清華大學(xué)出版社抗震結(jié)構(gòu)與抗震設(shè)計(jì)第八章

第八章建筑抗震性能化設(shè)計(jì)8.1概述基于抗震性能設(shè)計(jì)的理論，是近十多年來，世界上一些國家開始研究的抗震設(shè)計(jì)方法。最早由美國于20世紀(jì)90年代開始研究，主要在既有建筑評(píng)定、加固中使用了多重目標(biāo)的概念，并提供了設(shè)計(jì)方法；以后又提出了新建房屋基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)方法，可較廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。隨后日本、澳大利亞、歐州混凝土協(xié)會(huì)及我國也展開了這項(xiàng)研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。

基于抗震性能設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是：使抗震設(shè)計(jì)從宏觀定性目標(biāo)具體量化，建設(shè)單位或設(shè)計(jì)者可選擇性能目標(biāo)，然后對(duì)確定的性能目標(biāo)進(jìn)行深入的分析論證再通過專家的審查。這一方法可適用于一些目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中尚未涉及的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，為推廣應(yīng)用新體系、新材料、新技術(shù)，提供了技術(shù)可能，是目前抗震設(shè)計(jì)中研究的熱點(diǎn)，預(yù)期會(huì)成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否需要采用抗震性能設(shè)計(jì)方法的主要依據(jù)，是在分析結(jié)構(gòu)方案在房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型、場(chǎng)地條件或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等方面的特殊要求的基礎(chǔ)上確定的。結(jié)構(gòu)方案特殊性的分析中要注意分析結(jié)構(gòu)方案不符合抗震概念設(shè)計(jì)的情況和程度。國內(nèi)外歷次震害經(jīng)驗(yàn)說明抗震概念設(shè)計(jì)是決定結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素。需要要求采用抗震性能設(shè)計(jì)的工程一般表現(xiàn)為不能完全符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求。在此情況下，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)概念設(shè)計(jì)的規(guī)定與建筑師協(xié)商，改進(jìn)結(jié)構(gòu)方案，盡量減少結(jié)構(gòu)不符合概念設(shè)計(jì)的情況和程度，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。對(duì)于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)可按本節(jié)規(guī)定進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)，但需慎重選用抗震性能目標(biāo)，并通過深入的分析論證。8.2抗震設(shè)防目標(biāo)新的抗震規(guī)范，將抗震設(shè)防目標(biāo)分為基本目標(biāo)和性能目標(biāo)兩大類?；灸繕?biāo)保持89和2001規(guī)范的表述，具有抗震性能設(shè)計(jì)的雛形；抗震性能化目標(biāo)是針對(duì)每個(gè)工程的具體情況，包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可能條件，設(shè)計(jì)上提出的比基本目標(biāo)更為具體的、靈活的、明確的、定量的、切實(shí)可行的設(shè)防目標(biāo)。該目標(biāo)不得低于基本設(shè)防目標(biāo)，適用于對(duì)使用功能或其他方面有專門要求的建筑工程。修訂后的抗震規(guī)范繼續(xù)采用兩階段設(shè)計(jì)三個(gè)地震水準(zhǔn)下的基本目標(biāo)：第一階段即承載力驗(yàn)算，取多遇地震的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，繼續(xù)采用《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068）規(guī)定的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面承載力抗震驗(yàn)算；第二階段即彈塑性變形驗(yàn)算，對(duì)地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)、有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及有專門要求的建筑，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。定量實(shí)現(xiàn)罕遇地震下的設(shè)防要求。