基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

彭桂萍

【摘要】近年來(lái)，地震自然災(zāi)害發(fā)生概率越來(lái)越高，對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和人民的生命安全產(chǎn)生了重大影響。文章對(duì)基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】性能；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

一、 前言

文章對(duì)基于性能的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)概念進(jìn)行了介紹，對(duì)現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念存在問(wèn)題進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

二、基于性能的建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)概念

基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法是一種基于"投資-效益"準(zhǔn)則，兼顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)共性和個(gè)性要求的抗震設(shè)計(jì)方法，是抗震設(shè)計(jì)理論的變革?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法可以根據(jù)具體的情況，選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)防目標(biāo)，設(shè)計(jì)功能多樣化的建筑結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)方案就可以滿足不同的設(shè)防目標(biāo)?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)是比基于力，基于位移或者基于其他方面的抗震設(shè)計(jì)更為廣泛的設(shè)計(jì)理念，基于性能的抗震設(shè)計(jì)可以更為直接的滿足用戶對(duì)于建筑的要求。建筑結(jié)構(gòu)在正式使用的過(guò)程中，能夠?qū)τ诓煌潭鹊牡卣鹩幸欢ǖ牡钟芰Γㄖ旧淼男阅苣軌驊?yīng)對(duì)相應(yīng)程度的地震?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)的可行目標(biāo)是在耗用資源最少的情況下，設(shè)計(jì)出能夠抵抗最糟糕的情況的建筑結(jié)構(gòu)，確保群眾的生命財(cái)產(chǎn)，減少?lài)?guó)民經(jīng)濟(jì)的損失。

三、現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念存在問(wèn)題

1.設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)。我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)基于強(qiáng)度或承載力，但經(jīng)實(shí)踐表明建筑物結(jié)構(gòu)的抗震不僅基于強(qiáng)度。

2.性能概念不明確?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)多級(jí)設(shè)防的目標(biāo)描述較模糊，業(yè)主追求最經(jīng)濟(jì)的方案，設(shè)計(jì)人員追求單純的重力承載，基礎(chǔ)未能處于科技的評(píng)價(jià)之上，導(dǎo)致面臨地震時(shí)損失的加重。

3.損失控制不力?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)理念除了重視主體結(jié)構(gòu)損壞造成損失外，對(duì)非主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)施損壞所帶來(lái)的損失容易忽視。

4.刻板的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)者走不出以往設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的條框，約束了設(shè)計(jì)人員的主動(dòng)性。

5.設(shè)計(jì)方法的欠缺?，F(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法偏于保守，限制了新技術(shù)的應(yīng)用。

四、基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1.地震設(shè)防的水準(zhǔn)設(shè)定

地震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)是指設(shè)定未來(lái)可能作用在建筑上的地震等級(jí)和作用效果，美國(guó)工程師協(xié)會(huì)曾提出，基于結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)理論追求能控制結(jié)構(gòu)所可能發(fā)生的各種地震破壞的水準(zhǔn)，因此需要根據(jù)不同的重現(xiàn)期選擇可能發(fā)生的對(duì)應(yīng)不同的地震動(dòng)參數(shù)。在協(xié)會(huì)的報(bào)告中指出四個(gè)地震設(shè)防的水準(zhǔn)：1）無(wú)損傷的正常狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)只受到輕微損傷，不需要進(jìn)行修理就可繼續(xù)使用而不帶有隱患；2）結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷但可修復(fù)，此種情況下結(jié)構(gòu)仍然發(fā)揮效應(yīng)，但是在次要部位出現(xiàn)損傷，需要進(jìn)行修復(fù)；3）保證生命安全的狀態(tài)，即人員的生命安全可以得到保證，結(jié)構(gòu)的損傷較為嚴(yán)重，但是仍在業(yè)主可以接受的范圍內(nèi)；4）倒塌控制水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重威脅生命安全，雖然損傷但沒(méi)有倒塌，經(jīng)濟(jì)上的損失已經(jīng)超過(guò)了業(yè)主可以接受的最大上限。

