建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的問題分析

孔英豪　胡彬

[摘要]近年來，基于性能的抗震設(shè)計(jì)也逐漸成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。本文主要闡述了基于性能的抗震設(shè)計(jì)的各方面，并探討了相關(guān)的設(shè)計(jì)方法，以期為抗震設(shè)計(jì)工作的開展提供一些幫助。

[關(guān)鍵詞]抗震設(shè)計(jì)；基于性能；性能目標(biāo) 文章編號：2095-4085（2015）08-0047-02

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，高層建筑房屋的越來越多，地震給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來的損失也越來越嚴(yán)重。而基于性能的抗震設(shè)計(jì)，在發(fā)生地震時(shí)，能夠有效地防止因?yàn)榻ㄖ锏顾o人造成傷害，在一定程度上保護(hù)了人的安全。因此，基于性能的抗震設(shè)計(jì)被人們廣泛關(guān)注，并將其作為抗震設(shè)計(jì)未來的發(fā)展方向。

1.確定抗震性能目標(biāo)

確定性能目標(biāo)是基于陛能的抗震設(shè)計(jì)中首要解決的問題，通常采用“投資-效益”這個(gè)準(zhǔn)則，也就是在對建筑的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，針對破壞強(qiáng)度不同的地震，能夠?qū)ㄖ锏钠茐臓顟B(tài)進(jìn)行有效的控制，從而體現(xiàn)不同建筑物的性能水平。采用此設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在一定程度上能夠?qū)⒔ㄖ镌谑褂弥芷趦?nèi)所遭受的損失降低。一般地，降低工程造價(jià)，就會增加建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受破壞的可能性，從而增加后期工程的修復(fù)和維修費(fèi)用，所以存在一個(gè)最小費(fèi)用值。由于發(fā)生地震以及后期維修費(fèi)用的增加都具有不確定性，所以這筆費(fèi)用也是可以變的。因此，在進(jìn)行項(xiàng)目投資時(shí)，一定要充分考慮到各方面的因素，并將相對可靠的理論作為基于性能的抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2.基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法探討

當(dāng)前，國內(nèi)外都將基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法作為重點(diǎn)研究對象，而學(xué)術(shù)界基本已就這種設(shè)計(jì)方法的目標(biāo)和理念達(dá)成一定共識，國內(nèi)新一版的設(shè)計(jì)規(guī)范也對此開設(shè)了新的篇章闡述，作為綱領(lǐng)性的標(biāo)準(zhǔn)。下面主要探討一下幾種典型的設(shè)計(jì)方法。

2.1承載能力設(shè)計(jì)方法

從當(dāng)前我國的抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀看，這種方法是較常用的。對于經(jīng)常發(fā)生的地震，通過反應(yīng)譜將建筑的底部剪力計(jì)算出來，按照相應(yīng)的規(guī)則分配至結(jié)構(gòu)全高，并且和其它的荷載組合起來，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，使各部分的構(gòu)件都具備相應(yīng)的承載能力，最后通過變形驗(yàn)算得出結(jié)論。運(yùn)用承載能力設(shè)計(jì)方法具有設(shè)計(jì)可靠、比較清晰的性能概念以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能目標(biāo)。但這種方法也具有一定的缺點(diǎn)，比如，以彈性反應(yīng)為基礎(chǔ)，對于非彈性反應(yīng)的建筑就不能進(jìn)行全面的計(jì)算。因此，新規(guī)范衍生出承載力按抗震等級調(diào)整地震效應(yīng)的設(shè)計(jì)值、不計(jì)抗震等級調(diào)整地震效應(yīng)的設(shè)計(jì)值、標(biāo)準(zhǔn)值、極限值的四種復(fù)核方法。

2.2抗震設(shè)計(jì)以位移為基礎(chǔ)

這種方法的結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)就是結(jié)構(gòu)位移，相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而言，將位移作為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)全過程的根本改變。這種方法主要是將位移作為根本出發(fā)點(diǎn)，將層間位移和位移假設(shè)為控制建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素。將位移控制運(yùn)用在設(shè)計(jì)過程中，并且利用對位移譜的設(shè)計(jì)計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生位移時(shí)的有效周期，并得出結(jié)構(gòu)的基底剪力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)而對具體的配筋進(jìn)行設(shè)計(jì)，用應(yīng)力來對完成后的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算，如果出現(xiàn)不足的情況，修改時(shí)，應(yīng)該采用增大剛度的方法，而不能用增大強(qiáng)度的方法，并且將位移目標(biāo)的基準(zhǔn)作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件配置的依據(jù)。這種方法，充分考慮了抗震性能中位移的重要性，在性能設(shè)計(jì)理論中，是一種使用比較廣泛的方法。

2.3能量法

這種方法主要是將破壞建筑結(jié)構(gòu)的原因假設(shè)為地震輸入的總能量，而內(nèi)部設(shè)施以及結(jié)構(gòu)遭受地震破壞的程度是由被結(jié)構(gòu)所消耗掉的能量和地震輸入的能量來共同決定的，其優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)所具備的潛在破壞程度進(jìn)行直接估計(jì)，對于結(jié)構(gòu)所具備的非線性和滯回特性的要求，都能夠滿足。除此之外，在結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置耗能元件，在一定程度上能夠?qū)p失降到最低。當(dāng)然，能量法也具有一定的缺點(diǎn)，那就是具備較多的不確定因素以及使用方法相對復(fù)雜。

3.混凝土結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)

細(xì)部構(gòu)造和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)都是抗震性能化設(shè)計(jì)中不可或缺的構(gòu)成部分。所以，要將基于性能的抗震設(shè)計(jì)的理念與承載能力設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。下面主要從四個(gè)方面來談。

（1）對混凝土結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能水準(zhǔn)進(jìn)行明確的劃分，根據(jù)不同的要求不僅要考慮到工程施工階段的投資，還應(yīng)充分考慮到建筑使用階段可能會遭受到許多不確定因素的損失，比如地震等，通?？梢圆捎萌婵紤]和可靠度理論來進(jìn)行確定。

（2）在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)控制，也就是在設(shè)計(jì)的過程中，一定要嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理的選擇，為結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的延性提供有效的保障。

（3）在進(jìn)行基于性能的混凝土抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮周全，要考慮到地震級別的不同對建筑損害程度的不同，將強(qiáng)度設(shè)計(jì)也分為多個(gè)等級，從而體現(xiàn)在建設(shè)初期的投資成本上。

（4）在評估建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)，可以將結(jié)構(gòu)的變形指標(biāo)作為基本依據(jù)，對非建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件具備的性能水平和建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭受損傷的程度進(jìn)行控制，以此作為未來建筑可能會因?yàn)榈卣鸲馐軗p失的評估依據(jù)，得出結(jié)果之后，采用合理的方案，將建筑結(jié)構(gòu)在整個(gè)使用壽命期內(nèi)的花銷費(fèi)用降到最低。

4.結(jié)語

總之，隨著自然災(zāi)害頻發(fā)周期的到來，安全問題已成為當(dāng)前各國廣泛關(guān)注的問題。因此，基于性能抗震設(shè)計(jì)也已成為人們關(guān)注焦點(diǎn)。但目前基于陛能抗震設(shè)計(jì)還處在一個(gè)初級階段，還需要學(xué)者們不斷的研究和探索，充分考慮各方面因素，在不斷的實(shí)踐中找出一套合理的設(shè)計(jì)方法，有效提高建筑的抗震性能，為人們的生命安全提供有效的保障。