高层建筑基于性能的抗震设计方法综述

中图 分 类 号 ：Ｔ ９ ３ ３ Ｕ ７．１
引言
文献标识码：Ａ
文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （０ ２ ５ ０ ６ — ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０— ２ ２ ０
一
、
展 。在 日本 已将 抗 震 性 能 设 计 的思 想 正 式列 入设 计 和 加 固 标 准 中 ，并 已 由建 筑 研 究 所 （ Ｉ ＢＲ ）提 出 了 相 应 的性 能 标 准 。 欧 洲 混 凝 土 协 会 （ Ｂ） 于 ２ ０ ＣＥ ０ ３年 出 版 了 钢 筋 混 凝 土 建 筑 结 构 基 于 位 移 的抗 震 设 计 报 告 ，详 细 阐述 了基 于 性 能 的 抗 震 设 计 在 钢 筋 混 凝 土 结 构 设 计 中 的应 用 。
第 ５期
邓伟华 ：高层建筑基于性能 的抗震设计 方法综述
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小 ，即在结构 的初始造 价与未来 的损失 期望 中达到一种优 化
平衡 。 表 ２ 抗 震 性 能 目标
规 抗 震 设 计 ， 目前 广 泛 应 用 ，设 计 人 员 已经 熟 悉 。对 适
用高度和规则 性等有明确 的限制 ，有局 限性 ，有 时不能适应
益 、 震 后 损 失 与恢 复 重 建 、 潜 在 的历 史 或文 化价 值 等 诸 多 因
素 ，根据 “ 资一效益”准则 ，使结构寿命 周期的总费用最 投
作 者 简 介 ：邓 伟 华 （ ９ ６ ） １ ７ 一 ，武汉 大 学土 木 建 筑 工 程 学 院研 究 生在 读 。 基金项 目：湖北省建设科技项 目资助 （ 鄂建文［０１ 】 ５ ２ １ １ ４号一 １ ，鄂建文 ［０１ １ ５ １５ ２ １ １ ４号一 １ ） １８。
参 考 文 献
［ Ｆ ＭＡ一 ７ １ Ｅ ］ ２ ３， ＮＥ ＨＲＰ ｕｄ ｌ ｅｆｒ ｅｅ ｍｉｒｈ ｂ ｉ ｔ ｎ ｆ ｇ ｉｅ ｎ ｓ ｔ ｓ ｓ ｃｅ ａ ｉｔ ｉ ｏｂ ｉ ｏｈ ｉ ｌａ ｏ ｕｌｉｇ［］Ｆ ｄ ｒ Ｅ ｒｅ ｃ Ｍａ ａ ｅ ｎＡ ｅ ｃ ， ａ ｉｇ ｉ ｎ ｓ ． ｅ ｅ ｌ ｍｅｇ ｎ ｙ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｇ ｎ ｙ Ｗ ｓ ｎ ｄ Ｓ ａ ｈ
收 稿 Ｅ期 ：２ ２ ０１０ ｔ ０１ ． － １
“ 生命安全” 和 “ 防止倒塌” 四种水平 ，日本规 定了 “ 正常 使用” 易修 复”和 “ 、“ 生命安全”三种性能 水平 ，我 国则给
出了 “ 坏” “ 修” “ 倒”三种性能水平 。 不 、 可 、 不
（ ）性能 目标的确定 。即不 同地震水平下结构反应参数 ３ 的极 限值确 定 ，需要综合考虑结构功能 与重 要性、投资与效
一
性 能 目标 指 在 不 同 设 计 地 震 水 平 下 ，结 构 应 达 到 的 性 能 水 平 ，包 括 三 个 内 容 ：地 震 水 平 、 结 构 性 能 水 平 及 结 构 性 能
目标 。
定 程 度 上 可 以减 轻 地 震 灾 害 造 成 的人 员及 财 产 损 失 ，但 据
随 着 经 济 社 会 的 发展 ，地 震 灾 害 对 人 类 造 成 的 损 失 日益 显 著 。 进 入 ２１ 世 纪 以来 ，世 界 各 地 地 震 灾 害 频 发 ，造 成 了 巨 大 了人 员 及 财 产损 失 。 在 科 学 技 术 高 速 发 展 的今 天 ，如 何 最 低 限 度 的减 轻 地 震 灾 害 带 来 的损 失 依 旧是 摆在 土木 工 程 设 计 人 员 面 前 的一 个 重 大课 题 。 由于 地 震 灾 害 的高 度 不 确 定 性 和 现 代 地 震 灾 害 引起 的 巨 大 经 济 损 失 的新 特 点 ，引 起 世界 各 国 地 震 工 程 界 对 现 有 抗 震 设 计 思 想 和 方 法 进 行 深 刻地 思 考 。 因 此 如 何 完 善 结 构 抗 震 设 计 思 想 和 方 法 显 得 具 有 重 要 的 科 学 意义和现实意义 。
此 方 法 设 计 的建 筑 在 震 后 重 建 及 恢 复 所 需 的 时 间 及 费 用往 往
（ ）地 震 水 平 。 震 水 平 通 常 以一 个 基 准 期 内 的某 个 超 １ 地 越 概 率 来 表 达 ，世 界 各 国 的地 震 水 平 设 定各 不相 同 ，我 国规 范 的三 个 地 震 水 平 见 表 １所 示 。
三 、基 于 性 能 的抗 震 设 计 的 主要 内容
１ 性 能 目标 ．
各 国规 范 所 采 用 。其 主 要 抗 震 设 计 指 导 思 想 是 ：“ 震 不 坏 ， 小 中 震 可 修 ，大 震 不 倒 ” ，以 控 制 结 构 在 小 震 及 中震 作 用 下 的 损 伤 发 展 ， 防止 结 构 在 罕遇 地 震 作 用 下 发 生倒 塌 。 这 些 手 段 在
