結構抗震性能設計解讀引言：我國建筑抗震設計主要以下三部分組成：一、規范限定的適用條件；二、結構和構件的計算分析；三、結構和構件的構造要求。對于一個新建建筑物的抗震設計，當滿足以上三部分要求時，就是符合規范的設計；當不滿足第一部分要求時，就被稱為?超限?工程，需要采取比規范第二、三部分更嚴格的計算和構造，以證明該建筑可以達到抗震設防目標，即?小震不壞，中震可修，大震不倒?。近年來，隨著結構抗震性能設計理論的應用，它實現了結構抗震設計從宏觀性的目標向具體量化的多重目標過度。結構抗震性能設計是一種解決?超限?工程抗震設計的基本方法。結構抗震性能設計定義：以結構抗震性能目標為基準的結構設計方法。抗震性能設計是解決復雜結構抗震設計問題的基本方法，常用于復雜結構、超限建筑工程的結構設計中，結構抗震性能設計著重于通過現有手段（計算措施及構造措施），采用包絡設計方法，解決工程設計中的復雜問題。結構抗震性能設計特點：使抗震設計從宏觀性的目標向具體量化的多重目標過度，業主和設計師可以選擇所需的性能目標；抗震設計中更強調實施性能目標的深入分析和論證，通過論證可以采用現行規范或標準中還未明確規定的新結構體系、新技術、新材料；有利于針對不同抗震設防要求、場地條件及建筑的重要性采用不同的性能目標和抗震措施。地震作用：由于建筑結構抗震設計是一個十分復雜的問題，有許多難點，例如：地震地面運動的不確定性；抗震設防水準及對地震作用的預估；地震作用下結構反應分析的正確性；對影響結構抗震性能因素的認識及所采取措施的有效性等。當前世界各國的建筑抗震設計主要采用以下兩種方法。擬靜力法---加速度反應譜法。它將影響地震作用大小和分布的各種因素通過加速度反應譜曲線予以綜合反映，建筑結構抗震設計時利用反應譜得到地震影響系數，進而得到作用于建筑物的擬靜力的水平地震作用。目前此方法接受度比較高，且適合于大多數建筑。此理論雖接受度比較高，也比較適合，但仍存在一些問題。加速度反應譜法的不足。一、反應譜雖然考慮了結構動力特性所產生的共振效應，但在設計中仍然把地震慣性力按照靜力來對待，所以反應譜理論只是一種準動力理論；二、地震動的三要素是振幅、頻譜和持續時間，在制作反應譜過程中只考慮了地震動的前兩個要素振幅和頻譜，未能反映地震動持續時間對結構破壞程度的重要影響；三、應譜是根據彈性結構地震反應繪制的，只能籠統地給出結構進入彈塑性狀態的結構整體最大地震反應，不能給出結構地震反應的全過程，更不能給出地震過程中各構件進入彈塑性變形階段的內力和變形狀態，因而也就無法找出結構的薄弱環節。直接動力法---時程分析法。此方法根據建筑物所在地區的基本烈度、設計分組的判斷估計、建筑物所在場地的類別，選擇適當數量的比較適合的地震地面運動加速度的記錄或人工模擬合成波等時程曲線，通過數值積分求解運動方程，直接求出建筑結構在模擬的地震運動全過程中的位移、速度和加速度的響應，進而進行建筑結構的抗震設計。這種發方法適用于特別重要、特別不規則的建筑及超高層建筑。時程分析注意事項，一、頻譜特性相符，所選多組地震波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響曲線在統計意義上相符。二、計算結果相近，彈性時程的分析結果應與振型分解反應譜法所的結果相近。三、有效峰值和持續時間，加速度的有效峰值按《建筑抗震設計規范》表 5.1.2?2中所列地震加速度最大值采用，即以地震影響系數最大值除以放大系數（約2.25）得到；有效持續時間一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一點算起，到最后一點達到最大峰值的10%為止；不論是實際的強震記錄還是人工模擬波形，有效持續時間一般為結構基本周期的 （510）倍且不小于15秒。性能目標：結構抗震性能設計的基本思路是：？高延性，低彈性承載力？或？低延性，高彈性承載力？。提高結構或構件的抗震承載力和變形能力，都是提高結構抗震性能的有效途徑，而僅提高抗震承載力需要以對地震作用的準確預估為基礎。受限于地震研究的現狀，應與提高結構或構件的變形能力并同時提高抗震承載力作為抗震性能設計的首選。