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1、基于性能的建筑结构设计基于性能的建筑结构设计杨志勇中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部1。基于性能设计基本概念。基于性能设计基本概念2。基于性能设计方法。基于性能设计方法3。基于性能设计工程应用基于性能设计工程应用美国加州结构工程师协会（美国加州结构工程师协会（SEAOC）1995年提出年提出。受到美国受到美国、日本、日本、欧洲、欧洲、新西兰、中国等国普遍重视。新西兰、中国等国普遍重视。十多年来，各国进行了大量的科研和实践工作。十多年来，各国进行了大量的科研和实践工作。已经被多国以规范的形式确认。已经被多国以规范的形式确认。是我国抗震研究和实践的重要方向。是我国抗震研究和实践的重要方向。基于
2、性能设计基于性能设计Performance-BasedDesign现状现状基于性能设计就是使设计出的结构在未来的基于性能设计就是使设计出的结构在未来的灾害灾害（如地震）作用下维持所要求的（如地震）作用下维持所要求的性能水性能水平平。基于性能设计一般是指基于性能设计一般是指基于性能的抗震设计基于性能的抗震设计。何为基于性能设计何为基于性能设计（Performance-BasedDesign）强调建筑结构性能目标的强调建筑结构性能目标的“个性化个性化”。业主、设计师有更大的业主、设计师有更大的自主权自主权。克服现有规范的克服现有规范的局限性局限性。有利于有利于新材料、新方法新材料、新方法的推广应用
3、。的推广应用。不仅强调保证不仅强调保证生命安全生命安全，同时强调避免，同时强调避免财产损失财产损失。基于性能抗震设计的主要优点基于性能抗震设计的主要优点性能目标性能目标的确定和应用。的确定和应用。基于性能抗震设计的基于性能抗震设计的理论框架理论框架和和实现方法实现方法。基于性能抗震设计的基于性能抗震设计的具体实践具体实践和和发展趋势发展趋势。理解基于性能抗震设计的三个主要方面理解基于性能抗震设计的三个主要方面 抗震性能目标（美国抗震性能目标（美国FEMA273FEMA273）aeimklhgdcbfjnpo基本性能目标基本性能目标性能目标增高性能目标增高2102050接近倒塌接近倒塌生命安全生
4、命安全立即入住立即入住正常使用正常使用结构性能要求增加结构性能要求增加地震烈度增加地震烈度增加50年超越概率年超越概率 抗震性能目标抗震性能目标地震风险地震风险结构类型结构类型新建筑新建筑普通加固普通加固高人口密度高人口密度最少修理时间最少修理时间50/50年年10/50年年5/50年年破坏控制破坏控制结构稳定结构稳定生命安全生命安全生命安全生命安全生命安全生命安全立即入住立即入住美国美国美国美国ATC40ATC40日本建筑研究院报告日本建筑研究院报告日本建筑研究院报告日本建筑研究院报告地震风险地震风险性能水平性能水平正常使用正常使用易修复易修复生命安全生命安全EaEbEcEdEeABCABC
5、ABC说明：说明：说明：说明：EaEa到到到到EeEe地震烈度减小地震烈度减小地震烈度减小地震烈度减小EdEd、EeEe相当于中等烈度，相当于中等烈度，相当于中等烈度，相当于中等烈度，EcEc相当于高烈度地震相当于高烈度地震相当于高烈度地震相当于高烈度地震性能目标性能目标性能目标性能目标AAAAAA为最高性能目标，性能目标为最高性能目标，性能目标为最高性能目标，性能目标为最高性能目标，性能目标CCCCCC为最低性能目标为最低性能目标为最低性能目标为最低性能目标 抗震性能目标抗震性能目标日本新的建筑基本法日本新的建筑基本法日本新的建筑基本法日本新的建筑基本法性能水平性能水平正常使用正常使用易修复
6、易修复生命安全生命安全生命安全（防止结构整体生命安全（防止结构整体和层间破坏）和层间破坏）破坏限制（防止结构整体、破坏限制（防止结构整体、构件、内外装修材料的破构件、内外装修材料的破坏）坏）最大地震动（重现最大地震动（重现期约为期约为500年）年）寿命周期内发生一寿命周期内发生一次地震水平（重现次地震水平（重现期约为期约为3050年）年）最大内力和位最大内力和位移移每个结构构件每个结构构件的内力和位移的内力和位移强度和位移限强度和位移限值值强度和位移限强度和位移限值值 抗震性能目标抗震性能目标我国学者建议的性能目标我国学者建议的性能目标我国学者建议的性能目标我国学者建议的性能目标地震水准地震水
