建筇结构基于牲链硇抗震设计方法
山东省冶金设计院股份有限公司 邢仕瑞
［摘要］基于性能的抗震设计理论和方法：乏目前世界各国学术界和工程界广泛关注的课题。作为一种更合理的设计理念，它代表
了未来结构抗震设计的发展方向，本文阐述了基于性能的抗震设计理论的提出背景、地震设防水准、结构的性能水平及其量化指标、
抗震设计的目标性能以及常用的抗震设计方法，提出了目前基于性能的抗震设计理论研究中存在的主要问题和今后需要进一步研
究的方向。
［关键词］基于性能的抗震设计方法 抗震研究 抗震设计方法
１．引言 当前我国抗震设计理论采用三水准的设计思想，即小震不坏、中震 可修、大震不倒”的设防水准，据此制定了各种设计规范和条例。依此
设计思想设计的各种建筑物在地震中虽然基本保证了生命安全，却不 能在大震，甚至中震中有效的控制地震损失，其损失往往超过了社会和
业主所能承受的范围。随着经济的发展和人口密度的增加，结构物内
的装修、非结构构件、信息技术装备等的费用往往超过结构物的费用， 地震造成的损失会越来越严重，从而使人们逐渐认识到过去的规范仅
以保证人的生命安全为单一设防目标的设计理论，在抗震设计理念、适
应社会需求等方面都存在一定的问题。 基于性能的抗震设计” ￣］（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂａｓｅｄ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ）思想是
２０世纪９０年代初由美国学者提出的，它是使设计出的结构在未来的地
震灾害下能够维持所要求的性能水平。投资一效益准则和建筑结构目标
性能的“个性”化是基于性能的抗震设计的重要思想。基于性能的设计
克服了目前抗震设计规范的局限性。在基于性能的设计中，明确规定
了建筑的性能要求，而且可以用不同的方法和手段去实现这些性能要
求，这样可以使新材料、新结构体系、新的设计方法等更容易得到应用。
２．建筑结构基于性能的抗震设计理论
２．１基于结构性能抗震设计理论的研究内容
基于性能的抗震设计是以结构抗震性能分析为基础，根据建筑物
１３６ 四川建筑科学研究 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 第３４卷第３期 ２００８年６月
基于性能抗震设计理论与实用方法
沈章春，王全凤
（华侨大学，福建泉州３６２０２１）
摘要：基于结构性能的抗震设计理论是２１世纪国际结构抗震设计发展的主流。本文阐述了基于性能抗震设计理论产生的
背景和基本内容，介绍了能力谱、基于损伤性能和能量法等几种基于性能抗震设计的实用方法，以能力谱法为例，设计一个单
自由度排架结构以介绍基于性能的抗震设计过程。最后，进行了简单的综述。
关键词：抗震设计；结构；性能水准；性能目标；地震设防水准
中图分类号：Ｐ３１５．０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１９３３（２００８）０３—１３６—０５
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｂａｓｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ
ＳＨＥＮ Ｚｈａｎｇｃｈｕｎ，ＷＡＮＧ Ｑｕａｎｆｅｎｇ
（Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ ３６２０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｂａｓｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｄｄ ｉｎ ２ １ ｓｔ ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｉｔｓ
ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｂａｓｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ，ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ ｂｅｎｔ ８ｔｌ＇ｕＣｔｌｌｌ￣Ｗａｓ
・２２４・ 工程科技 房屋建筑基于性能的抗震设计理论及方法的研究 现状与发展前景 辛庆胜 （中铁工程设计院有限公司，上海２０００６５） 摘要：在现行抗震设计思想及方法不能满足社会对结构抗震性能的更高需求的背景下，基于性能的抗震设计方法被提出并得到广 泛的研究。对基于性能的抗震设计理论的发展作了回顾，总结了当今国内外对这一理论的研究现状，介绍了基于性能的抗震设计理论框 架体系，并基于现有的研究成果提出需要进一步研究的问题。 关键词：结构抗震；基于性能的抗震设计；性能目标；性能水准 １概述 地震灾害是一种常见并且多发的自然灾害现象，它是人类面临 的主要灾害之一。地震的发生具有随机性和偶然性的特点，其发生 的时间和空间、强度和持续的时间等均不确定。