根據《建筑抗震設計規范》和《高層建筑混凝土結構技術規程》中相關條文規定，結構抗震性能目標分為A、B、C、D四個等級，結構抗震性能分為1、2、3、4、5五個水準。每個性能目標均與一組在指定地震地面運動下的結構抗震性能水準相對應，詳見表一。結構抗震性能水準可按表二進行宏觀判斷。表一結構抗震性能目標地震水準性能目標ABCD多遇地震 （小震）1111設防烈度地震（中震）1234預估的罕遇地震（大震）2345表 各性能水準結構預期的震后性^狀況結構抗震性能水準宏觀損壞程度損壞部位繼續使用的可能性關鍵部位普通豎向構件耗能構件1完好無損壞無損壞無損壞無損壞不需要修理即可繼續使用2基本完好輕微損壞無損壞無損壞輕微損壞稍加修理即可繼續使用3輕度損壞輕微損壞輕微損壞輕度損害部分中度損壞—般修理后才可繼續使用4中度損壞輕度損壞部分構件中度損壞中度損壞、部分比較嚴重損壞修復或加固后才可繼續使用5比較嚴重損壞中度損壞部分構件比較嚴重損壞比較嚴重損壞需排險大修由表一、表二可知A、B、C、D四級抗震性能目標的結構，應滿足下列要求。1、在多遇地震(小震)作用下均應滿足第1抗震性能水準，即滿足彈性設計要求2、 在中震和大震作用下，四種性能目標所要求的結構抗震性能水準有較大差別。其中A級抗震性能目標是最高等級，D級抗震性能目標是最低等級。3、構抗震性能設計應分析結構方案的特殊性、選用適宜的結構抗震性能目標 ，并采取滿足預期的抗震性能目標的措施。結構抗震性能目標應綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構的特殊性、建造費用、震后損失和修復難易程度等各項因素選定。在實際工程中，需綜合各項因素。性能目標選用時，一般需要征求業主和有關專家的意見。性能設計：不同抗震性能水準的結構可按下列規定進行設計。1、第1性能水準的結構，應滿足彈性設計要求。在多遇地震作用下，其承載力和變形應符合《高層建筑混凝土結構技術規程》中有關規定；在設防烈度地震作用下，結構構件的抗震承載力應符合下式規定。YS+YS**+YESWRd/丫RE (3.11.3-1)GEEhkEvk式中：Rd、丫RE 分別為構件承載力設計值和承載力抗震調整系數Sge、丫G 分別為重力荷載代表值的效應和重力荷載分項系數GE G YEh、丫E 分別為水平地震分項系數和豎向地震分項系數S*Ehk、S*E-v--k 分別為水平地震作用標準值的構件內力和豎向地震作用標準值的Ehk Evk構件內力。均不需要考慮與抗震等級有關的增大系數第1性能水準的結構主要考察結構在中震下的抗震性能，即要求全部構件的正截面承載力和抗剪承載力均應滿足?中震彈性?要求。由于規范中未提出大震承載力基本彈性要求，主要著眼于通過提高結構的變形能力來提高結構的抗震性能，并適當提高構件的抗震承載力，推遲結構進入彈塑性工作階段以減少彈塑性變形。因此，抗震性能化設計中不提出過高的抗震承載力要求。2、第2性能水準的結構,在設防烈度地震或預估的罕遇地震作用下,關鍵構件及普通豎向構件的抗震承載力宜符合式(3.11.3-1)的規定;耗能構件的受剪承載力宜符合式(3.11.3-1)的規定,其正截面承載力應符合下式規定。SSE+SEhk+O.4SEvkWRK (3.11.3-2)式中:Rk 截面承載力標準值,按材料強度標準值計算第2性能水準的結構主要考察結構在中震或大震下的抗震性能，其設計要求與第1性能水準結構的差別是，在設防烈度地震和預估的罕遇地震作用下，框架梁、剪力墻連梁等耗能構件的正截面承載力(抗彎承載力)只需要滿足式(3.11.3-2)的要求，即滿足?屈服承載力設計?要求。3、 第3性能水準的結構應進行彈塑性計算分析。在設防烈度地震或預估的罕遇地震作用下,關鍵構件及普通豎向構件的正截面承載力應符合式 (3.11.3-2)的規定,水平長懸臂結構和大跨度結構中的關鍵構件正截面承載力尚應符合式(3.11.3-3)的規定,其受剪承載力宜符合式(3.11.3-1)的規定;部分耗能構件進入屈服階段,但其受剪承載力應符合式(3.11.3-2)的規定。