基于性能抗震论建筑结构设计问题

摘要：近些年来来地震灾害的研究，充分暴露了现行抗震建筑结构设计方法的不足，于是基于性能的抗震设计方法被广泛研究推广，并被认为是当今世界上抗震设计的重要发展趋势。本文对基于性能的抗震设计的产生、特点与设防水平加以了阐释，并具体介绍了几种基于性能的抗震设计的设计方法。最后，加以总述。

关键词：抗震设计 ；基于性能 ；地震设防水准 ；设计方法 ；位移影响系数法 ；能力谱法 ；直接位移设计法

中图分类号：TU973+.31文献标识码： A 文章编号：

一、基于性能的抗震设计的产生

20世纪初期，日本的森房吉教授（1868—1923）在对当时的地震灾害和理论认识进行研究之后，提出了最早的结构抗震设计方法。在之后的一百年间，随着科学技术的不断发展，人们对地震的反映特征和发展特征的研究和把握不断深入，结构抗震设计理论及方法也在不断进步当中。

目前 “大震不倒，中震可修，小震不坏”，作为抗震结构设计指导思想被国际普遍认可。至此，抗震结构设计可以说已经取得了显著的进步，此类建筑在地震中也表现出较好的抗震性能。但是，目前的三个水准的设计理念主要是以保护人类生命安全为目的，对于地震造成的其他破坏不能很好地进行控制。尤其是现代社会的高速发展使得大量人群、财富和资源可能集中在某一区域，如大城市中。在这些区域一旦发生地震，将会造成巨大的经济损失，对生还者的心里造成严重打击，也是十分不利于震后重建工作的开展。因此，要求人们在进行抗震设计时不仅防止地震对生命安全造成伤害，也要尽可能减少房屋倒塌对其他方面造成破坏。基于以上考虑，在1994年美国洛杉矶大地震和1995年日本阪神大地震之后，基于性能的抗震结构设计被广泛研究推广，并被认为是未来抗震结构设计的主要指导思想。

这项设计最早出现在桥梁抗震设计中，用量化的抗震指标来控制抗震性能，从而改进传统的设计理念。1995年，这一理念被美国放眼21世纪委员会提出了之后，便得到了美国政府的大力支持，日本、新西兰、澳大利亚、英国、智利等国家也先后投入研究。

二、基于性能抗震设计的特点

通过与现行抗震设计理念的对比，可得到基于性能抗震设计理念的特点。

1.采用多级设防。与现阶段“大震不倒、中震可修、小震不坏”的三阶段设防目标

相比，基于性能的抗震设计注重多级防护，注意保护建筑的内部设施与非结构件，从而达到了在地震发生时既保护业主安全又减轻了业主和社会的经济损失。

2.投资准则效益。投资准则效益反映了抗震设计思想的重要转变，是基于性能抗震设计的一个基本原则。即从只注重安全变为同时注重安全、经济等多个方面。根据这一准则，结构设计按照结构性能的要求，考虑到所拥有的所有资源，在安全和经济之间找到平衡、合理的切入点，得到优化的最佳方案。

三.设防水平

1．地震设防水平。地震设防水平是指在未来可能作用于建筑结构的地震强度大小。由于地震设防水平直接决定了建筑物的抗震能力，所以它在基于性能的抗震设计的理论中占有重要的位置，应充分考虑到已优化的经验基础，并根据地震参数具体确定。

2.结构性能水平。结构性能水平是在预期地震等级的作用下对建筑物破坏的最大程度。由于基于性能的抗震设计是考虑到结构构件、内部设施、非结构构件、装修等多种因素，因此除了应该对对建筑主体结构带来的损失有控制力外，还要充分考虑到对非主体的损坏的控制。所以说，能兼顾主体与非主体结构破坏程度的结构性能水准才是科学的、合理的。

四、基于性能抗震设计的方法

目前基于性能的抗震设计方法主要有：位移影响系数、直接位移、能力谱设计等方法。

1．位移影响系数法。该方法基于结构性能设计，即通过分析预先得到位移的最大期望值，然后利用模态、等效的方法进行确定，从而修正此系数。但是此方法目前也存在着一些问题，比如无法具体地体现出抗震水准与具体结构、楼层的损坏情况。

2．直接位移设计法。本方法适用于结构性能设计，即根据地震等级预期计算位移，使结构达到预期位移。本方法最大的特点是概念简单，但是只能从建筑材料的极限变化确定相应数值，不能考虑到预期之外的地震效应。

3．能力谱法。能力谱法是将地震反应谱与能力谱曲线转化成需求谱，从而评判该建筑的抗震性能。本方法侧重于对结构的实际性能进行评估与检验。另外，能力谱法只适用于分布比较均匀且平面结构可化简的结构。

总结：

基于性能的抗震设计是一个涵盖范围很广的体系，与现行抗震设计相比，它具有以下优点：

基于性能的抗震设计目标多而且具体，具有更强的可操作性与适应性，也具有更

大的实际作用意义。

基于性能的抗震设计提供给了设计者更大的灵活性。在符合相关规定与要求的前

提下，设计者可自行选择能实现业主抗震目标的设计方案与相对应的结构措施，充分发挥了设计者的创造性与创新性。

基于性能的抗震设计将之前单一的以保障业主生命安全的抗震目标转变为在不同

的地震风险等级下满足不同的抗震需求，并综合了经济、安全等多方面因素，充分考虑到了投资、震后损失、灾后重建、社会效益与业主的承受能力等多方面因素,更符合当今社会的需求。

基于性能的抗震建筑结构设计思路已经成为了未来抗震设计的主要发展思想，，得到了国际社会的广泛认可。特别是美日两国，在这一方面进行了大量的研究，并得到了一定成果。我国在这个项目的研究上起步较晚，但是为达到与国际社会同步，我国与国际社会上在这方面取得先进成果的专家多次进行学术交流，中国许多高校目前也已经开展了此项研究，从而发展出适合我国国情的基于性能的抗震设计方法。

参考文献:

欧进萍,何政,吴斌,邱法维;钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计[J];地震工程与工程振动;1999年01期

孙俊,刘铮,刘永芳;工程结构基于性能的抗震设计方法研究[J];四川建筑科学研究;2005年03期小谷俊介,叶列平;日本基于性能结构抗震设计方法的发展[J];建筑结构;2000年06期

韩小雷;郑宜;季静;黄艺燕;;美国基于性能的高层建筑结构抗震设计规范[J];地震工程与工程振动;2008年01期

蒋建;;基于性能抗震设计方法与基于承载力抗震设计方法比较研究[J];结构工程师;2008年04期

作者简介：李锋，1982年9月出生，山西省城乡规划设计院，助理工程师。