基于性能的结构抗震设计综诉.doc

基于性能的抗震设计综述 摘 要：基于性能的结构抗震设计理论是二十世纪九十年代土木工程学界出现的一种全新的抗震设计理念，引起广大学者的极大兴趣并展开多方面的研究。该理论以提高结构的抗震性能为目标，要求所设计的结构在未来地震作用下具有可预见的抗震性能。这一理论的研究在我国还处于起步阶段，因此，系统地研究基于性能的结构抗震设计理论，对我国抗震设计理论的发展具有重要的理论意义和实用价值。 文中对基于性能的结构抗震设计的起源、研究内容及发展现状做了较为详细的描述，并提出了基于性能的抗震设计存在的问题。 关键词：基于性能的抗震设计 设防水准 抗震性能目标 抗震设计方法 1. 基于性能的抗震设计理论及其发展现状 1.1 基于性能抗震设计思想产生的背景 地震是一种严重的自然灾害。破坏性地震的发生会使建筑物、工程设施发生破坏和倒塌，从而引发人员伤亡和经济损失。长期工程实践表明，对建筑结构进行合理的抗震设计能最大限度地减轻地震所造成的损失。随着人类对地震地面运动特征和结构动力反应特性的不断认识和加深，建筑结构的抗震设计理论和方法也在不断地的发展和完善。从最初的静力阶段和反应谱阶段，发展到非线性动力阶段。同时，合理的抗震设防标准和设计方法也在不断地调整和完善。在早期阶段，抗震设防是以单一设防水准来保证结构安全。上世纪七十年代以来，随着人们对地震的高度不确定性以及经济与结构安全性之间关系的认识，“小震不坏、中震可修、大震不倒”的多级抗震设防思想在上世纪八十年代初期逐步被一些国家的抗震设计规范所采用，这一抗震设计思想要求建筑结构遭遇低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不修理仍可继续使用；遭遇相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用；遭遇高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 为实现三水准抗震设防准则，各国都采用了大同小异的抗震设计方法。我国现行抗震设计规范采用二阶段抗震设计，可概括为：第一阶段对结构进行强度验算，即取第一水准烈度的地震动（小震，即多遇 ）参数，采用弹性反应谱计算结构的弹性地震作用及其效应，并与其他荷载效应进行组合，对结构进行抗震承载力和弹性变形验算，以保证必要的强度和变形要求；设计中满足规范规定的最低构造要求，使结构具有足够的延性，能够发展所需的塑性变形，自动满足第二水准烈度的地震动（中震，即设防地震）关于损伤控制在可修复范围内的设计要求。第二阶段对结构进行弹塑性变形验算，即对重要的建筑和地震时易倒塌的结构，按第三水准烈度的地震动（大震，即罕遇地震）参数进行薄弱层的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施以实现“大震不倒”的设计要求。 然而，结构工程和地震工程学者从 1989 年美国 Loma Prieta 地震、1994 年美国Northridge 地震 、1995 年日本 Kobe 地震、1999 年土耳其 Kocaeli 地震和 1999 年中国 台湾集集地震等一系列大地震中认识到：“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防准则，实际上是以保证人的生命安全为单一目标的抗震设防准则。而抗震设计仍主要是采用基于强度(或承载力)的设计方法，据此设计的建筑在罕遇地震下可以避免倒塌而不危及人的生命安全，但难以有效地控制结构在未来地震下的破坏程度。地震所造成的经济损失，即建筑使用功能丧失和震后恢复重建费用或所花费的时间可能大大超过社会和业主所能承受的限度。1989 年美国 Loma Prieta(Ms7.1)地震，伤亡数百人，但造成的经济损失达 150 亿美元；1994 年美国 Northridge 地震(Ms6.7)，伤亡仅 57 人，而造成的经济损失达 170 亿美元；1995 年日本 Kobe(Ms7.1)地震，死亡 5500 多人，造成的经济损失高达 1000 亿美元，震后的恢复重建工作花费两年多时间，耗资近 1000 亿美元。1999 年我国台湾发生的 7.6 级地震，死亡 2405 人，房屋倒塌上万，经济损失近 100 亿美元；2008 年 5 月 12 日我国四川省阿坝州汶川县发生里氏 8 级强烈地震，人员伤亡和失踪超过 8 万，房屋倒塌 15578 万m2 ，地震造成的直接经济损失超过 8400 亿元。上述震害说明，随着经济的发展和人口密度的增加，现有抗震规范仅以保证人的生命安全为单一设防目标抗震设计理念存在一定的不足。按规范设计的建筑物可以有效防止倒塌而不危及人的生命，但不能保证中小地震时房屋结构，特别是非结构构件的不破坏，从而导致这些结构在地震作用下所造成的经济损失越来越严重。一次地震，甚至一次中等大小的地震所造成的损失，就大大超过了社会和业主所能接受的程度。这说明以单一的、基于生命安全的性能水准进行