关于建筑结构抗震效能设计的探讨

摘要：本文对基于结构性能的抗震设计理论研究进行了分析，列举了超限高层建筑工程抗震应用中的案例，有助于提高建筑工程抗震设计的可靠性、避免抗震安全隐患。

关键词：建筑结构；抗震效能设计

地震实践表明，破坏性地震引起的人员伤亡和经济损失，主要是由于地震时产生的巨大能量使得建筑物、工程设施发生的破坏和倒塌，以及伴随的次生灾害造成的。要想最大限度地减轻地震灾害，工程建设时必须进行科学合理的抗震设防，这是人类减轻地震灾害对策中最积极和最有效的措施。

1、基于结构性能的抗震设计理论

基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础，根据设防水准的不同，将结构的抗震性能划分为不同的等级，设计者可根据业主的要求，确定合理的抗震性能目标和合理的结构措施。

1.1结构的基本性能水准

结构的基本性能水准包括适用性、破坏控制和安全性三个方面。安全性是指结构遭受可能发生的最大地震作用时对结构性能的最低要求；适用性是指在常遇地震作用下避免结构发生破坏，从而保证震后尽快恢复使用，也是结构所应具备的基本要求；破坏控制水准是在大震发生时控制财产损失、社会影响在可接受的范围内，该水准可由业主自行选择。

1.2设计理论的基本内容

基于结构性能的抗震设计理论的基本内容应包括地震设防水准、结构抗震性能目标和结构抗震设计方法等三个方面。

1.3地震设防水准

基于结构性能设计理论的实质就是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震功能。地震设防水准是指未来可能施加于结构的地震作用的大小。由于地震设防水准直接关系到未来结构的抗震能力，因此地震设防水准的选择在基于结构性能设计的理论中占有重要地位。放眼21世纪委员会（Vision2000）宣称，基于结构性能的设计理沦追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准。为了实现这一目标，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为“地震设防水准”。Vision2000在关于结构性能设计的研究报告中，建议设防地震等级如表1所示。

表1vision2000中的设防地及等级的划分

设防地震等级重复发健时间超越概率

常遇地震43年30年内50%

偶遇地震72年50年内50%

罕遇地震475年50年内10%

非常地震970年100年内10%

结构的抗震性能与结构的地震作用有关。通过对与上表地震等级有关的地震动参数的选择，可将结构在地震中的破坏程度控制在预计的范围内。另外，地震加速度峰值、频谱和持时是反映地震动特征的三要素，也是影响结构地震反应的重要因素。近场地震效应对结构也有较大的影响，而地震动三要素是与震源特征、传播途径、场地条件有关的，采用地震等级为设防标准，从设防地震出发，采用概率一致设定地震和估计近场地震动的其他方法，就可以对不同量级的设防地震的地震参数作出估计。可见，未来的规范应该采用设防地震动和设防地震等级两种参数作为地震设防水准。

1.4结构抗震性能水准

结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构破坏程度、结构功能性和人员安全性来表达；对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、整体结构、竖向和横向承载构件、性能水准、结构变形、设备与装修修复使用等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。

结构抗震设防目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。抗震设防目标的建立需要综合考虑场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益及业主的承受能力等诸多因素。美国学者建议将结构抗震性能目标分为三个等级，即基本设防目标、重要设防目标、特别设防目标。基本设防目标是一般建筑设防的最低标准；重要设防目标是医院、公安消防、学校通讯等重要建筑设防的最低标准；特别设防目标是含核材料等特别危险物资的特别重要建筑的最低设防标准。规范提出的抗震设防目标是最低标准，结构抗震性能目标可以根据业主的要求采用比规范的设防目标更高的设防标准。

2、超限高层建筑工程抗震应用示例

2.1大连金广枫景

7度设防的剪力墙结构，Ⅰ类场地，主楼平面为椭圆形且墙体全部落地。结构总高度170m，超过抗震规范适用高度42%，也比高层混凝土规程B级高度超过14%。

该工程的特点是超高较多，但小震的地震力比风力小，常规设计的截面承载力和变形为风力控制。所采用的性能设计要求是：墙体及其连梁的抗震等级采用特一级，比A级高度的剪力墙结构提高二级，而且上部轴压比大于0.2的墙肢设置约束边缘构件。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，中震下的截面的平均剪应力为0.4ftk，接近满足大震不出现剪切裂缝的控制条件。总体上基本达到了上述性能目标C的判断准则的要求；考虑地震作用的不确定性，在延性构造上留有余地。

2.2北京兰华大厦

8度设防的框架-剪力墙结构，总高93m。底部五层的楼板偏于一侧，无楼板的一侧为穿层型钢混凝土斜柱，斜柱和斜支撑在五层顶板形成较大的拉力和压力。

针对上述特点，其性能设计的要求是：五层顶板采取加强措施确保静力和地震下的安全；斜柱采取措施减少长细比，并保证在中震下考虑P—△效应的承载力按弹性设计，在大震下的变形可得到控制，约为1/450；增加框架部分承担的地震剪力，取20%的总地震剪力，且每个斜柱承担2%的总地震剪力。该结构的剪力墙和在六层以上的结构基本按规范的要求设计，故总体性能仅达到比性能目标E略有提高。

结语

基于性能的抗震设计仍存在一些有待研究和解决的问题，尤其是地震作用大小的不确定性以及计算模型和参数的准确性等问题，可以相信，随着工程的不断应用和研究工作的深入，将会趋于成熟。

参考文献

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