摘要：工程結(jié)構(gòu)的抗震能力是社會抗震防災(zāi)系統(tǒng)的第一道防線。而隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，抗震設(shè)計不僅要防止建筑物倒塌破壞，還需要根據(jù)建筑物的用途和重要性有效控制其破壞狀態(tài)。這就對抗震設(shè)防目標(biāo)提出了多級化要求。本文介紹了多個提高抗震設(shè)計方法，并對這些設(shè)計方法進(jìn)行了比較。而基于性能的抗震設(shè)計方法正是為解決這個問題而提出的，是本文的主要設(shè)計方向。

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震能力;抗震設(shè)計方法

　　Abstract: the engineering structure seismic capability is the social earthquake disaster prevention system first line of defense. But along with the development of modern society, seismic design not only to prevent building collapsed destruction also need according to the purposes and importance building effective control of its destruction state. This to the seismic fortification target puts forward the means requirements. This paper introduces multiple improve seismic design method, and the design methods are compared. And the seismic design method based on performance is to solve this problem and put forward, is the main design direction. Keywords: building structure; Seismic capacity; Seismic design method

　　中圖分類號：TU352.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　引 言：建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)可以用不同的變量來體現(xiàn)，具體在抗震設(shè)計過程中采用何種設(shè)計變量則要根據(jù)結(jié)構(gòu)自身類型、地震反應(yīng)特性、地震破壞模式等因素綜合考慮。根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計變量不同再對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法進(jìn)行分類，大致可分為基于承載力的抗震設(shè)計法、基于位移的抗震設(shè)計方法、基于能量的抗震設(shè)計方法和基于損傷的抗震設(shè)計方法，目前進(jìn)行的針對基于位移、基于能量、基于損傷等抗震設(shè)計方法的研究均以基于性能的抗震設(shè)計為主導(dǎo)思想。

　　1建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法研究綜述

　　1.1 基于承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

　　基于承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，建立在靜力分析的理論之上，以慣性力的形式來反映地震作用，并按彈性方法來計算結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)的大小、進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性位移驗算，把結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度是否達(dá)到特定的極限狀態(tài)作為結(jié)構(gòu)失效的準(zhǔn)則。

　　1.1.1 設(shè)計地震作用的確定

　　在基于承載力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法中，設(shè)計地震作用取值由設(shè)防烈度的地面運(yùn)動有效峰值加速度考慮放大效應(yīng)和地震作用效應(yīng)降低系數(shù)的綜合影響后得來的，可以用如下公式表示：f = kβig/r式中：f—建筑結(jié)構(gòu)總水平地震作用; k—地震系數(shù)(不同地震分區(qū)所取的相當(dāng)于設(shè)防烈度水準(zhǔn)的地面運(yùn)動有效峰值加速度或地面運(yùn)動峰值加速度與重力加速度的比值，它反映了不同地區(qū)設(shè)防烈度地震的強(qiáng)弱);β —動力放大系數(shù)(對應(yīng)于不同周期的結(jié)構(gòu)反應(yīng)峰值加速度與地面運(yùn)動有效峰值加速度或峰值加速度比值的擬合值，它反映了不同周期體系對地震作用的動力放大效應(yīng)); i—建筑重要性系數(shù); r—地震作用降低系數(shù); g—結(jié)構(gòu)重力荷載代表值地震系數(shù)k 反映的是不同地區(qū)設(shè)防烈度地震的強(qiáng)弱，根據(jù)各地區(qū)不同的地震危險性將其細(xì)分為不同地震區(qū)域，并對每個地區(qū)根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果重現(xiàn)期給出其地震系數(shù)。動力放大系數(shù)β 反映了不同周期彈性單自由度體系的動力放大效應(yīng)，它通常是從相對于地面運(yùn)動有效峰值加速度作歸一化處理后的多條彈性加速度反應(yīng)譜曲線中經(jīng)歸納和簡化后得到的。加速度反應(yīng)譜是確定的地面運(yùn)動通過一組阻尼比相同自振周期不同的單自由度體系所引起的各體系最大加速度反應(yīng)與相應(yīng)體系自振周期間的關(guān)系曲線。

　　1.1.2 基于承載力結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的研究現(xiàn)狀

　　基于承載力的抗震設(shè)計法作為產(chǎn)生較早的方法，從20世紀(jì)90年代中期開始廣泛應(yīng)用，經(jīng)過多年的研究發(fā)展較之其他抗震設(shè)計方法相對成熟。目前加速度反應(yīng)譜的短周期段的精度已基本滿足工程使用要求，研究主要關(guān)注反應(yīng)譜的不合理性。隨著高層、超高層等長周期結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對反應(yīng)譜長周期的研究也逐漸開展。考慮到現(xiàn)有的科技水平及設(shè)計習(xí)慣，彈性加速度反應(yīng)譜仍是現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算的最基本依據(jù)，研究工作主要集中在結(jié)合場地影響、強(qiáng)震觀測改進(jìn)及結(jié)構(gòu)時程分析對加速度反應(yīng)譜的長周期段進(jìn)行修正，以求使地震作用計算更加合理準(zhǔn)確。另外對設(shè)計地震力—延性聯(lián)合控制準(zhǔn)則的核心內(nèi)容r μ 關(guān)系相關(guān)問題也展開了更廣泛的研究：如把r μ 關(guān)系與周期t聯(lián)系起來，全面考慮震級、震中距和場地條件以及滯回性能的分析結(jié)果，提出針對不同延性水準(zhǔn)和各類結(jié)構(gòu)模型且與周期相關(guān)的r μ t 關(guān)系。考慮結(jié)構(gòu)中存在的材料超強(qiáng)和整體超強(qiáng)效應(yīng)，在某種程度上提高了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)或相當(dāng)于減小了r值，尋找其對r μ 規(guī)律的定量影響程度。

