建筑抗震概念设计和性能化设计
建筑结构设计中抗震性能化设计要点探讨廖文杰
建筑结构设计中抗震性能化设计要点探讨廖文杰发布时间：2021-11-10T02:12:41.391Z 来源：《基层建设》2021年第21期作者：廖文杰[导读] 建筑结构设计下抗震性能设计是非常重要的，抗震设计是结构设计非常重要的组成部分，提升抗震性能设计能够有助于结构的稳定性广东博意建筑设计院有限公司广东省佛山市顺德区 528000摘要：建筑结构设计下抗震性能设计是非常重要的，抗震设计是结构设计非常重要的组成部分，提升抗震性能设计能够有助于结构的稳定性。
文章对抗震性能化设计的目的、内容进行分析，探讨建筑结构设计中抗震性能化设计要点。
关键字：建筑结构；结构设计；抗震性能；抗震设计引言建筑结构抗震设计中，建筑结构设计人员需要正确认识抗震设计的意义和价值，并且加大了对建筑抗震设计要点的控制力度，从而优化和完善建筑结构的抗震性能，保障群众的生命财产安全。
为此，研究抗震设计在建筑房屋结构设计中的应用具有积极的现实意义。
1 抗震性能化设计的目的、内容抗震性能设计的目的是在建筑结构寿命周期内，在一定条件下，提高建筑结构抵御地震灾害的能力，在地震作用下，减轻结构的破坏程度，从而减少人员伤亡、经营中断、再次修建等损失。
因此，抗震性能化设计是一种“多级抗震设防”的方式，是对抗震设计的深化与细化。
具体设计内容包括地震设防水准、性能目标确定、结构抗震性能水平的确定、结构抗震性能分析评估 4 个方面。
在所有的设计内容中，需要考虑 2 个基本方向：地震需求与结构能力。
结构性能设计的最终目的是使设计的建筑结构部件的抗震能力达标，强于地震需求指标且费用最低。
抗震性能化设计，就是一种建立在概念设计基础上的抗震设计新发展。
抗震性能化设计仍然是以现有的抗震设计水平和经济条件为前提，从受力体对性能目标进行理解的设计过程，主要是采取各种设计方法和装置，使整个结构或者是某些部位、关键构件在地震作用过程中，产生的破坏最小。
在外力方面，在地震作用下，首先评估结构设计使用寿命内可能发生的地震等级。
YJK混凝土结构抗震性能化设计
• 性能1，中震 • 1）风与地震不组合； • 2）不考虑抗震等级有关调整
• 性能2 中大震 • 关键构件，竖向构件抗震承载力 • 耗能构件受剪承载力
• 耗能构件正截面
• 性能3 中、大震 • 关键构件及竖向构件正截面, • 水平长悬臂结构和大跨度结构中关键构件正截面
• 关键构件，竖向构件受剪承载力
构造指标（抗震构造措施）。
规范要求
• 抗规附录M • 高规3.11 • 广高规3.11 • 三本规范要求不同，结果会有差异
抗震规范中的性能设计方法
抗规方法
• 按照《抗震规范》附录 M.1 推荐的抗震性能设计的方法，结构 构件实现抗震性能要求可以从抗震承载力、变形能力和构造的 抗震等级三个方面来实现，软件通过计算主要实现抗震承 软件按《高规》进行性能设计时，软件根据性能水准 1~5（中震无 5 级， 大震无 1级）、构件性能水准（耗能构件、普通构件、关键构件），分别 对正、斜截面采用相应的计算公式进行设计。
• 下表用到 2 种荷载组合情况，编号如下：
• 组合 A：
• 组合 B：
性能 2，M.1.2-2 采用设计值和基本组合
• 性能2：中震或者大震的“弹性”对应《抗规》M.1.2-2 按设计值和基本 组合的承载力计算：
性能 3，M.1.2-3 采用标准值和标准组合
• 性能3：中震“不屈服”对应《抗规》M.1.2-3 按标准值和标准组合的承 载力计算：
性能 4，M.1.2-4采用极 限值和标准组合
• 性能设计的抗震设防目标不应低于规范的基本抗
震性能目标。
性能设计基本思路
• 1，高延性（变形能力大），低弹性承载力； • 2，低延性（变形能力小），高弹性承载力。
• 仅提高承载力，安全性有相应提高，变形要求不 一定能满足；仅提高变形能力，则结构在小震、 中震下的损坏情况基本不变，抵御大震倒塌能力 提高。性能设计往往侧重于通过提高承载力，推 迟结构进入塑性工作阶段并减少塑性变形。
朱炳寅的概念设计说明
第一部分 抗震概念设计
• 地震——一个沉重的话题 • （人类的大灾难）
人类时刻都受到地震的威胁
1111缅甸发生6.8级地震
汶川地震
玉树地震死亡人数2064人，比汶川地震损失要小得多，玉树多数都是土木结构房屋抗震性能相当低，经济欠发达，经济 损失较汶川少，青海地广人稀，人员伤亡数少。
东日本大地震引发海啸并造成和灾难 。。。。。。
