］ 李 刚， 程 耿 东． 基 于性 能 的 结构 抗 震 设 计— — 理 论 、 方 法 与应 用 ［ Ｍ］ ． 包括按延性系数设计 的方法 、 基于位移 的方法 、 能力谱 法和适应谱 北京： 科学 出版社， ２ ０ ０ ４ ． 推覆方法 。此处特别说 明能力谱法及适应谱推覆方法。 ［ ３ 】 王亚勇． 建筑抗震设计 中地震作 用取值—— 主要 国家抗震规 范比 能力谱法最早是 由 Ｆ ｒ ｅ ｅ ｍ ａ ｎ等人在 １ ９ ７ ５年美 国海军抗震工 程 较【 Ｊ １ ． 建筑科学， １ ９ ９ ９ ， １ ５ （ ５ ） ： ３ ６ — ５ ５ ． 项 目作简化评估 时提出来 的 ， 他首次提 出 Ｐ ｕ ｓ ｈ ｏ ｖ ｅ ｒ 方法 ， 并将其 与 地震反应谱 相结合 ， 称之为能力谱方 法。其实 质是 目前 采用 的基 于 力的设计方法加位移变形 的校核 ， 虽 然方 法本 身的可靠性有 待于实 验验证和改进 ， 但它作为一种静力非线性方法与以往静力方法不同 之处在 于它将 设计反应谱引入计 算过程 ，比基 于力 的设计方法 合 理。 该方 法是将地震反应谱 曲线和结构荷载 一位移 曲线分别通过转 化为需求谱 和能力谱 ， 并将 需求 谱曲线和能力谱 曲线绘 制在一张图

级中能够产生破坏的最大程度。 传统的设计方法对建筑结构的主体破坏预测 但是很难达到基于陛能的建筑结构抗震设计方法对预 地震时 自然灾害中难以预测的重大灾害之一 ， 一旦发生就会对 区域内人 具有较强的控制谁骗 ， 主要是 因为其还要考虑非主体结构 的破坏预测 、 内部设施 以及建 们 的人 身 安 全与 财产 安 全造 成 严重 的威 胁 ， 尤其 是 对 建筑 物 具 有摧 毁 性 的伤 测的要求 ， 主体结构与非主体结构的损坏所导致的后果一般 以结构的 害， 从而引发更加深远的不利影响。因此人们一直在探索能够使建筑物降低 筑功能的损坏等。
建筑 理论 与设 计
基于性能的建筑结构抗震设计研究
摘要 ： 建 筑结 构 的抗 震 设计 一直 是建 筑 领 域 的 重大 难题 之 一 ， 基 于性 能 的抗 震 结构 设 计在 建 筑 设计 中的应 用 ， 使得 建 筑抗 震 问
题迎 刃而解 ， 因此其也必将成为未来建筑结构抗震设计的努力方 向。本文对基于性能的建筑结构设计特征和研究方向进行 了详细 的探讨， 并在对能力谱法着重阐述之后 ， 提出了一种优化过后的能力谱法。 关键字 ： 基于性能； 建筑结构； 抗震设计
或 者 免 于地震 破 坏 的建 筑结 构 设计 方 法 ， 另 外 随着 科 技能 力 的 不断 提 高 以及 能 力 以及居 民的 安全 状况 来反 应 ， 并 依 据结 构 的不 同 破换 程 度将 性 能标 准 具 体 划分 为 五个 等 级 ， 即基 本 完好 、 轻度 损坏 、 中 度损 坏 、 严 重损 坏 与倒 塌 。
非线性静力分析两种 ， 其实质上还是基于位移的抗震性能设计。基 于位移的 抗震设计具体 主要有三种方法 ， 即按照延性 系数设计方法 、 能力谱方法与直 接位移设计方法。 其 中按 照 延性 系数 的 设计 方法 ， 本 质上 还是 根 据建 筑 构 件 的位 移延 性 系 数， 或者截面的曲率延性系数的塑性混凝土极限压应变关系。根据约束箍筋