7、准结构性能水准结构性能水准1a1b2345第一，小震第一，小震A、B、C、D、E第二，中震第二，中震ABCDE第三，大震第三，大震ABCDE 抗震性能目标抗震性能目标抗震性能目标的确定和使用抗震性能目标的确定和使用具体的抗震性能目标以具体的抗震性能目标以规范规范的形式体现。的形式体现。业主业主有充分选择抗震性能目标的自由。有充分选择抗震性能目标的自由。设计者设计者在实现抗震性能目标过程中可以充分发挥在实现抗震性能目标过程中可以充分发挥创造力。创造力。基于性能抗震设计步骤基于性能抗震设计步骤根据业主要求确定性能目标不满足性能目标根据性能目标进行结构设计对结构设计进行性能评估满足性能目标完成设计明
8、确性能目标基于性能的抗震设计方法与以往方法的联系基于性能的抗震设计方法与以往方法的联系基于性能抗震设计在保障结构最低目标性能（基于性能抗震设计在保障结构最低目标性能（“共共性性”）时，考虑的是）时，考虑的是社会社会总费用；确定特殊目标性总费用；确定特殊目标性能（能（“个性个性”）时，考虑的是）时，考虑的是业主业主费用。费用。我国我国还没有还没有以规范的形式确定基于性能的设计方法，以规范的形式确定基于性能的设计方法，但已被公认为重要的发展趋势但已被公认为重要的发展趋势现行规范的现行规范的“小震不坏，中震可修、大震不倒小震不坏，中震可修、大震不倒”也也是一种性能目标是一种性能目标 目前在我国，基于
9、性能抗震设计主要被应用于目前在我国，基于性能抗震设计主要被应用于复杂、复杂、超限超限结构结构 基于性能的抗震设计方法基于性能的抗震设计方法1、振型分解反应谱方法弹性分析、设计。、振型分解反应谱方法弹性分析、设计。2、弹性时程分析。、弹性时程分析。3、竖向地震计算。、竖向地震计算。4、中震弹性或中震不屈服计算。、中震弹性或中震不屈服计算。5、静力弹塑性分析（、静力弹塑性分析（PUSHOVER）和能力谱方法。和能力谱方法。6、动力弹塑性分析。、动力弹塑性分析。7、结构弹性，弹塑性；静力、动力抗震试验。、结构弹性，弹塑性；静力、动力抗震试验。复杂、超限结构小震弹性设计复杂、超限结构小震弹性设计1、模
10、型准确、参数合理。、模型准确、参数合理。2、两种力学模型。、两种力学模型。3、斜向地震、双向地震作用。、斜向地震、双向地震作用。4、最小地震作用。、最小地震作用。5、转换构件设计。、转换构件设计。6、结构刚度突变部位控制。、结构刚度突变部位控制。7、周期比、位移比控制。、周期比、位移比控制。复杂、超限结构弹性时程分析复杂、超限结构弹性时程分析1、地震波的合理选择。、地震波的合理选择。2、多方向地震作用。、多方向地震作用。3、弹性时程分析结果的应用、弹性时程分析结果的应用。复杂、超限结构竖向地震分析复杂、超限结构竖向地震分析1、转换大梁、长悬臂构件、连体结构。、转换大梁、长悬臂构件、连体结构。2
11、、结构顶部竖向地震响应增大。、结构顶部竖向地震响应增大。3、悬臂端和大跨连接体跨中响应较大、悬臂端和大跨连接体跨中响应较大。中震弹性、中震不屈服设计中震弹性、中震不屈服设计 何时需作中震弹性、中震不屈服设计？何时需作中震弹性、中震不屈服设计？何时需作中震弹性、中震不屈服设计？何时需作中震弹性、中震不屈服设计？中震不屈服设计中震不屈服设计中震不屈服设计方法：中震不屈服设计方法：1 1、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值maxmax按中震（按中震（按中震（按中震（2.82.8倍小倍小倍小倍小震）取值。震）取值。震）取值。震）取值。2 2、