　　1.2 基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

　　1.2.1 基于能量的抗震設(shè)計方法概述

　　基于能量的抗震設(shè)計理論是從能量的角度考慮地震地面運(yùn)動對于結(jié)構(gòu)的作用，概念明確，能夠較好的反映地震動強(qiáng)度、頻譜、持時對結(jié)構(gòu)破壞的綜合影響，從輸入能量和耗散能量的角度捕捉到結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下的非彈性變形歷程。由于能量分析的復(fù)雜性，基于能量的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法還處在理論研究階段，能實際運(yùn)用到工程設(shè)計中的能量設(shè)計法至今還未完整的建立起來。能量概念和破壞模型一直是抗震研究中的兩個論題，特別是目前基于性能的抗震設(shè)計思路的提出，又對抗震結(jié)構(gòu)的耗能能力及性能的研究提出了新的要求。基于能量抗震設(shè)計方法能夠考慮結(jié)構(gòu)滯回變形對結(jié)構(gòu)破壞影響的這一特點(diǎn)對于實現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計理念很有意義，因此基于能量的抗震設(shè)計方法的研究對實現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計理念的進(jìn)一步發(fā)展非常重要，成為了改進(jìn)傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法的重要發(fā)展方向。

　　1.2.2 存在的問題與今后的發(fā)展方向

　　1) 對于設(shè)計地震作用的確定方式，以能量譜的形式雖然得到多數(shù)人的支持，但還沒有形成一個得到普遍認(rèn)可的理論基礎(chǔ)，其譜形模式、譜值影響因素、持時對總輸入能量的影響都沒有得到更全面的分析，這些還有待進(jìn)一步深入研究。

　　2) 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的能量分析還處于研究階段，能量反應(yīng)分析比較準(zhǔn)確的、普遍采用的是動力時程分析法，目前將時程分析法普遍應(yīng)用實際抗震設(shè)計中的條件還不成熟，而一般結(jié)構(gòu)設(shè)計方法方便實用的特點(diǎn)也要求人們探索能量分析的簡化方法。

　　3) 對結(jié)構(gòu)總耗能在阻尼耗能與非彈性變形耗能之間的分配、非彈性變形能結(jié)構(gòu)內(nèi)部層間及構(gòu)件的耗能分布規(guī)律的研究結(jié)果并不十分明確。還沒有建立起一個比較符合實際并得到普遍認(rèn)可的結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)與能量控制參數(shù)的關(guān)系表達(dá)式，即合理的地震作用累積損傷破壞準(zhǔn)則。

　　1.3 基于損傷的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

　　1.3.1 基于損傷的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法概述

　　近年來根據(jù)地震災(zāi)害經(jīng)驗和各國學(xué)者的研究表明：由于地震是一種往復(fù)運(yùn)動，并且地震動持時一般較短，因此地震作用下的損傷不僅與最大變形有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)的低周疲勞效應(yīng)所造成的累積損傷有關(guān)。用能夠反映結(jié)構(gòu)的變形和累積損傷效應(yīng)的損傷性能參數(shù)可以更好地描述結(jié)構(gòu)的非彈性性能，通過選取適當(dāng)?shù)牡卣饟p傷模型、按照結(jié)構(gòu)在未來地震作用下的損傷允許值來進(jìn)行抗震設(shè)計更為經(jīng)濟(jì)合理，由此產(chǎn)生了基于損傷性能的抗震設(shè)計思想。

　　1.3.2 基于損傷的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的特點(diǎn)與研究趨勢

　　采用基于地震損傷理論的損傷指數(shù)能夠定量的描述結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌破壞情況，而且損傷指數(shù)物理意義明確。結(jié)構(gòu)損傷的“三水準(zhǔn)”性能目標(biāo)反映了抗震設(shè)防水準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)功能失效與倒塌限值，區(qū)別了不同重要性結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)，同時提高了結(jié)構(gòu)抗震的功能要求。而且在基于損傷的抗震設(shè)計中用到等效位移延性系數(shù)，可以不需了解結(jié)構(gòu)在動力荷載作用的時程反應(yīng)而考慮結(jié)構(gòu)往復(fù)彈塑性變形和累積耗能的影響。并從設(shè)計開始階段就引入損傷指標(biāo)，使損傷指標(biāo)在設(shè)計過程中真正起到控制作用，體現(xiàn)了其方法上的先進(jìn)性。由于結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理較為復(fù)雜，許多問題還沒有得到很好的解決，如結(jié)構(gòu)的非彈性變形和積累滯回耗能指標(biāo)確定和計算，損傷指數(shù)計算的進(jìn)一步簡化、準(zhǔn)確化，結(jié)構(gòu)損傷模型與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、延性等設(shè)計參數(shù)的關(guān)系分析，結(jié)構(gòu)損傷譜的確定等。因此，盡管基于損傷的抗震設(shè)計方法在理論上有其合理之處，但直接采用損傷指標(biāo)作為設(shè)計指標(biāo)并不易為廣大工程設(shè)計人員采用。