场地是地震波和结构地震反应的传播媒介（P14），滤波 和放大问题及其规律（P30），场地对地震的影响有：场地 类别（P127）发震断裂的避让问题（P131），山区场地及边 坡问题（P37）、局部突出地形的影响问题（P132、P133） ，地震地质灾害问题，特殊的地震地质问题（P134及P31） 。软弱场地对长周期的滤波和放大问题（P170）。液化地基 问题（P146、P147），软弱地基的侧扩及流滑问题（P151） 。
3.3 抗震概念设计seismic concept design of buildings
3.3.1 什么是抗震概念设计（P14） 3.3.1-1 抗震规范第2.1.9条指出抗震概念设计就是： “根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设 计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程 ”。
场地对地震波的影响问题，超限高层建筑300m到1000m， 弹塑性分析、全球共用一条波，可信吗？可怕吗？放心吗？
震中距的远近问题（P28）
图4.2-1 El Centro1940 N-S地震记录的加速度、速度和位移时程
图4.2-2 1940年El Centro地震记录的加速度反应谱曲线
4.3 场地地基问题
（4）顾及关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节 （或对关键部位制定明确的抗震性能目标）；
建筑结构设计中的抗震结构设计理念
建筑结构设计中的抗震结构设计理念摘要：随着国家经济发展水平的稳步提升，人们对建筑工程中的建筑工程结构设计质量关注度越来越高。
由于地震灾害会对人民生命财产安全产生严重威胁，因而希望能通过更高质量的建筑工程结构设计来提升抗震效果。
基于此，相关人员在对建筑工程进行设计研究时，一定要注重对抗震技术的探究，以此确保发生地震灾害时，建筑工程能够具备较强的抗震性能，进而为人民生命财产安全提供有力保障。
关键词：建筑结构设计；抗震结构设计理念；措施1引言建筑工程结构抗震设计直接决定了建筑工程的抗震性能和效果，为保障用户生命财产安全，需将建筑工程结构的抗震设计现状作为关键的切入点，根据建筑工程的建设质量标准要求，合理地落实建筑工程结构抗震设计。
同时，采取有效防范措施，强化建筑工程结构的抗震性能和整体安全性，在保障用户居住安全的同时，满足用户的生活需求。
2建筑结构性能抗震设计当前看到的大部分建筑结构抗震性能设计理论大部分都是基于结构抗震性能分析实现的。
基于结构性能的抗震设计是指所设计和建造的工程结构在各种可能遇到的地震作用下的反应和破坏程度均在设计预期的要求范围内，不仅能保证生命安全，而且能使经济损失最小。
换句话说，是使得建筑物在某一特定设防地震等级下最大的破坏程度能按预期执行的设计。
在建筑物的使用寿命期间，当受到大于本地区设防烈度的罕见大地震时，可以容许建筑物有一定程度的损坏，但为了保护用户的人身安全，是不允许发生倒塌或危及生命的严重破坏。
因此考虑安全性和经济性的平衡是过去抗震设计的主要目标。
但是，对建筑物抗震性能的要求是各种各样的，只考虑安全性，就不能完全满足用户各种各样的要求。
因此，进行基于性能的抗震设计方法是非常有必要的。
基于性能设计的基本思想就是使所设计的工程结构在使用期间满足各种预定的性能目标要求，而具体性能要求可根据建筑物和结构的重要性确定。
对于结构工程师来说，可明确描述结构性能状态的物理量主要有：力、位移（刚度）、速度、加速度、能量和损伤。
试论建筑结构设计中抗震性能化设计要点
试论建筑结构设计中抗震性能化设计要点摘要：我国常规建筑的抗震设计是基于承载力和刚度的设计方法，以小震为设计为基础，通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证中震和大震的抗震性能来实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标。
但对于特别重要的建筑或者特别不规则的建筑这类复杂的结构会对结构设计提出更高的要求。
抗震性能化设计可以通过计算及构造等抗震性能化设计手段，提高建筑抗震性能，增强建筑结构的抗震能力。
基于性能的抗震设计方法已经被广泛认可，并逐渐成为抗震设计的一个重要发展趋势。
关键词：抗震性能化设计；建筑工程；结构设计1 抗震性能化设计概述1.1 抗震性能化设计基本概念基于性能的抗震设计理论以结构抗震性能分析为基础，根据设防目标的分类不同划分不同的性能目标及设防等级，根据建设者不同的要求，设计者采用经济合理的抗震性能设计方法。
是一种考虑对抗震设计的深化与细化的“多级抗震设防”的方式。
抗震性能化设计的主要目的是在地震作用下的建筑物破坏程度处于预期范围内，并且在经济成本、使用时间和修复费用达到平衡。
