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

　　關鍵詞：建筑結構;抗震能力;抗震設計方法

　　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 文獻標識碼：A 文章編號：

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

　　1建筑結構抗震設計方法研究綜述

　　1.1 基于承載力的結構抗震設計

　　基于承載力的結構抗震設計，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構地震作用效應的大小、進行結構彈性位移驗算，把結構構件的強度是否達到特定的極限狀態作為結構失效的準則。

　　1.1.1 設計地震作用的確定

　　在基于承載力的結構抗震設計方法中，設計地震作用取值由設防烈度的地面運動有效峰值加速度考慮放大效應和地震作用效應降低系數的綜合影響后得來的，可以用如下公式表示：f = kβig/r式中：f—建筑結構總水平地震作用; k—地震系數(不同地震分區所取的相當于設防烈度水準的地面運動有效峰值加速度或地面運動峰值加速度與重力加速度的比值，它反映了不同地區設防烈度地震的強弱);β —動力放大系數(對應于不同周期的結構反應峰值加速度與地面運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); i—建筑重要性系數; r—地震作用降低系數; g—結構重力荷載代表值地震系數k 反映的是不同地區設防烈度地震的強弱，根據各地區不同的地震危險性將其細分為不同地震區域，并對每個地區根據統計結果重現期給出其地震系數。動力放大系數β 反映了不同周期彈性單自由度體系的動力放大效應，它通常是從相對于地面運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譜曲線中經歸納和簡化后得到的。加速度反應譜是確定的地面運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與相應體系自振周期間的關系曲線。

　　1.1.2 基于承載力結構抗震設計方法的研究現狀

　　基于承載力的抗震設計法作為產生較早的方法，從20世紀90年代中期開始廣泛應用，經過多年的研究發展較之其他抗震設計方法相對成熟。目前加速度反應譜的短周期段的精度已基本滿足工程使用要求，研究主要關注反應譜的不合理性。隨著高層、超高層等長周期結構的發展，對反應譜長周期的研究也逐漸開展。考慮到現有的科技水平及設計習慣，彈性加速度反應譜仍是現階段結構抗震設計計算的最基本依據，研究工作主要集中在結合場地影響、強震觀測改進及結構時程分析對加速度反應譜的長周期段進行修正，以求使地震作用計算更加合理準確。另外對設計地震力—延性聯合控制準則的核心內容r μ 關系相關問題也展開了更廣泛的研究：如把r μ 關系與周期t聯系起來，全面考慮震級、震中距和場地條件以及滯回性能的分析結果，提出針對不同延性水準和各類結構模型且與周期相關的r μ t 關系。考慮結構中存在的材料超強和整體超強效應，在某種程度上提高了結構的屈服水準或相當于減小了r值，尋找其對r μ 規律的定量影響程度。

　　1.2 基于能量的結構抗震設計

　　1.2.1 基于能量的抗震設計方法概述

　　基于能量的抗震設計理論是從能量的角度考慮地震地面運動對于結構的作用，概念明確，能夠較好的反映地震動強度、頻譜、持時對結構破壞的綜合影響，從輸入能量和耗散能量的角度捕捉到結構在強烈地震作用下的非彈性變形歷程。由于能量分析的復雜性，基于能量的結構抗震設計方法還處在理論研究階段，能實際運用到工程設計中的能量設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計思路的提出，又對抗震結構的耗能能力及性能的研究提出了新的要求。基于能量抗震設計方法能夠考慮結構滯回變形對結構破壞影響的這一特點對于實現基于性能的抗震設計理念很有意義，因此基于能量的抗震設計方法的研究對實現基于性能的抗震設計理念的進一步發展非常重要，成為了改進傳統抗震設計方法的重要發展方向。

　　1.2.2 存在的問題與今后的發展方向

　　1) 對于設計地震作用的確定方式，以能量譜的形式雖然得到多數人的支持，但還沒有形成一個得到普遍認可的理論基礎，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，這些還有待進一步深入研究。

　　2) 結構地震反應的能量分析還處于研究階段，能量反應分析比較準確的、普遍采用的是動力時程分析法，目前將時程分析法普遍應用實際抗震設計中的條件還不成熟，而一般結構設計方法方便實用的特點也要求人們探索能量分析的簡化方法。

　　3) 對結構總耗能在阻尼耗能與非彈性變形耗能之間的分配、非彈性變形能結構內部層間及構件的耗能分布規律的研究結果并不十分明確。還沒有建立起一個比較符合實際并得到普遍認可的結構破壞狀態與能量控制參數的關系表達式，即合理的地震作用累積損傷破壞準則。