12、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。3 3、荷载作用分项系数取、荷载作用分项系数取、荷载作用分项系数取、荷载作用分项系数取1.01.0（组合值系数不变）。（组合值系数不变）。（组合值系数不变）。（组合值系数不变）。4 4、材料强度取标准值。、材料强度取标准值。、材料强度取标准值。、材料强度取标准值。5 5、抗震承载力调整系数抗震承载力调整系数抗震承载力调整系数抗震承载力调整系数 rere取取取取1.01.0。程序实现：程序实现：1 1、按中震或大震输入、按中震或大震
13、输入、按中震或大震输入、按中震或大震输入maxmax。2 2、选中、选中、选中、选中“按中震不屈服或大震不屈服做结构设计按中震不屈服或大震不屈服做结构设计按中震不屈服或大震不屈服做结构设计按中震不屈服或大震不屈服做结构设计”。中震不屈服设计中震不屈服设计这样来做中震不屈服计算 中震弹性设计方法：中震弹性设计方法：1 1、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值、调整地震影响系数最大值maxmax按中震按中震按中震按中震(2.8(2.8倍小震倍小震倍小震倍小震)取值。取值。取值。取值。2 2、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪
14、弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。、取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）。程序实现：程序实现：1 1、按中震输入、按中震输入、按中震输入、按中震输入maxmax。2 2、构件抗震等级指定为、构件抗震等级指定为、构件抗震等级指定为、构件抗震等级指定为4 4级。级。级。级。中震弹性设计中震弹性设计这样来做中震弹性计算 中震弹性设计中震弹性设计 中震弹性和中震不屈服实例中震弹性和中震不屈服实例 多遇地震分析参数多遇地震分析参数多遇地震分析参数多遇地震分析参数 中震弹性设计参数中震弹性设计参数中震弹性设计参数中震弹性设计参数 中震不屈服设计参数中震不屈服设计参数中震不屈服设计参数中震
15、不屈服设计参数 多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析 X X X X方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力中震不屈服设计中震不屈服设计中震不屈服设计中震不屈服设计X X X X方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力中震弹性设计中震弹性设计中震弹性设计中震弹性设计X X X X方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力方向柱底内力 多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析 轴压比轴压比轴压比轴压比中震不屈服设计轴压比中震不屈服设计轴压比中震不屈服设计轴压比中震不屈服设计轴压比中震弹性设计轴压比中震弹性设计轴压比中震弹性设计轴压比中震弹性设计轴压比 多遇地震分析多
16、遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析 配筋配筋配筋配筋中震不屈服设计配筋中震不屈服设计配筋中震不屈服设计配筋中震不屈服设计配筋中震弹性设计配筋中震弹性设计配筋中震弹性设计配筋中震弹性设计配筋 多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析多遇地震分析 层间位移角层间位移角层间位移角层间位移角中震不屈服设计层间位移角中震不屈服设计层间位移角中震不屈服设计层间位移角中震不屈服设计层间位移角中震弹性设计层间位移角中震弹性设计层间位移角中震弹性设计层间位移角中震弹性设计层间位移角静力弹塑性分析（静力弹塑性分析（PUSHOVER）和能力谱方法和能力谱方法UNFVbVbUN推覆曲线能力谱TNADATn,1Tn,2能力谱5阻尼比需求谱能力谱A5阻尼比需求谱AiADDiD动力弹塑性分析动力弹塑性分析