2.結(jié)構(gòu)抗震的性能目標(biāo)設(shè)定

此項(xiàng)內(nèi)容就是針對(duì)某種地震設(shè)防的水準(zhǔn)而設(shè)定期望達(dá)到的抗震性能的等級(jí)，抗震設(shè)防目標(biāo)德?tīng)柦⑿枰C合考慮地質(zhì)、功能、重要性、投資、效益、震后損失、重建、歷史和文化價(jià)值、社會(huì)效應(yīng)、業(yè)主要求等因素。從地震設(shè)防的角度看，規(guī)范提出的抗震目標(biāo)實(shí)際上是最低的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，而結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)則是根據(jù)業(yè)主需求采用的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，其要高于規(guī)范設(shè)定的范圍。使用者可以根據(jù)自身的情況出發(fā)，設(shè)定一個(gè)合理的性能目標(biāo)。為了方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些定性的性能指標(biāo)最終將被量化，成為具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)依據(jù)。

3.基于性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施

此項(xiàng)內(nèi)容就是要求將結(jié)構(gòu)的性能要求轉(zhuǎn)化為合理的性能參數(shù)以此形成具體的指導(dǎo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要配合合理的處理和分析方法，將前面的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為與性能指標(biāo)相關(guān)量化數(shù)據(jù)，使之作為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的具體指標(biāo)。

五、建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法

作為性能設(shè)計(jì)理論的重要內(nèi)容，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法顯得尤為重要。那么怎樣合理的運(yùn)用基于性能抗震設(shè)計(jì)理念則引起了人們的廣泛關(guān)注，為了能夠把它有效地運(yùn)用到實(shí)際中來(lái)，有很多學(xué)者都對(duì)此進(jìn)行了思考，但是卻還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，通過(guò)他們的總結(jié)，我們可以知道讓性能設(shè)計(jì)思想運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中來(lái)主要有以下步驟和方法：

1.性能抗震設(shè)計(jì)階段

（1）概念設(shè)計(jì)。根據(jù)用途和業(yè)主的要求，合理確定設(shè)防目標(biāo)，通過(guò)場(chǎng)地、建筑平面等進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

（2）計(jì)算設(shè)計(jì)。根據(jù)預(yù)定的設(shè)防目標(biāo)，計(jì)算出能影響各類(lèi)因素的抗震參數(shù)，參數(shù)與預(yù)定目標(biāo)不符要及時(shí)修改，直至滿足參數(shù)需求。以基于位移的抗震性能設(shè)計(jì)為例，主要包括步驟有確定不同強(qiáng)度地震作用下性能目標(biāo)；根據(jù)初步設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的位移的極限值；通過(guò)等效阻尼比等各類(lèi)等效數(shù)值，確定等效剛度；設(shè)計(jì)采用必需的構(gòu)造措施；評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求和變形能力。以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、合理的態(tài)度進(jìn)行評(píng)估，如計(jì)算階段有不符合，則需重復(fù)計(jì)算設(shè)計(jì)步驟，以不斷完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（3）性能評(píng)估。通過(guò)各類(lèi)的分析法得出設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)確定該建筑結(jié)構(gòu)的性能。

2.性能抗震設(shè)計(jì)方法

目前大致主要有：位移影響系數(shù)、能力譜、直接位移設(shè)計(jì)等方法。

（1）位移影響系數(shù)法?；诮Y(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)方法，通過(guò)分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模態(tài)進(jìn)行確定。以達(dá)到此系數(shù)的修正作用。此方法還存在著由于它是整體抗震評(píng)估方法，無(wú)法具體體現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)、樓層的損壞情況與抗震水準(zhǔn)等問(wèn)題。

（2）能力譜法。1975年被提出，隨后不斷改進(jìn)。能力譜設(shè)計(jì)是將能力譜曲線與地震反應(yīng)譜轉(zhuǎn)化而來(lái)的需求譜，進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估其抗震性能。此方法側(cè)重對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能進(jìn)行驗(yàn)算、評(píng)估。另外，能力譜設(shè)計(jì)法比較適用于平面結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化且分布較均勻的結(jié)構(gòu)，否將會(huì)產(chǎn)生不小的誤差。

（3）直接位移設(shè)計(jì)法。側(cè)重于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，概念簡(jiǎn)單，根據(jù)地震等級(jí)來(lái)預(yù)期位移計(jì)算，使結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定位移。此方法也存在著只能從建筑結(jié)構(gòu)材料的極限變化得到數(shù)值，而不能考慮到預(yù)期以外的強(qiáng)震效應(yīng)的不足。

六、結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的整體，在設(shè)計(jì)中，要考慮的因素很多，涉及的因素很過(guò)，顧及的因素很多，需要相關(guān)人員投入更多的精力才行。

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