8.3結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)指相對(duì)于每一個(gè)設(shè)防地震等級(jí)所期望達(dá)到的抗震性能水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞及引起的后果都被認(rèn)為是性能目標(biāo)。對(duì)于每個(gè)預(yù)期水準(zhǔn)的地震，結(jié)構(gòu)的破壞和可否繼續(xù)使用的情況可參照建筑地震破壞等級(jí)加以劃分見表8.1。在基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)業(yè)主的要求除采用規(guī)范規(guī)定的設(shè)防目標(biāo)外，建筑結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下可供選定的高于常規(guī)設(shè)計(jì)的一般情況的預(yù)期性能目標(biāo)可大致歸納如表8.2所示。8.4性能設(shè)計(jì)指標(biāo)的選定及設(shè)計(jì)方法為實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能的具體指標(biāo)，設(shè)計(jì)應(yīng)選擇提高結(jié)構(gòu)或其關(guān)鍵部位的抗震承載力、變形能力和構(gòu)造的抗震等級(jí)的具體指標(biāo)，宜明確以下目標(biāo)。即：在預(yù)期的不同的地震動(dòng)水準(zhǔn)下對(duì)結(jié)構(gòu)的不同部位的水平、豎向構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞、形成塑性鉸、達(dá)到屈服或保持彈性等承載力要求；在不同地震動(dòng)水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)不同部位的預(yù)期彈性或彈塑性狀態(tài)；在相應(yīng)情況下構(gòu)件延性構(gòu)造的高、中、低要求。整個(gè)結(jié)構(gòu)不同部位的構(gòu)件（豎向和水平）可選用相同或不同的抗震性能要求。（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)不同性能要求的承載力參考指標(biāo)見表8.3。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要按地震殘余變形確定使用性能時(shí)，在滿足提高抗震安全性能要求的條件下，對(duì)應(yīng)于不同性能要求的層間位移參考指標(biāo)見表8.4。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造對(duì)應(yīng)于不同性能要求的抗震等級(jí)，可按表8.5選用。不同性能要求的位移和延性的要求為：Ⅰ、性能A：在大震作用下位移可按線性彈性計(jì)算，約為，震后不存在殘余變形。Ⅱ、性能B：在大震作用下，震時(shí)位移小于2，震后殘余變形小于0.5，延性系數(shù)，可采用低延性構(gòu)造。Ⅲ、性能C：在大震作用下，阻尼有所增加，震時(shí)位移約為4-5，震后殘余變形約為（考慮剛度退化），延性系數(shù)，采用中等延性構(gòu)造。Ⅳ、性能D：在大震作用下，考慮等效阻尼加大和剛度退化，震時(shí)位移約為7-8，震后殘余變形約為2，延性系數(shù)，采用高延性構(gòu)造。8.5不同抗震性能水準(zhǔn)位移控制目標(biāo)（1）地震層剪力和地震作用效應(yīng)調(diào)整，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段程度的不同采用不同的方法。a、構(gòu)件處于開裂階段或剛剛進(jìn)入屈服階段，可取等效剛度和等效阻尼，按等效線性方法估算。b、構(gòu)件處于承載力屈服至極限階段，宜采用靜力或動(dòng)力彈塑性分析方法估算或采用前述第3水準(zhǔn)中提到的簡(jiǎn)化方法計(jì)算。c、構(gòu)件處于承載力下降階段，應(yīng)采用計(jì)入下降段參數(shù)的動(dòng)力彈塑性分析方法估算。（2）構(gòu)件層間彈塑性變形計(jì)算，應(yīng)按實(shí)際承載力并計(jì)入重力二階效應(yīng)，風(fēng)荷載和重力作用下的變形不參與地震組合。（3）在中震作用下，混凝土構(gòu)件的初始剛度宜采用長(zhǎng)期剛度，一般可取0.85簡(jiǎn)化計(jì)算。8.6結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)對(duì)彈塑性計(jì)算分析的要求結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行彈塑性計(jì)算分析應(yīng)符合下列要求。（1）分析方法的選用：a、高度不超過150m的建筑，可采用靜力彈塑性分析法。b、高度超過200m的建筑，應(yīng)采用彈塑性對(duì)程分析法。c、高度在150~200m之間，根據(jù)不規(guī)則程度選用靜力或動(dòng)力時(shí)程分析法。d、高度超過300m的結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)或特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)算，互相校核。（2）鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸、配筋及鋼結(jié)構(gòu)的截面規(guī)格，直接影響彈塑性分析的計(jì)算結(jié)果，因此，計(jì)算時(shí)應(yīng)以實(shí)際情