随着大量的震害分 析和工程抗震理论及实践经验的积累，人们对工程抗震的认识不断 深入，并且基于目前的抗震设计思想采取了相应的抗震措施，在正 常设计的情况下能够做到在一定程度上保障结构在遭遇高于预期 地震的情况下不至于瞬间倒塌，其抗震设防的目标尚局限在基本保 障人员安全的水准内，但其破坏没有得到有效的控制，震后的人员 和财产损失是巨大的，往往超过了社会所能承受的范围。由于地震 和地面运动有很大的不确定性，结构在其有效使用期限内可能遭遇 预期强度等级的地震，也有可能遭遇远远大于预期强度等级的地 震，如何确定符合经济社会发展的抗震设防目标、并采取行之有效 抗震设计方法保证设防目标的实现，进而有效的控制地震灾害发生 的范围和程度，是地震学界和工程抗震界亟需解决的问题。 目前国内外工程界，在结构抗震设计实践中，多以本区域内预 期地震作为结构弹性阶段承载力和变形验算依据，在特殊情况下采 用结构非线性反应分析进行变形验算，以保证结构在遭遇高于预期 地震下不至于倒塌危及生命安全。这是以生命安全为单一目标的设 防水准。这种设计方法较为简单，设计结果造价低廉经济。我国现行 抗震设计规范的主要指导思想和工程设计实践中也是采用“小震不 坏，中震可修和大震不倒”的三水准抗震设防准则。与之对应的采用 二阶段抗震设计方法来实现三水准的抗震设防要求的：第一阶段进 行强度验算，即取第一水准烈度的地震动（小震）参数，采用弹性反 应谱计算结构的弹性地震作用及效应，并与其它荷载效应进行组 合，对结构进行抗震承载力和弹性变形验算，以满足必要的强度和 变形要求；第二阶段进行弹塑性验算，但仅局限于特别重要的建筑 和地震时易倒塌的结构，按第三水准烈度的地震动（罕遇地震）参数 进行薄弱层的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施以满足“大 震不倒”的设防要求。 传统的结构抗震思想和手段，有其明显的局限性，其可靠水准 不能与现代社会发展的需求相适应。在此背景下，基于性能的抗震 设计被提出和广泛研究，并被认为是未来房屋建筑抗震设计的主要 发展方向和建筑抗震设计规范的主要指导思想。对结构采用多级性 能水平和多级抗震设防目标的基于性能的抗震设计具有重要的理 论意义和实用价值。 ２基于性能的抗震设计理论研究发展概述 基于性能的抗震设计理论（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ—ｂａｓｅｄ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ） 是２０世纪９０年代由美国科学家和工程师首先提出的，最早应用于 桥梁抗震设计中。１９９５年，美国加州工程师协会Ｖｉｓｉｏｎ ２０００委员 会提出了发展能够满足多种结构性能目标的、指导结构抗震性能的 框架；１９９６年，美国联邦紧急救援署（ＦＥＭＡ）提出既有建筑评定、加 固中使用多重性能目标的建议，并在１９９８年和２０００年，又发布关 于基于ｌ生能的抗震设计文件。自基于结构．陛能的抗震设计理论提出 以来，建立以结构功能评价为理论基础的结构设计体系是近几年美 国、１３本和新西兰等国家的研究课题。基于性能的抗震设计出的结 构在未来的地震灾害下能够维持所预期的性能水平，投资一效益准 则和建筑结构目标性能的个性化是基于性能的抗震设计的重要思 想。 基于性能的抗震设计的主要特点：使抗震设计从宏观定性的目 标向具体量化的多重目标过渡，将抗震设计由以保障人员生命安全 为基本目标转化为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员生命 安全和实现“效益一投资”的优化平衡以及满足对结构“个性”的要 求。基于性能的抗震设计是在总结传统抗震设计思想的基础上延伸 和发展。传统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，只不过其是初级的、目标不明确而已。目前，世界许多国 家都对基于胜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２０１０版的抗震设计规范和 ２０１０版高层建筑混凝土结构技术规程中将关于陛能设计的最新研 究成果写入，就体现了这一新的思想。 ３基于性能的抗震设计理论框架 基于性能的抗震设计涉及地震工程、岩土工程、结构工程、建筑 学和社会经济等诸多学科，是开放的、多学科交叉的体系，基于性能 设计的挑战在于确定各领域的关键技术并开展研究，在探索研究中 使性能设计更加接近实际的工程应用和实践。一般来讲，基于性能 的抗震设计主要包括地震设防水准的确定、结构性能目标和性能水 准、结构反应性能参数的确定、及结构分析设计的方法等内容。 ３．１地震设防水准的确定 地震设防水准是指未来可能作用于场地进而施加在建筑结构 上的地震作用的大小，也称地震风险『生水平。地震设防水准是抗震 设计的基本问题，地震设防水准直接关系到结构的抗震能力。对于 基于性能的抗震设计，为实现多级抗震设防水准，控制不同地震作 用下结构的破坏状态，就需要细化地震设防水准。根据不同的重现 期确定可能发生的不同水准或等级的地震动参数，包括地震加速度 时程曲线、加速度反应谱、峰值加速度、地震动的速度、位移和频率 等。