新 技 术 ，新 资 料 ，新 结 构 体 系 的发 展 。 基 于 性 能 抗 震 设 计 ，目前 较 少采 用 ， 计 人 员不 易 掌 握 ， 设 所 承 担 的风 险 较 大 。 为 实 现 高 层 结 构 的设 计 提 供 了可 行 的 方 法 ，有 利 于 技 术 进 步 和 创 新 。 技 术 上 还 有 些 问题 有 待 研 究 改
性 能 设 计 从 位 移 与 变 形 开 始 ，通 过 计 算 求 解 结 构 的强 度 与 刚 度 ，完 成 结 构 设 计 。 性 能 评 估 则 是 从 结 构 的 强 度 与 刚度 开 始 ，分 析 结 构 的 位 移 与 延 性 ，对 结 构 性 能 做 出判 断 。 与设 计 方 法 一 样 ，性 能 评 估 可 以分 为 直 接 分 析 法 与 能 力 谱 法 ，直 接 分 析 法 有 弹 性 分 析 、 静 力 非 线 性 分析 及 动 力 非 线 性 分 析 。 动 力 非 线 性 分 析 是 最 适 用 的评 估 方 法 ，但 具 有 一 定
研究方向 ，主要包括 ：确定设防水准 ；确定结构 的性能参数、
性 能 水 准 、 性 能 目标 ；确 定 合 理 的 设 计 方 法 ；制 定 相 应 的设 计 规 范 和 规 程 等 。 目前 这 些 方 面 的 理 论 研 究 工 作 已大 量 展 开
并取 得 一 定 的 成 果 。
要的发展 ， 目前在 高层 建筑 结构设计中应用是可行 的，若要
在 所 有 建 筑 结 构 的 设 计 中 应 用 ，还 有 待 深 入 探 讨 及 设 计 人 员
的理解和掌握 。 目前 ，也可用此方法对按现行规范规程设计
的 结 构 所 能 达 到 的性 能 目标 进 行 深 入 分 析 探 讨 ，使 经 验 性 的
第 １ ２卷 第 ５期
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水
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Ｖ ．２ Ｏ１ １
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５月
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高层建筑基于 性能的抗震设 计方法综述
邓 伟 华
（ 汉 大 学 土木 建 筑 工程 学 院 ， 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） 武 ３００ 摘 要 ：文 中 阐述 基 于 性 能 的抗 震 设 计 研 究 进 展 。首 先 介 绍 了基 于 性 能 的抗 震 设 计 的研 究 背 景及 其基 本概 念 。 在 此
进。
这 个 比较 说 明 ，基 于 性 能 要 求 的 抗 震 设 计 方 法 是 一 个 重 确 定 性 能 目标 的研 究 还 远 未 成 熟 ， 不确 定 因素 的考 虑 、 多 重 性 能 水 平 的 划 分 、 结 构 控 制 特 性 的 选择 以及 各 种 新 结 构 类 型 与 新 材 料 的使 用 都 加 大 了确 定 性 能 目标 的 难 度 。 我 国 现
行规 范的实际性能 目标是 “ 小震不坏、中震 可修 、 大震 不倒 ” ，
给 出 了 “ 震 ”与 “ 震 ” 的 位 移 限值 ，但 对 “ 小 大 中震 可 修 ” 并没 有 计 算 量 化 。
２ 设 计 方 法 ．
Байду номын сангаас
增大系数和构造等规 定与定量化的性能 目标、性能水准有所
比 较 ，这 是 很 有 实 际 意 义 的 。
表 １ 我 国抗 震 设 防 水 平 的 划 分
超出业主及社会 的承 受能力 。因此 ，采 用多级性 能水准来进
行 工 程 结 构 的抗 震 设 防 已逐 渐 受 到 重 视 ，基 于 性 能 的 抗 震 设 计 方 法 将 成 为 未 来 建 筑 抗 震 设 计 的主 要 趋 势 之 一 。 本 文 针 对 高 层 建 筑 基 于 性 能 的 抗 震 设 计 方 法 的主 要 内容 作 了相 关 的 介 绍 和 评 述 ，讨 论 了相 关 方 法 的 优 缺 点 。
基 础 上 ，总 结 了基 于 性 能 的抗 震 设 计 研 究 的主 要 内容 。通 过 将 其 与 常 规 设 计 方法 进 行 对 比 ，论 述 了基 于 性 能设 计 方 法 的 优 越 性 ，并 针 对 基 于 性 能 抗 震 设 计 研 究 趋 势 及 方 向 提 出 了 作 者 的 几 点 看 法 。 关 键 词 ：抗 震 设 计 ；性 能 目标 ；性 能 评 估 ；地 震 反 应
以 保 证 人 的 生命 安全 为 基 本 目标 的抗 震 设 防 标 准 为 现 行
与此 同时我国在基 于性能 的抗震设计方 面也 开展了纵多
的研 究 及 探 讨 ，基 于 性 能 的 抗 震 设 计 的主 要 内容 及 其 在 实 际 工 程 中 的应 用 为 国 内诸 多 学 者 所 逐 步 接 受 。并 于 ２ ０ 年 颁 ０４ 布 了 建 筑 工 程 抗 震 性 态 设 计 通 则 （ 用 ） 试 ，正 式 的 将 基 于 性 能 的抗 震 设 计 方 法 列 入 了我 国行 业 标 准 。
二 、 基 于 － 的 抗 震 设 计 研 究 概 述 陛能