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DOI：10.16661/jki.1672-3791.2018.15.067
基于性能的结构抗震设计方法浅谈
①
田紫君
(安康市烟草公司汉滨烟叶分公司 陕西安康 725000)
摘 要：地震作为突发性和破坏性都极强的自然灾害，给人类社会造成了严重危害，表明目前的结构设计思想和方法还有许多不足之处。本文简述了基于性能结构抗震设计理论的提出和含义，阐明了该理论的实施方法和主要内容，包括地震设防水准、结构性能水平以及结构抗震目标，对比分析了国内外对各内容的定义和划分方式，并讨论了目前存在的问题。关键词：基于性能 结构抗震设计 地震设防水准 结构性能水平 结构抗震目标
中图分类号：TU318.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)05(c)-0067-03
①作者简介：田紫君（1986—），女，汉族，陕西安康人，本科，助理政工师，研究方向：项目管理。
近年来连续发生在人口稠密地区的几次破坏性大地震，如中国汶川地震（2008，M8.0）、智利大地震（2010，M8.8）、东日本大地震（2011，M9.0）等，都造成了惨重的生命和经济损失，迫使工程界重新审视现有的结构抗震设计理念和方法，改进和完善基本理论和设计思路，以期尽量减少地震给人们带来的危害，而基于性能的结构抗震设计应运而生[1]。
1 基于性能抗震设计理论的提出及含义
美国放眼21世纪委员会（Vision2000 Committee ）于
1995年首次提出了基于性能的抗震设计理念，初步构建了基于性能抗震设计的框架[2]。
在随后的两年，美国又相继提出4种以性能分析为基础的结构抗震设计方法和基于性能的地震工程，并得到广泛重视和采纳。日本也较早开展了基于性能抗震设计的研究，并先后启动了“新型建筑结构体系开发”项目和修订《建筑标准法》。我国在1996年召开的中美抗震规范学术讨论会上，将基于性能
抗震设计与结构优化设计相结合，建立了基于性能的抗震优化设计方法[3]。同时有学者建议，我国未来的抗震设计要与国际同步发展，开拓与我国国情相适应的基于性能抗震设计理论[4]。
基于性能抗震设计的关键在于“性能”，它与结构的破损程度相关，而这种程度可以由结构的反应参数，如力、位移、应力、能量等定量指标来描述，并且与社会需求和经济状况等因素有关。也就是说，基于性能抗震设计是使结构在设计和使用基准期内，针对不同水平的地震作用都具有明确的性能水准，并使结构在全寿命周期内总费用最小。
设防水准重现期/年
超越概率设防烈度小震5063.2%约比基本烈度低1.55
度
中震47510%基本烈度大震
1641~2475
2%~3%
约比基本烈度高1度
表1 我国地震设防水准划分
地震发生频度地震设防水准重现期/年超越概率多遇水准14330年50%偶遇水准27250年50%～罕遇水准347550年10%稀遇水准497050年5%或100年10%
极稀罕
水准5
2475
50年2%
表2 Vision 2000中地震设防水准
表3 FEMA中地震设防水准
地震发生频度
地震设防水准
重现期/年
超越概率常遇水准14350年50%偶遇水准27250年20%少遇水准347550年10%罕遇
水准4
970
50年2%
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2 基于性能抗震设计理论的主要内容
基于性能的结构抗震设计以“多级抗震设防”思想为基础，针对不同的抗震设防水准，提出与之相应的结构性能水平。设计师根据业主的需要，使得结构在未来可能遭受的不同强度的地震作用下都具有明确的抗震性能，结构的破坏程度能为业主所接受。2.1 地震设防水准
记事作文800字
地震设防水准是一系列具体的地震动参数，如地震加速度、速度或位移时程曲线，加速度反应谱等，需要根据场地条件和结构设计等级来确定，同时应考虑由社会经济条件决定的设防目标和设计基准期内预期的总损失。由于地震是一个随机事件，因此将基准期内的超越概率转换为重现期来表达[5]。根据概率统计方法，我国现行抗震规范采用“小震”“中震”及“大震”3个设防水准[6]，如表1所示。
美国Vision 2000和联邦紧急救援署都给出了不同的
设防水准划分，如表2、表3所示。表2中，水准1、3、5分别对应表1中的我国设定的3个设防水准，但是美国的划分更细化。2.2 结构性能水平
确定了地震设防水准之后，需要考虑在不同设防水准下结构构件或非结构构件的最大破坏程度，这就是结构性能水平。对其划分应综合考虑场地条件、结构重要性和使用要求、设备与装修费用、震后损失和修复以及社会经济条件等因素的影响[7]。
目前，各国采用的结构性能水平划分如表4所示，同时我国在表中所示的5个等级基础上又确定了3个基本性能水平，即“小震不坏”“中震可修”和“大震不倒”。
从表4可以看出，对结构性能水平的划分仅具有定性意义，缺乏具体明确的量化标准，使得实际设计时很难把握结构设计的“度”。由于结构性能取决于其破坏状态，而破坏状态又可由结构的反应参数表征，所以结构性能的量化指标可以采用力、变形、应变、能量等反应参数来确定。2.3 抗震性能目标
结构抗震性能目标是在已确定的地震设防水准和结构性能水平基础上，根据结构类型、建筑造价、地震损失、社会效益以及业主的承受能力等因素组合而成的一个目标系列，从而确定结构在不同强度地震作用下的最大破坏状态应保持在何种水平。性能目标应以多级设防为原则，破坏状态水平的设定直接关系到结构设计的可行性。目标定得