抗震性能化设计的中心工作是确定设防标准、性能水准以及抗震性能目标。
1.2 抗震性能化设计方法当前性能化设计最常用的方法是基于位移的抗震设计方法，重点任务是结构的位移满足抗震性能设计要求，中心工作是控制结构的层间位移。
当结构或者构件进入非线性弹塑性阶段时，结构或者构件的内力增加很小，但是其对应的变形增加很大，因此抗震阶段的主要指标是控制结构的位移。
抗震性能化设计根据抗震性能要求调整放大竖向构件的内力，通过提高结构的变形能力，来提高结构的抗震性能，并适当提高结构的抗震承载力，推迟结构进入弹塑性工作阶段以减少弹塑性变形以更有利于实现抗震性能目标。
2 抗震性能化设计主要内容2.1 结构方案分析结构或者构件设计的第一步是判断其是否需要采用抗震性能化设计方法，并且从建筑物规则性、场地条件、结构类型及高度、抗震设防标准等五方面进行分析判断，选取合理的性能目标。
建筑结构抗震概念设计
建筑结构抗震概念设计摘要：作为一种随机振动方式，地震的复杂性与不确定性是难以把握的。
因此，要对建筑物遇到地震的参数与特性进行准确的预测是很困难的。
但就目前的结构计算软件来说，其模型设定因为程序限制会跟实际情况存在很大差异，进而导致建筑结构设计也存在很大难度。
概念设计的内容和应用十分广泛，本文基于结构概念设计基础探讨对结构物进行抗震设计的步骤，从结构布局入手，注重抗震多道防线的设计，在必要的抗震计算过程中，计算本身也必须概念清楚，使得设计方案具有经济性和合理性。
关键词：概念设计；结构设计；抗震性能我国是个地震灾害比较频繁的国家，随着我国经济的发展，建筑规模越来越大，与此同时，对建筑在地震作用下的抗震性能要求也不短提高，这使得抗震要求越来越高。
但在抗震设计中，仅用计算分析得出的数据进行抗震设计，很难有效的控制结构的抗震性能。
本文从结构概念入手分析抗震设计，指明要用“概念”进行分析和判断，控制结构的耗能和薄弱部位。
同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
1.结构概念设计所谓结构概念设计一般指不经数值计算，依据整体结构体系结合结构破坏机理，从整体的角度来确定建筑结构的布置和抗震措施的的一种方法。
结构概念设计往往需要在建筑设计的方案初期做出有效地对结构体系，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。
我国《建筑抗震设计规范》（gb 50011-2010）中3.4.2条规定：“建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变”。
在设计中宜调整平面形状和尺寸，采取构造和施工措施。
当需要设伸缩缝、防震缝和沉降缝时，应将结构划分为独立的结构单元。
在整个工程设计的方案阶段，建筑师和结构师就应该充分沟通依据场地状况来选择规则的建筑形体，使结构布局尽量简单，同时也满足业主的要求。
建筑结构抗震性能化 设计标准》
建筑结构抗震性能化设计标准》本文旨在介绍建筑结构抗震性能化设计标准的重要性和背景。
抗震性能化设计标准是确保建筑结构在发生地震时具备良好的抗震能力的关键所在。
地震是一种具有极大破坏力的自然灾害，对于建筑结构的安全性有着重要的影响。
因此，制定相应的抗震性能化设计标准是保障公众生命财产安全的必要措施。
建筑结构的抗震性能是指结构在地震荷载下的承载能力和变形能力。
地震荷载是由于地震引起的地震波传递到建筑结构上产生的力。
如果建筑结构的抗震性能不足，地震波的作用可能导致结构破坏、倒塌甚至人员伤亡。
因此，通过制定抗震性能化设计标准，可以确保建筑结构具备足够的抵抗地震力的能力，从而最大限度地减少地震灾害对人们生命财产的影响。
随着人们对地震灾害风险的认识不断提高，建筑结构抗震性能化设计标准逐渐成为建筑领域的重要研究方向。
过去，建筑设计主要追求结构的强度，对于抗震性能的要求比较低。
然而，历史上多次发生严重地震灾害，给人们的生命和财产带来了巨大损失，推动了抗震性能化设计标准的不断完善。
近年来，随着科学技术的进步和抗震理论的发展，建筑结构抗震性能化设计标准也在不断提高。
目前，各国都对建筑结构的抗震性能提出了一系列要求，并制定了相关的抗震性能化设计标准。
这些标准包括建筑结构在地震波作用下的变形控制、结构稳定性、强度等方面的要求，旨在确保建筑结构在遭受地震荷载时不会发生坍塌或严重损坏。
建筑结构抗震性能化设计标准的重要性不言而喻。
通过制定合理的标准，可以确保建筑结构在地震时表现出良好的抗震能力，减少地震灾害对人们的威胁。