在預估的罕遇地震作用下,結構薄弱部位的層間位移角應滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》中第3.7.5條的規定。SG+0.4S*Ehk+SEvk<RK (3.11.3-3)第3性能水準的結構主要考察結構在中震或大震下的抗震性能，允許部分框架梁、剪力墻連梁等耗能構件進入屈服階段，豎向構件及關鍵構件承載力應滿足式(3.11.3-2)的要求，即滿足?屈服承載力設計?要求。整體結構進入彈塑性狀態，應進行彈塑性分析。4、 第4性能水準的結構應進行彈塑性計算分析。在設防烈度或預估的罕遇地震作用下,關鍵構件的抗震承載力應符合式(3.11.3-2)的規定,水平長懸臂結構和大跨度結構中的關鍵構件正截面承載力尚應符合式(3.11.3-3)的規定;部分豎向構件以及大部分耗能構件進入屈服階段,但鋼筋混凝土豎向構件的受剪截面應符合式(3.11.3-4)的規定,鋼-混凝土組合剪力墻的受剪截面應符合式(3.11.3-5)的規定。在預估的罕遇地震作用下,結構薄弱部位的層間位移角應符合《高層建筑混凝土結構技術規程》中第3.7.5條的規定。VG+V*Ek<0.15fckbg (3.11.3-4)(V+V)-(0.25fA+0.5f)<0.15fbh (3.11.3-5)oEEkakaspkApcko式中:VGE 重力荷載代表值作用下的構件剪力(N)V*Ek 地震作用標準值的構件剪力(N),不需考慮與抗震等級有關的增大系數fck----混凝土軸心拉壓強度標準值 (N/mm22)ckfak----剪力墻端部暗柱中型鋼的強度標準值(N/mm2)akAa----剪力墻端部暗柱中型鋼的截面面積 (mm2)afspk 剪力墻墻內鋼板的強度標準值(N/mm2)Asp----剪力墻墻內鋼板的截面面積 (mm2)sp第4性能水準的結構主要考察結構在中震或大震下的抗震性能，關鍵構件承載力仍應滿足式(3.11.3-2)的要求，即滿足?屈服承載力設計?要求。允許部分豎向構件及大部分框架梁、剪力墻連梁等耗能構件進入屈服階段，但構件的受剪截面應滿足截面限制條件(防止構件發生脆性受剪破壞的最低要求)。結構的抗震性能必須通過彈塑性計算加以深入分析。5、第5性能水準的結構應進行彈塑性計算分析。在預估的罕遇地震作用下,關鍵構件的抗震承載力宜符合式(3.11.3-2)的規定;較多的豎向構件進入屈服階段,但同一樓層的豎向構件不宜全部屈服;豎向構件的受剪截面應符合式(3.11.3-4)或(3.11.3-5)的規定;允許部分耗能構件發生比較嚴重的破壞;結構薄弱部位的層間位移角應符合《高層建筑混凝土結構技術規程》中第3.7.5條的規定。第5性能水準的結構主要考察結構在大震下的抗震性能。與第4性能水準結構的差別在于允許比較多的豎向構件進入屈服階段，并允許部分耗能構件(框架梁、連梁等)發生比較嚴重的破壞。結構的抗震性能必須通過彈塑性計算加以深入分析。尤其避免同一樓層的全部豎向構件進入屈服并宜控制整體結構的承載力不發生下降。如整體結構的承載力發生下降，也應控制下降幅度不超過5%。中震、大震時計算方法：1、構件總體上處于開裂階段或剛剛進入屈服階段(對應第3性能水準)。可采用等效剛度和等效阻尼，按等效線性方法估算，即采用振型分解反應譜法計算地震層間剪力、進行地震作用效應的調整，計算豎向構件及關鍵部位構件的組合內力等。計算中應注意以下幾點：（1）采用中震或大震時的水平地震影響系數最大值；（2）中震和大震時，適當考慮結構阻尼的增大，增加值一般不大于0.02；（3）采用構件的等效剛度，考慮框架梁和連梁剛度折減，框架梁剛度可不放大，連梁剛度折減一般不小于0.3；（4）計算時不考慮抗震等級的影響；（5）實際工程中，根據不同部位抗震性能目標和結構、構件彈塑性程度的不同，可采用分部位、分區域進行分析計算，對不同部位的結構構件分別設計。2、構件總體上處于承載力屈服至極限階段（對應第4性能水準）。宜采用靜力或動力彈塑性分析方法估算。3、構件總體上處于承載力下降階段（對應第5性能水準）。應采用計入下降階段參數的動力彈塑性分析分析方法估算。采用靜力或動力彈塑性分析方法，主要在于發現結構在中震和大震下的承載力和變形規律，適合于對結構整體性能的把握，屬于