我们国家抗震设计依据的是小震、中震、大震三级设防水准，从 超越概率角度描述这三级水准并以不同烈度来相对应，基于烈度 （在设计时转化为地震动加速度）来设防。从国内外的研究成果来看， 地震动的速度、位移、持续时间和频率等对结构的安全性也有很大 的影响，为实现基于眭能的抗震设计，以上参数对结构性能的影响有 待进一步研究。 ３．２结构性能目标和性能水准的确定 结构性能目标，是指针对某一个地震设防等级而期望结构达到 的结构性能水准。性能目标的选择非常重要，它为整个设计和建造 过程设定了必须遵守的准则。结构抗震性能水准是指结构在某一特 定设防地震等级下预期破坏的最大程度。各国学者，基于性能设计 的思想提出了不同的性能目标划分和水准划分，较传统抗震目标均 有明显的细分，具有更强的适应性和可操作性。我国高层建筑混凝 土设计规程中对结构抗震性能目标和水准做出了明确的规定，抗震 性能目标综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构特殊 性、建造费用、震后损失和修复的难易程度等因素，划分为四级性能 目标分为和五级性能水准，相比传统的“小震不坏、中震可修、大震 不倒”，进行了具体明确的量化，体现了基于陛能抗震设计思想。 ３．３结构反应性能参数的确定 如何建立对于不同性能目标的结构地震反应性能的评价标准，
基于性能的建筑结构抗震设计
摘要：随着人们生活水平的提高，对建筑行业的要求提高。目前，在建筑工程结构设计体系中，抗震设计始终是非常关键的一环。对此，通过分析建筑工程结构设计中抗震设计的重要性，研究抗震设计的基本原则，从提高结构体系承载能力、设置多重抗震防线、加强地基基础设计等多个层面指出建筑工程结构设计中抗震设计的要点，进而为建筑工程结构设计人员提供有效的指导，最终在促进建筑工程结构设计质量进一步提高的同时推动我国建筑行业的健康持续发展。
关键词：建筑工程；结构设计；抗震问题
引言
随着建筑行业的快速发展以及人们生活水平的提高，对建筑物的质量和抗震能力提出了更高的标准，建筑的设计单位开始逐渐重视抗震效果和抗震水平的进一步提高，保证建筑物的抗震效果能够达到小震不坏、中震可修、大震不倒的要求。建筑单位开始关注基于性能的建筑结构的抗震设计，针对在设计过程中存在的危险因素进行及时排查，来保证建筑物的安全性和抗震性。
1抗震性能化设计概念的提出
目前，建筑行业对抗震性能化设计的理解尚不统一。部分学者认为，以结构物的变形需求为结构设计控制依据的设计形式就可以称之为抗震性能化设计；也有学者认为，以减少经济损失、结构损伤作为性能目标进行设计，并对其进行验证与分析的过程被称为抗震性能化设计。实际上，建筑结构抗震性能化设计是抗震设计一步步发展、完善的结果。美国加州结构工程师学会、美国应用化工技术局、美国联邦紧急救援组织最早提出基于结构性能的抗震设计概念，即根据建筑物的重要性、用途、业主要求来确定性能目标，因此，提出不同的抗震设防水准，并且进行抗震结构设计。最后，对设计方案进行评估，检验其是否满足性能目标的要求，以及能否满足建筑结构在未来地震中具备的功能。在设计过程中，对结构使用静力弹性、动力弹塑性时程分析法分析结构的抗震性能，验证建筑结构是否可以达到设计性能目标。
2建筑抗震设计现状
根据建筑物的工程质量报告以及功能结构分析进行抗震设计，确保结构改造后其功能得到强化，可以满足安全需要。通常抗震设计的思路包括结构分析验算、抗震加固改造、施工效果检验等几个步骤。在进行建筑的抗震设计过程中，首先明确结构改造加固的技术原则，在确定技术规范的前提下，进行整体的结构分析，根据原结构分析的结构，确定存在结构性能弱点的地方，采用必要的加固方案及措施，进行系统的优化设计。在确定设计方案之后，对新的结构体系以及性能变化进行研究，参照加固图纸以及施工标准进行施工，确保整体的加固施工质量。加固改造的对象是现有的建筑，相较于新的建筑其涉及的施工规范标准可能发生改变，这种情况下进行加固设计，所选取的标准规范的确定应该根据实际情况区分，常见的处理形式包括两种，首先是按照对现有建筑进行集中加固改造的方式，根据设计所依据的标准原则，确保结构的安全性在改造之后维持在较高的水平，如果原结构的构件承载能力较弱，则需要进行加固处理。以现存的规范为依据进行系统加固改造，从而可以强化原结构的性能，如果原标准规范与现存的行业规范有一定的差异，则应该根据实际情况进行协调。在进行加工设计的过程中，由于原构件承载了一定的载荷，在进行加固之后二次受力会使原构件发生应力变形，压缩变形的存在使得混凝土的结构发生收缩，而通过加固将部分载荷卸除，新增加的构建部分载荷发生变化，则新加的应力则作用于原构件，如果新旧结构无法共同达到应力的峰值，则会使自身的承载能力发生变化，如果原结构构件的变形程度较大，而新增的应力处于较低的水平，则无法发挥承载的潜力，抗震加固的部分为二次组合形式，能否成为整体，影响因素包括多方面，首先是其地面是否能够传递剪力，通常情况下，混凝土的结合面其抗剪能力相较于首次混凝土的抗剪能力更低，因而二次组合结构的承载能力较一次结构更小，在明确建筑受力特征的基础上，提供抗震设计的科学方案，可以确保最终的施工效果。