随着科学技术和抗震理论的不断进步，建筑结构抗震性能化设计标准也在不断完善，为保障人们生命财产安全发挥着重要的作用。
建筑结构抗震性能化设计标准是指为了确保建筑物在发生地震时能够保持结构的完整性和安全性而制定的一系列规范和要求。
该标准通过规定建筑物的设计、施工和使用阶段的相关要求，旨在提高建筑结构在地震荷载下的抗震性能。
关于建筑抗震性能化设计
结构构件实现抗震性能要求的承载力参考指标示例
设防地震 完好，承载力按抗震等级调整地 罕遇地震 基本完好，承载力按不计抗震等
不同抗震性能要求的承载力计算方法
性能要求 性能 1 多遇地震 常规设计，计算风荷载。 设防地震 中震，算法一复核。 复核。 中震， 算法二 （中震弹性） 性能 2 常规设计，计算风荷载。 复核。 中震，算法三（中震不屈 性能 3 常规设计，计算风荷载。 服）复核。 性能 4 常规设计，计算风荷载。 中震，算法四复核。 强度放大 1.11 倍。 注：算法二～四，在点取“弹性”或“不屈服”的选项后，抗争等级的调整参见《第三，抗 震等级的选择——表 M.1.1-3 结构构件对应于不同性能要求的构造抗震等级示例》 强度放大 1.05 倍。 大震，算法四复核，材料 大震，算法四复核，材料 大震，算法四复核。 罕遇地震 大震， 算法二 （大震弹性）
地震影响 多遇地震 设防地震 罕遇地震 6 度 0.04 0.12 0.28
水平地震影响系数 max
7 度 0.08（0.12） 0.23（0.34） 0.50（0.72） 8 度 0.16（0.20） 0.45（0.65） 0.90（1.20） 9 度 0.32 0.90 1.40
第五，抗震性能要求，承载力要求和相应计算方法
M.1.1 结构构件可按下列规定选择实现抗震性能要求的抗震承载力、变形能力
和构造的抗震等级；整个结构不同部位的构件、竖向构件和水平构件，可选用相 同或不同的抗震性能要求。 1. 当以提高抗震安全性为主时，结构构件对应于不同性能要求的承载力参 考指标，可按表 M.1.1‐1 的示例选用。 表 M.1.1‐1
影响。 Ru ——按材料最小极限强度值计算的承载力；钢材强度可取最小极限值，钢 筋可取屈服强度的 1.25 倍，混凝土强度可取立方强度的 0.88 倍。
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对于超限高层建筑结构，适当增加中震、大震的性 能目标及相应的承载力和变形验算指标
三水准的由来：
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
74、78规范：单一的中震可修目标
74规范后发生的一系列大地震：表明基本烈度地震 具有很大不确定性
1975年，海城（6度区），7.3级大地震
两阶段设计：
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
第二阶段设计：
限制大震下结构弹塑性层间位移角；并采取必要 的抗震构造措施——满足大震防倒塌要求。
罕遇烈度层间弹塑性变形验算： 变形的要求取决于楼层承载力对应于大震的屈服强 度系数ξ ，不同的屈服强度系数有不同的延性要求， 如ξ >1/2 不需验算，ξ 降到1/4 ，延性 μ加2倍 ，必要 时需按变形值采取提高延性的措施
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
建筑抗震概念设计和性能化设计
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
破坏性地震是一种巨大的自然灾害，由于地震动具有明显 的不确定性和复杂性，迄今人们对地震规律性的认识还很不足。 历次大地震的震害经验表明，在某种意义上，建筑的抗震设计 仍然是一门“艺术”，依赖于设计人员的抗震概念设计理念。 因此，抗震计算和抗震措施是不可分割的两个组成部分，而且 “概念设计”(conceptual design)要比“计算设
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
②限制小震的弹性层间位移角；同时采取相应的抗震 构造措施，保证结构的延性、变形能力和耗能能 力，——自动满足中震变形要求。
中震省略——设防烈度结构显著非弹性，安全性只能 是变形验算(常规可靠指标<0), 考虑实际承载力对应 于中震的屈服强度系数ξ >0.5, 所需延性要求不大， 为减少设计工作量， 略去变形验算。
1976年，唐山（6度区），7.8级大地震
89规范：ห้องสมุดไป่ตู้
针对不确定性：提出“大震不倒”的设防目标
