试论建筑结构设计中抗震性能化设计要点
摘  要：我国常规建筑的抗震设计是基于承载力和刚度的设计方法，以小震为设计为基础，通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证中震和大震的抗震性能来实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标。但对于特别重要的建筑或者特别不规则的建筑这类复杂的结构会对结构设计提出更高的要求。抗震性能化设计可以通过计算及构造等抗震性能化设计手段，提高建筑抗震性能，增强建筑结构的抗震能力。基于性能的抗震设计方法已经被广泛认可，并逐渐成为抗震设计的一个重要发展趋势。
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关键词：抗震性能化设计；建筑工程；结构设计
1 抗震性能化设计概述
1.1 抗震性能化设计基本概念
基于性能的抗震设计理论以结构抗震性能分析为基础，根据设防目标的分类不同划分不同的性能目标及设防等级，根据建设者不同的要求，设计者采用经济合理的抗震性能设计方法。是一种考虑对抗震设计的深化与细化的“多级抗震设防”的方式。抗震性能化设计的主要目的是在地
震作用下的建筑物破坏程度处于预期范围内，并且在经济成本、使用时间和修复费用达到平衡。抗震性能化设计的中心工作是确定设防标准、性能水准以及抗震性能目标。
1.2 抗震性能化设计方法
当前性能化设计最常用的方法是基于位移的抗震设计方法，重点任务是结构的位移满足抗震性能设计要求，中心工作是控制结构的层间位移。当结构或者构件进入非线性弹塑性阶段时，结构或者构件的内力增加很小，但是其对应的变形增加很大，因此抗震阶段的主要指标是控制结构的位移。抗震性能化设计根据抗震性能要求调整放大竖向构件的内力，通过提高结构的变形能力，来提高结构的抗震性能，并适当提高结构的抗震承载力，推迟结构进入弹塑性工作阶段以减少弹塑性变形以更有利于实现抗震性能目标。
2 抗震性能化设计主要内容
2.1 结构方案分析
结构或者构件设计的第一步是判断其是否需要采用抗震性能化设计方法，并且从建筑物规则性、场地条件、结构类型及高度、抗震设防标准等五方面进行分析判断，选取合理的性能目
标。
2.2 确定抗震性能目标
在某一地震作用下达到抗震设计性能水平是抗震设计性能目标确定的核心工作，该工作需充分考虑设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型以及经济费用等因素。并征求业主和有关专家意见即可确定结构的抗震性能目标。2010年颁布的《抗规》和《高规》中均增加了结构抗震性能化设计的内容。《高规》中分为A、B、C、D四个等级，四个等级的性能目标从高至低，但均不低于原来的三水准的抗震设防要求。根据《高规》表3.11.1，由已经确定好的ABCD来查此房屋结构在多遇地震“小震”、设防烈度地震“中震”、预估的罕遇地震“大震”三种地震作用下应达到的性能。
选用性能目标时，结构构件根据其重要程度分为关键构件、普通竖向构件和耗能构件。采用相同的抗震性能目标时，不同构件类型的抗震性能要求有所区别。根据选定的性能目标指定性能水准。使其在中震或大震作用下满足中的弹性设计或不屈服设计的要求。抗震性能水准总共分为以下五个等级：
（1）性能1：要求结构满足弹性要求：在小震（多遇地震）下，承载力和变形满足此前抗震设计要求所有有关规定，即小震弹性验算。中震（设防烈度地震）作用下，结构构件（主要指关键构件、普通竖向构件、耗能构件）应满足公式弹性设计，且考虑承载力抗震调整系数γRE。
（2）性能2：要求在中震和大震作用下，关键构件及普通竖向构件宜弹性设计；中震和大震作用下，耗能构件（框架梁、剪力墙连梁）的受剪承载力宜满足弹性设计；中震和大震作用下，耗能构件（框架梁、剪力墙连梁）的受弯承载力应满足公式不屈服设计。
（3）性能3：中震或大震作用下，要求建筑物的关键构件和竖向构件应通过受弯承载力不屈服验算。若建筑物为水平长悬臂或大跨度结构，关键构件还应同时满足正截面承载力不屈服的设计条件。关键构件及普通竖向构件（含水平长悬臂结构和大跨度结构中关键构件）受剪承载力宜满足“受剪”弹性设计；耗能构件受剪承载力宜满足“受剪”不屈服设计；大震作用下，结构薄弱层的层间位移角应满足《高规》3.7.5的要求。
（4）性能4：中震或大震作用下，建筑物的关键构件应分别通过受弯和受剪承载力不屈服验算；若建筑物为水平长悬臂结构和大跨度结构，关键构件的受弯和受剪承载力还应同时满足
不屈服设计；钢筋混凝土竖向构件的受剪截面应满足最小剪压比要求。钢-混凝土组合剪力墙的受剪截面应满足要求；大震作用下，结构薄弱层的层间位移角应满足《高规》3.7.5的要求。
（5）性能5：大震作用下，关键构件的承载力（受弯和受剪）宜符合不屈服设计；大震作用下，大部分竖向构件进入屈服，但不宜全部屈服；大震作用下，竖向构件的受剪截面应符合公式要求；大震作用下，结构薄弱层应满足《高规》3.7.5中对建筑结构的层间位移角的要求，防止层间位移角过大引起建筑倒塌。
2.2 性能化设计计算
进行结构性能化设计，需要验算不同烈度地震作用下结构构件是否满足抗震性能水准所要求的需求能力比。因此，首先要计算结构构件在不同烈度地震作用下的需求(内力和变形)，并与规范规定的强度承载力或变形能力标准(能力)进行比较，以确定其抗震性能是否满足要求。
在本地区设防烈度地震作用下，结构只有部分梁等构件进入弹塑性，整体结构仍保持弹性状
态。因此可采用《高规》的等效弹性计算方法计算结构构件内力和变形，即阻尼比适当增大，连梁刚度折减系数减小，整体结构按线弹性计算。按结构构件的承载能力可将设计方法分为“中震弹性设计”和“中震不屈服设计”两种情况。按中震弹性设计时，计算不考虑风荷载与地震组合，不考虑与抗震等级有关的增大系数，地震影响系数取小震的 2.8 倍，取消内力调整的经验系数，但保留了荷载分项系数，即在计算中保留一定的结构的安全度和可靠度。按中震不屈服设计时，计算上不考虑风荷载参与地震组合，不考虑与抗震等级有关的增大系数，不考虑荷载分项系数，也不考虑承载力抗震调整系数，且设计中材料强度取为标准值，相比于中震弹性设计情况中震不屈服设计就是去掉了结构所有安全度。将计算结果与小震计算结果进行包络设计配筋。

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