　　1.3 基于損傷的結構抗震設計

　　1.3.1 基于損傷的結構抗震設計的方法概述

　　近年來根據地震災害經驗和各國學者的研究表明：由于地震是一種往復運動，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，還與結構的低周疲勞效應所造成的累積損傷有關。用能夠反映結構的變形和累積損傷效應的損傷性能參數可以更好地描述結構的非彈性性能，通過選取適當的地震損傷模型、按照結構在未來地震作用下的損傷允許值來進行抗震設計更為經濟合理，由此產生了基于損傷性能的抗震設計思想。

　　1.3.2 基于損傷的結構抗震設計的特點與研究趨勢

　　采用基于地震損傷理論的損傷指數能夠定量的描述結構在地震作用下的倒塌破壞情況，而且損傷指數物理意義明確。結構損傷的“三水準”性能目標反映了抗震設防水準和結構功能失效與倒塌限值，區別了不同重要性結構的性能目標，同時提高了結構抗震的功能要求。而且在基于損傷的抗震設計中用到等效位移延性系數，可以不需了解結構在動力荷載作用的時程反應而考慮結構往復彈塑性變形和累積耗能的影響。并從設計開始階段就引入損傷指標，使損傷指標在設計過程中真正起到控制作用，體現了其方法上的先進性。由于結構的損傷機理較為復雜，許多問題還沒有得到很好的解決，如結構的非彈性變形和積累滯回耗能指標確定和計算，損傷指數計算的進一步簡化、準確化，結構損傷模型與結構的強度、剛度、延性等設計參數的關系分析，結構損傷譜的確定等。因此，盡管基于損傷的抗震設計方法在理論上有其合理之處，但直接采用損傷指標作為設計指標并不易為廣大工程設計人員采用。

　　1.4 基于位移的結構抗震設計

　　根據設計思路的不同，基于位移的結構抗震設計大致可分為三種方法：按延性系數設計方法、能力譜法、直接基于位移的設計方法。他們不同的差別在于：直接位移法和控制延性方法是依據位移目標進行結構設計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗算方法。

　　1.5基于性能的結構抗震設計

　　組織對基于性能抗震設計的描述是“性能設計應該是選擇一定的設計標準，恰當的結構形式、合理的規劃和結構比例，保證建筑物的結構與非結構的細部構造設計，控制建造質量和長期維護水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，結構的破壞不超過一個特定的極限狀態”。atc 組織對基于性能抗震設計的描述為“基于性能抗震設計是指結構的設計標準由一系列可以取得的結構性能目標來表示，主要針對混凝土結構并且采用基于能力的設計原理”。fema 對基于性能抗震設計的描述為“基于不同強度地震作用，得出不同的性能目標。

　　2 結構抗震設計方法比較 目前研究探討的幾種抗震設計新方法之中，基于性能的抗震設計最為引人矚目。它作為一套更深更新的設計理念能夠涵蓋以力、位移、能量等物理量為結構反應參數的設計方法，被認為是未來抗震設計的主要發展方向。

　　2.1 結構抗震性能水平

　　結構抗震性能水準表示了結構在特定的某一地震設計水準下預期破壞的最大程度，結構和非結構構件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結構易損性、結構功能性和人員安全性來表達。對于不同等級的抗震性能，都應該根據結構類型及結構體系、豎向和橫向承載構件、結構變形、設備與裝修、修復使用等方面加以定義，應該表達為量化指標，以便工程設計和評估。我國規范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實就是對結構在地震作用下的性能水平的描述，具體敘述為“小震”對應一般不受損壞或不需修理可繼續使用水平;“中震”對應可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用;“大震”對應不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。這一提法已經包含了一定的性能設計思想，只是對性能水平的描述比較模糊，水平之間的界定不明確，在實際設計中很難實現對結構性能的有效控制。

　　2. 2 結構的抗震性能目標

　　結構的抗震性能目標是指建筑物在各設計地震水準下期望達到的相應水準集合，應依據建筑物的重要性分類，結合社會、經濟因素和業主意愿綜合確定。三級性能目標與按重要性劃分的三類建筑一一對應，取每級地震作用水準下的最低性能要求組合作為該類結構的規定最低性能水準目標。并且設計師也可以根據實際情況和業主要求提高目標性能水平進行結構設計，在一個或多個設計地震作用水準上選擇更高的性能目標，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生的損失。這種性能目標的制定方式充分體現了基于性能抗震設計的自主性和靈活性。

　　2.3 兩種方法的設計過程

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

　　3結束語：

　　本文通過按照我國抗震規范規定的抗震設計方法和基于性能的抗震設計方法分別對同條件不同烈度區的五層框架結構進行設計。

　　參考文獻：

　　[1] 中華人民共和國國家標準，建筑抗震設計規范，GB50011-2001，2001，北京

　　[2] 胡聿賢.地震工程學[m].北京:地震出版社,2006:5-8.