　　1.4 基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

　　根據(jù)設(shè)計思路的不同，基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計大致可分為三種方法：按延性系數(shù)設(shè)計方法、能力譜法、直接基于位移的設(shè)計方法。他們不同的差別在于：直接位移法和控制延性方法是依據(jù)位移目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗算方法。

　　1.5基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

　　組織對基于性能抗震設(shè)計的描述是“性能設(shè)計應(yīng)該是選擇一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、合理的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)比例，保證建筑物的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，控制建造質(zhì)量和長期維護(hù)水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，結(jié)構(gòu)的破壞不超過一個特定的極限狀態(tài)”。atc 組織對基于性能抗震設(shè)計的描述為“基于性能抗震設(shè)計是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)由一系列可以取得的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)來表示，主要針對混凝土結(jié)構(gòu)并且采用基于能力的設(shè)計原理”。fema 對基于性能抗震設(shè)計的描述為“基于不同強(qiáng)度地震作用，得出不同的性能目標(biāo)。

　　2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法比較 目前研究探討的幾種抗震設(shè)計新方法之中，基于性能的抗震設(shè)計最為引人矚目。它作為一套更深更新的設(shè)計理念能夠涵蓋以力、位移、能量等物理量為結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)的設(shè)計方法，被認(rèn)為是未來抗震設(shè)計的主要發(fā)展方向。

　　2.1 結(jié)構(gòu)抗震性能水平

　　結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)表示了結(jié)構(gòu)在特定的某一地震設(shè)計水準(zhǔn)下預(yù)期破壞的最大程度，結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結(jié)構(gòu)易損性、結(jié)構(gòu)功能性和人員安全性來表達(dá)。對于不同等級的抗震性能，都應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)體系、豎向和橫向承載構(gòu)件、結(jié)構(gòu)變形、設(shè)備與裝修、修復(fù)使用等方面加以定義，應(yīng)該表達(dá)為量化指標(biāo)，以便工程設(shè)計和評估。我國規(guī)范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實就是對結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能水平的描述，具體敘述為“小震”對應(yīng)一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用水平;“中震”對應(yīng)可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用;“大震”對應(yīng)不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。這一提法已經(jīng)包含了一定的性能設(shè)計思想，只是對性能水平的描述比較模糊，水平之間的界定不明確，在實際設(shè)計中很難實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)性能的有效控制。

　　2. 2 結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)

　　結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)是指建筑物在各設(shè)計地震水準(zhǔn)下期望達(dá)到的相應(yīng)水準(zhǔn)集合，應(yīng)依據(jù)建筑物的重要性分類，結(jié)合社會、經(jīng)濟(jì)因素和業(yè)主意愿綜合確定。三級性能目標(biāo)與按重要性劃分的三類建筑一一對應(yīng)，取每級地震作用水準(zhǔn)下的最低性能要求組合作為該類結(jié)構(gòu)的規(guī)定最低性能水準(zhǔn)目標(biāo)。并且設(shè)計師也可以根據(jù)實際情況和業(yè)主要求提高目標(biāo)性能水平進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在一個或多個設(shè)計地震作用水準(zhǔn)上選擇更高的性能目標(biāo)，雖然在一定程度上會提高建筑造價，卻能減免以后可能會產(chǎn)生的損失。這種性能目標(biāo)的制定方式充分體現(xiàn)了基于性能抗震設(shè)計的自主性和靈活性。

　　2.3 兩種方法的設(shè)計過程

　　建筑結(jié)構(gòu)基于性能要求的抗震設(shè)計多了以下幾個步驟：性能目標(biāo)的確定、抗震措施與計算分析方法的選擇及目標(biāo)評價等。性能目標(biāo)的確定因素中多了業(yè)主決策和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件分級性能水準(zhǔn)。選擇抗震設(shè)計(分析)方法也是基于承載力的抗震設(shè)計過程中所沒有的，通過不同的抗震性能水準(zhǔn)量化數(shù)值對應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)和抗震設(shè)計準(zhǔn)則，因此可以選擇基于不同的結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)的抗震分析方法。并且在設(shè)計完成后，基于承載力的抗震設(shè)計只對結(jié)構(gòu)進(jìn)行層間位移驗算是否滿足限值，而性能設(shè)計則需要對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)性能水平進(jìn)行全方位的檢驗和評估。

　　3結(jié)束語：

　　本文通過按照我國抗震規(guī)范規(guī)定的抗震設(shè)計方法和基于性能的抗震設(shè)計方法分別對同條件不同烈度區(qū)的五層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

　　參考文獻(xiàn)：

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