表5 日本研究报告的性能目标
表6 FEMA中结构抗震性能目标
表7 地震设防水准
我国抗震规范SEAOC Vision2000FEMA273日本研究报告基本完好安全正常使用基本完好轻微破坏正常使用
轻微破坏
正常使用中等破坏易修复严重破坏生命安全生命安全t
倒塌
接近倒塌
防止倒塌
江心公园
地震风险性能水平
正常使用
易修复
生命安全
Ea A Eb A B Ec A B C
Ed B C Ee
C
地震设
防水准结构性能水平
基本完好
轻微破坏
生命安全
梦见自己中奖防止倒塌
常遇1―――偶遇52――少遇863―罕遇
10
9
7
泽字取名的寓意4
FEMA273
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Vision2000日本中国―30年50%―――――50年63.5%
50年50%50年50%――50年20%―――50年10%50年10%50年10%50年10%50年2%
100年10%
50年2%
50年2%~3%
表4 结构性能水平划分
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过高，即使提高了结构的安全性，却也增加了造价；目标定得过低，则降低了结构安全性并增加了维护成本。表5、表6分别给出了日本建筑研究院和FEMA的目标划分。
除此之外，还可以采用“投资―效益”准则来划分。设计者不单要考虑技术因素，还要考虑社会、经济、政治等因素，从而在设计基准期内，当遭受可能发生的地震作用时能有效控制结构的破坏状态，
并使得结构在初始造价和未来的损失期望达到一种平衡：E=B-C-D=最大，其中E为工程项目的经济效益；B为投资效益，包括工程项目建设期和建成后形成的直接与间接收益；C为项目投资；D为投资损失。
3 存在的问题
3.1 地震设防水准不统一
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目前，各国规范对地震设防水准的界定没有统一标准，划分的等级数量也不同。表7中显示，我国规范给出的小震设防水准相对偏低，可能导致第一阶段的抗震设计中设计强度和弹性变形偏小，造成由此设计的结构不满足常遇地震和罕遇地震的性能水平；而中震和大震则与美国规范基本一致。
3.2 性能水平和目标不够量化、细化
目前基于性能的结构抗震设计主要采用直接基于位移的设计方法，以位移作为性能指标。然而在三水准设防中，已经对“小震不坏”和“大震不倒”限定了相应状态下的层间位移角，但对“中震可修”没有变形规定，只有定性描述，这就需要对结构在较大范围的中震作用区域的性能指标进行量化和细化。同时，有学者认为单纯的位移指标不能全面反映结构的抗震性能，必须使用多个指标综合考量，但指标过多又会使结构设计异常复杂，还可能出现各性能指标不能同时得到满足的情况。3.3 侧向力分布模式问题
当采用静力弹塑性分析方法进行结构抗震设计时，需要确定模拟水平地震作用的侧向力的分布模式。尽管有不少国内外学者对侧向力的分布模式进行了研究和改进，但仍有很多问题没有解决，如有的侧向力分布模式过于简单，无法考虑地震作用下结构高振型的影响，有的又过于复杂，难以在实际工程中应用，或者对于不规则结构缺乏合理的侧向力分布模式。天麻炖鸡的功效
4 尚未形成完整、系统的理论体系
尽管目前对于基于性能抗震设计理论的研究已经取
得了显著成果，但这些成果都偏向于某一方面。例如：对基于“投资―效益”准则的结构性能目标进行优化；对能力谱法中的弹塑性需求谱曲线进行改进等。但是从整体角度来看，由于各国学者在研究中的深入点不同，或者采用的假设条件和研究方法不同等因素，基于性能的抗震设计尚未形成一个系统、全面的理论体系，而这些都需要进行大量的研究工作来解决。
参考文献
[1] 郭亮，张强强.对建筑结构设计中抗震设计的研究[J]. 建筑设计,2018,45(3):31-32.
[2] SEAOC Vision2000 Committee. Performance-bad Seismic Engineering of Building[A]. Sacramento，California, USA[C].1995.
[3] 谭继可，俞盛，贾善坡.基于性能的抗震设计研究现状[J].河南城建学院学报,2016,25(1):20-26.
now什么意思[4] 张桦.基于性能的抗震设计发展及研究现状[J].四川建材,2016,42(4):53-56.
[5] 胡聿贤.地震工程学[M].2版.北京：地震出版社, 2006.[6] 龚思礼.建筑抗震设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社,2002.
[7] 邓添.基于性能的建筑结构抗震设计分析[J].山西建筑,2017,3(2):218.
[8] FEMA356.Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings[R]. Washington DC: Federal Emergency Management Agenc,2000.
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