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1、浅谈基于性能的高层建筑抗震设计 摘要：随着我国经济的快速发展，城市的高层、超高层建筑大量涌现，在高层建筑的结构抗震设计中，采纳基于性能要求的抗震设计方法，有助于提高其抗震设计的牢靠性、避开抗震平安隐患。本文比较了基于性能的抗震设计方法与常规抗震设计方法，从性能方面对高层建筑的抗震设计进行分析和探讨，列举了部分工程实例。 关键词：高层建筑，性能，抗震设计 1概念的提出 随着经济的发展，结构内部的装修、非结构构件、信息技术装备等的费用和价值往往大大超过结构本身，震害实例表明，按传统的抗震设计思想所设计和建立的建筑，虽然可以做到大震时主体结构不倒塌，保障了人身平安，但不能保证中小地震时房屋结构，特殊
2、是非结构构件不破坏，导致地震作用所造成的经济损失越来越严峻。美国学者在上世纪90年头初提出了基于性能的抗震设计思想，可概括为：以结构抗震性能分析为基础，针对每一种抗震作用水准，将结构的抗震性能划分成不同等级，设计者依据结构的用途和业主的要求，采纳合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失，能够为业主选择和承受，通过对工程项目进行生命周期的费效分析后达到一种平安牢靠和经济合理的优化平衡。 2传统设计方法的不足与PBSD的优点 2.1传统基于承载力抗震设计方法的不足 传统设计方法计算结构的基本周期，隐含着对结构刚度的需求，其实质是在指定弹性刚度下基于承载实力的设计
3、，结构强度的变更必定引起结构刚度的改变，从而影响结构的周期和地震作用。传统设计方法允许结构在大震作用下发生弹塑性变形以降低地震作用的输入，但弹塑性变形仅隐含于结构预期的延性，用强度折减系数来降低设计地震作用予以表达。这种分析方法虽然简便，可明确表达结构的屈服点，但却无法预料结构的破坏机制，也无法干脆考虑结构在屈服过程中的内力重分布以及结构强度和刚度的退化现象，因此难以把握结构在大震下的真实变形反应。抗震设计规范对重要性不同的结构实行不同的抗震措施，结构的抗震性能仅定性地隐含在基于承载力的抗震设计方法中，并未明确量化，且划分具有跳动性，据此设计出的结构所能达到的性能水平不明确。震害调查与试验探讨
4、表明，建筑物的破坏通常与结构形式、滞回耗能及结构的整体变形亲密相关，传统设计方法主要是以强度的供需关系为基准，据此设计的结构仅能通过供应足够的刚度和强度以限制位移而间接建立其抗震性能，无法精确预估建筑物在不同等级地震作用下的实际抗震性能，设计者无法明确干脆得确认建筑物是否经济平安且符合业主的期望。结构抗震设计的发展趋势，既要保障人员生命平安，还要限制经济损失的大小，及建筑物在震后运用功能的连续性等问题。 2.2基于性能的设计方法的优点 建筑物的性能在广义上包括平安性、耐久性、经济性和舒适性等，我国建筑抗震设计规范所追求的“小震不坏、中震可修、大震不倒”其实也是一种基于性能的设防目标，但主要是为
5、确保生命平安。而基于性能的抗震设计，除可采纳规范规定的设防目标外，还可进一步依据建筑的重要性或业主的要求进行设计，使结构在不同水准地震作用下的响应满意预期的抗震性能指标。 该方法的优点有： 综合考虑生命平安与财产损失两方面的详细要求，使得“多级设防”的理念更加详细化。虽然它在形式上还采纳“小震、中震、大震”来描述，但设计地振动是综合考虑各种影响因素并采纳“投资-效益”分析得到的最优方案，使抗震设计从宏观定性的目标向详细量化的多重目标过渡，业主可选择所需的性能目标。 增加了业主与设计人员的沟通，依据结构的用途及业主的要求确定结构性能目标后，设计人员可以有更多的主动性和敏捷性来选择能实现业主所要求
6、功能目标的设计方法和相应结构措施。 利于建筑结构的创新，经过论证和试验可以采纳新的结构体系、新技术、新材料等，便于新技术和新材料的推广应用。 3基于性能的高层抗震设计方法 3.1承载力设计方法 这是我国规范现阶段采纳的设计方法，优点是为设计人员所熟识，并易于运用，性能概念清晰，细部设计牢靠，通过非线性静力分析验算，进一步增加了对结构非线性反应的限制，可更好地达到预期性能目标，缺点是该方法基于弹性反应，对于非弹性反应仅用与结构类型有关的系数加以折减，只是PBSD的雏形。 3.2位移设计方法 依据设计思路的不同，基于位移的抗震设计可以分为： 干脆基于位移的设计方法 采纳结构位移作为结构性能指标，假
7、定位移或层间位移是结构抗震性能的限制因素，设计时用位移限制，通过设计位移谱得出在此位移时的结构有效周期，求出此时结构的基底剪力，进行结构分析及详细配筋设计。设计后用应力验算，不足时用增大刚度而不是强度的方法来改进，以位移目标为基准来配置结构构件。 实力谱方法 通过将地震反应谱曲线和结构实力谱曲线转换成相同的格式，求得两个曲线相交点的位移，或采纳图示的方法直观地评估结构在给定地震作用下的性能。其特点是结构在地震作用下的“需”与“供”较为明确，有助于推断结构的性能，目前大都采纳此法对结构进行抗震性能评估。 按延性系数设计的方法 一般建筑物都根据承受小于在弹性反应结构上产生的地震作用来进行设计，这意
8、味着在地震作用下结构将会出现非线性变形，产生延性反应。该方法就是考察结构屈服以后的延性反应过程，探讨钢筋混凝土构件与结构的延性问题，在新西兰等国家得到广泛运用。 3.3能量设计方法 结构在遇到较大地震作用时会产生非弹性变形，导致能量耗散。假设结构破坏的缘由是地震输入的总能量，地震对结构物及其内部设施的破坏是由其输入的能量与结构物所消耗的能量共同确定的。能量设计方法是通过限制结构或构件的耗能实力，达到限制整个结构抗震性能的目的。 4部分工程实例 4.1大连金广枫景 7度设防的剪力墙结构，主楼平面为椭圆形且墙体全部落地，其性能设计要求是：墙体及其连梁的抗震等级采纳特一级，上部轴压比大于0.2的墙肢
9、设置约束边缘构件，底部加强部位墙体的承载力按中震弹性设计，可基本达到大震不屈服；同时，中震下截面的平均剪应力为0.14 ，接近满意大震不出现剪切裂缝的限制条件。 4.2北京西门子中国总部 8度设防的混凝土内筒-钢管混凝土外框结构，平面基本上为1/4椭圆，楼面采纳钢-混凝土组合楼盖，其性能设计要求是：外框按底部总地震剪力的25%调整各层柱担当的地震剪力，抗震等级按一级采纳，且底部扭转效应较大的钢管混凝土柱的承载力按中震不屈服设计；内筒抗震等级按特一级采纳，其周边的墙体设置型钢和支撑，承载力按中震不屈服设计。 5结语 基于性能的抗震设计，受到普遍关注及广泛认可，将该方法运用在高层建筑的抗震设计当中，符合时代发展的要求，必能将高层建筑的发展引入一片新的天地。 参考文献： 1徐培福，戴國莹.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的探讨J.土木工程学报，2022，38 2马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题J.同济高校学报，2002，30 3韩小雷，郑宜，季静，黄艺燕.美国基于性能的高层建筑结构抗震设计规范J.地震工程与工程振动，2022，28 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页