清华大学出版社抗震结构与抗震设计第八章

第八章建筑抗震性能化设计8.1概述基于抗震性能设计的理论，是近十多年来，世界上一些国家开始研究的抗震设计方法。最早由美国于20世纪90年代开始研究，主要在既有建筑评定、加固中使用了多重目标的概念，并提供了设计方法；以后又提出了新建房屋基于性能的抗震设计理念及设计方法，可较广泛应用于工程建设中。随后日本、澳大利亚、欧州混凝土协会及我国也展开了这项研究，提出了相应的设计规范。

基于抗震性能设计方法的特点是：使抗震设计从宏观定性目标具体量化，建设单位或设计者可选择性能目标，然后对确定的性能目标进行深入的分析论证再通过专家的审查。这一方法可适用于一些目前现行标准规范中尚未涉及的复杂结构体系，为推广应用新体系、新材料、新技术，提供了技术可能，是目前抗震设计中研究的热点，预期会成为一种新的发展趋势。

结构设计是否需要采用抗震性能设计方法的主要依据，是在分析结构方案在房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等方面的特殊要求的基础上确定的。结构方案特殊性的分析中要注意分析结构方案不符合抗震概念设计的情况和程度。国内外历次震害经验说明抗震概念设计是决定结构抗震性能的重要因素。需要要求采用抗震性能设计的工程一般表现为不能完全符合抗震概念设计的要求。在此情况下，结构工程师应根据概念设计的规定与建筑师协商，改进结构方案，尽量减少结构不符合概念设计的情况和程度，不应采用严重不规则的结构方案。对于特别不规则结构可按本节规定进行抗震性能设计，但需慎重选用抗震性能目标，并通过深入的分析论证。8.2抗震设防目标新的抗震规范，将抗震设防目标分为基本目标和性能目标两大类。基本目标保持89和2001规范的表述，具有抗震性能设计的雏形；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。该目标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。修订后的抗震规范继续采用两阶段设计三个地震水准下的基本目标：第一阶段即承载力验算，取多遇地震的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，继续采用《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定的分项系数表达式进行结构构件的截面承载力抗震验算；第二阶段即弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构以及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施。定量实现罕遇地震下的设防要求。8.3结构性能目标选择结构性能目标指相对于每一个设防地震等级所期望达到的抗震性能水准，结构及非结构构件的破坏及引起的后果都被认为是性能目标。对于每个预期水准的地震，结构的破坏和可否继续使用的情况可参照建筑地震破坏等级加以划分见表8.1。在基于性能的抗震设计时，可根据业主的要求除采用规范规定的设防目标外，建筑结构在不同地震水准下可供选定的高于常规设计的一般情况的预期性能目标可大致归纳如表8.2所示。8.4性能设计指标的选定及设计方法为实现预期性能的具体指标，设计应选择提高结构或其关键部位的抗震承载力、变形能力和构造的抗震等级的具体指标，宜明确以下目标。即：在预期的不同的地震动水准下对结构的不同部位的水平、竖向构件不发生脆性破坏、形成塑性铰、达到屈服或保持弹性等承载力要求；在不同地震动水准下结构不同部位的预期弹性或弹塑性状态；在相应情况下构件延性构造的高、中、低要求。整个结构不同部位的构件（竖向和水平）可选用相同或不同的抗震性能要求。（1）结构构件对应不同性能要求的承载力参考指标见表8.3。

（2）结构构件对应于不同性能要求的层间位移参考指标。结构构件需要按地震残余变形确定使用性能时，在满足提高抗震安全性能要求的条件下，对应于不同性能要求的层间位移参考指标见表8.4。

（3）结构构件的细部构造对应于不同性能要求的抗震等级，可按表8.5选用。不同性能要求的位移和延性的要求为：Ⅰ、性能A：在大震作用下位移可按线性弹性计算，约为，震后不存在残余变形。Ⅱ、性能B：在大震作用下，震时位移小于2，震后残余变形小于0.5，延性系数，可采用低延性构造。Ⅲ、性能C：在大震作用下，阻尼有所增加，震时位移约为4-5，震后残余变形约为（考虑刚度退化），延性系数，采用中等延性构造。Ⅳ、性能D：在大震作用下，考虑等效阻尼加大和刚度退化，震时位移约为7-8，震后残余变形约为2，延性系数，采用高延性构造。8.5不同抗震性能水准位移控制目标（1）地震层剪力和地震作用效应调整，应根据结构进入弹塑性阶段程度的不同采用不同的方法。a、构件处于开裂阶段或刚刚进入屈服阶段，可取等效刚度和等效阻尼，按等效线性方法估算。b、构件处于承载力屈服至极限阶段，宜采用静力或动力弹塑性分析方法估算或采用前述第3水准中提到的简化方法计算。c、构件处于承载力下降阶段，应采用计入下降段参数的动力弹塑性分析方法估算。（2）构件层间弹塑性变形计算，应按实际承载力并计入重力二阶效应，风荷载和重力作用下的变形不参与地震组合。（3）在中震作用下，混凝土构件的初始刚度宜采用长期刚度，一般可取0.85简化计算。8.6结构抗震性能设计对弹塑性计算分析的要求结构抗震性能设计时，进行弹塑性计算分析应符合下列要求。（1）分析方法的选用：a、高度不超过150m的建筑，可采用静力弹塑性分析法。b、高度超过200m的建筑，应采用弹塑性对程分析法。c、高度在150~200m之间，根据不规则程度选用静力或动力时程分析法。d、高度超过300m的结构、新型结构或特别复杂的结构，应有两个独立的计算，互相校核。（2）钢筋混凝土构件的截面尺寸、配筋及钢结构的截面规格，直接影响弹塑性分析的计算结果，因此，计算时应以实际情