根据基于概率设计要求：提出小震不坏（弹性） 目标
保持原78规范的目标：中震可修 2001、2010规范：继续保持89规范的设计思想
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
不得低于基本设防目标，适用于对使用功能或其他方面有专门要
求的建筑工程。
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
二、抗震措施和抗震构造措施
“抗震措施”是除了地震作用计算和构件抗力计算以外的抗震 设计内容，包括建筑总体布置、结构选型、地基抗液化措施、考 虑概念设计对地震作用效应(内力和变形等)的调整，以及各种抗 震构造措施。这里，地震作用计算指地震作用标准值的计算，不 包括地震作用效应（内力和变形）设计值的计算，不等同于抗震 计算。
计”(numerical design) 更为重要。所谓“概念设计”，指根 据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想， 进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。建筑结构抗 震性能的决定因素，是良好的概念设计。
建筑的抗震设防是以现有的经验、资料、科学水平和经济 条件为前提，尽可能减轻地震的灾害。随着科学技术和经济条 件的提高，规范的规定会有相应的突破。抗震性能化设计，就 是一种建立在概念设计基础上的抗震设计新发展。
承载力
需大修
日常维修
需排险 倒塌
位移
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
“三水准两阶段”的抗震设计方法
三水准 遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，
一般不受损坏或不需修理可继续使用
——小震不坏
当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时， 可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用
•
我国的抗震设计规范将抗震设防目标分为基本目标和性能
化目标两大类。基本目标2010规范的表述，具有抗震性能设计的
雏形，即一般情况下(不是所有情况下）具有以下性能：小震不
坏指遭遇多遇地震影响时，建筑仍处于可基本正常使用状态，其
损坏属于日常维修范围内，从结构抗震分析角度，可以视为弹性
体系，采用弹性反应谱进行弹性分析；中震可修指遭遇设防地震
——中震可修 当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震
影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏
——大震不倒
两阶段设计：
工程抗震研究 所
Institute of Earthquake Engineering
第一阶段设计：
① 众值烈度结构基本弹性，安全性采用基于概率分项
系数抗震承载力验算。
S G SGE S Eh Ehk Ev SEvk S w w wk
影响时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的
损坏控制在可修复的范围；大震不倒指遭遇罕遇地震影响时，结
构有较大的非弹性变形，但能控制在规定的范围内，使结构不致
倒塌。抗震性能化目标是针对每个工程的具体情况，包括技术和
经济的可能条件，设计上提出的比基本目标更为具体的、灵活的
、明确的、定量的、切实可行的设防目标——设计指标。该目标
工程抗震研究
Institute of Earthquake Engineering
所
一、现行规范的性能要求
——三水准两阶段设计
“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防三个水准目标,
涉及到小震、中震和大震的概念，涉及建筑不坏、可修和不倒的 概念，也是最基本的抗震性能化设计目标
鉴于现有的地震科研水平，对于未来地震的估计存在很大的 不确定性，小震、中震、大震的概率含义只是在现有认识水平上 的概率，超出罕遇地震强度的地震仍然可能发生。
S R / RE
——满足小震强度要求；
从概率的角度，不同重现期地震作用对重现期 475年设防烈度地震作用的折减大致如下： 重现期(年) 200 100 80 65 50 折减系数 0.70 0.51 0.45 0.40 0.34
50年对应于“众值烈度”，有明确的意义
两阶段设计： 第一阶段设计：