建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)

---基本概念同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所呂西林（所長(zhǎng)、教授）1地震是一種破壞力極強(qiáng)的自然災(zāi)害天然地震包括:構(gòu)造地震火山地震塌陷地震地震造成的災(zāi)害分為：直接災(zāi)害間接災(zāi)害2一、直接災(zāi)害：地震災(zāi)害主要有：地面破壞

地面裂縫、塌陷、噴水冒砂等；建筑物與構(gòu)筑物的破壞

房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開(kāi)裂、鐵軌變形等；山體等自然物的破壞

山崩、滑坡等；海嘯

海底地震引起的巨大海浪沖上海岸，可造成沿海地區(qū)的破壞；地光燒傷

雖不常見(jiàn)，但我國(guó)海城、唐山等地震均有此例。3二、次生災(zāi)害：直接災(zāi)害發(fā)生后，破壞了自然或社會(huì)原有的平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，從而引發(fā)出的災(zāi)害。次生災(zāi)害所造成的傷亡和損失可能直接災(zāi)害還大，主要的次生災(zāi)害有：

火災(zāi)由震后火源失控引起；水災(zāi)由水壩決口或山崩擁塞河道等引起；毒氣泄漏由建筑物或裝置破壞等引起；瘟疫由震后生存環(huán)境的嚴(yán)重破壞而引起。

4地震對(duì)人類社會(huì)的危害主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)地震引起建筑物的破壞、倒塌將導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷亡和慘重的財(cái)產(chǎn)損失;(2)地震以及地震造成的水災(zāi)、火災(zāi)等次生災(zāi)害將破壞人類社會(huì)生存的自然環(huán)境，產(chǎn)生巨大的社會(huì)影響。5近年來(lái)地震及損失情況統(tǒng)計(jì)時(shí)間地點(diǎn)震級(jí)死亡人數(shù)經(jīng)濟(jì)損失1992.3.13土耳其，艾耳津坎6.88008億美元1993.9.29印度，凱拉里6.2100001994.1.17美國(guó)，北嶺6.757200億美元1995.1.17日本，神戶7.25438>1000億美元1995.5.27俄羅斯，薩哈林7.62965>10億美元1996.2.23中國(guó)，麗江7.030925億美元1996.3.19中國(guó)，伽師6.93億美元1996.5.13中國(guó)，包頭6.42627億美元1997.5.10伊朗，伽恩－伊爾兼得7.11560億美元1998.2.9中國(guó)，張北6.2499億美元1999.8.17土爾其，伊茲米特7.414000>100億美元1999.9.21中國(guó)臺(tái)灣，集集7.32450>100億美元6近年來(lái)震害造成的經(jīng)濟(jì)損失

近年來(lái)的震害說(shuō)明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)設(shè)防措施的不斷進(jìn)步，地震造成的人員傷亡顯著下降，但造成的經(jīng)濟(jì)損失卻讓社會(huì)難以承受：1989年美國(guó)LomaPrieta地震1994年美國(guó)Northridge地震直接經(jīng)濟(jì)損失200億美元1995年日本阪神地震交通水電中斷，導(dǎo)致嚴(yán)重次生災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失巨大，造成直接經(jīng)濟(jì)損失大于1000億美元1999年我國(guó)臺(tái)灣集集地震生產(chǎn)計(jì)算機(jī)芯片的工廠遭受破壞，將會(huì)導(dǎo)致全球的計(jì)算機(jī)價(jià)格上漲，直接經(jīng)濟(jì)損失大于100億美元7地震災(zāi)害呈現(xiàn)的新特點(diǎn)隨著經(jīng)濟(jì)全球化和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一時(shí)一地的嚴(yán)重自然災(zāi)害會(huì)引起全球經(jīng)濟(jì)的震蕩.智能化程度越高、技術(shù)密集性越高，系統(tǒng)所在的結(jié)構(gòu)物遭受破壞后，其災(zāi)難性后果就越嚴(yán)重.“三水準(zhǔn)，兩階段”的抗震設(shè)防思想以保障生命安全為主要設(shè)防目標(biāo)，而如今的建筑物往往建造費(fèi)用高昂，裝修、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和技術(shù)裝備的損壞所造成的損失經(jīng)常令業(yè)主難以承受.8我國(guó)抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展我國(guó)在1956年編制了第一個(gè)中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖.1959年提出我國(guó)第一個(gè)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范草案.1964年提出我國(guó)第二個(gè)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范草案，使用地震系數(shù)來(lái)計(jì)算地震作用，設(shè)計(jì)方法主要為等效靜力法與反應(yīng)譜法.1974年出版了我國(guó)第一部正式批準(zhǔn)的抗震規(guī)范1978年根據(jù)唐山、海城地震震害經(jīng)驗(yàn)，對(duì)1974版規(guī)范進(jìn)行了修改，正式出版了《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范TJ11-78》.91990年正式實(shí)施的建筑科學(xué)研究院修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ11-89》采用了以概率可靠度為基礎(chǔ)的三水準(zhǔn)（小震不壞、中震可修、大震不倒）兩階段（小震下的截面驗(yàn)算和大震下的結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算）的抗震設(shè)計(jì)思想.《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ50011-2001》取消了近震、遠(yuǎn)震的概念，代之以設(shè)計(jì)地震分組概念；提出了長(zhǎng)周期和不同阻尼比的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜；增加了結(jié)構(gòu)規(guī)則性的定義等.10實(shí)際地震災(zāi)害表明：恰當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)能夠減輕地震災(zāi)害；抗震設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)一步完善臺(tái)灣9.21地震災(zāi)害底層柱子數(shù)量少，間距太大.建筑物底部為大空間，上下剛度差異過(guò)大，形成底部薄弱層.11柱子內(nèi)埋設(shè)管線（水、排水、電、氣、電話）等，雖然節(jié)省了空間，但大大降低了抗震性能.柱子的有效承重面積不足，柱端箍筋不夠，造成柱端破壞.結(jié)構(gòu)體系差，設(shè)計(jì)不合理，底部局部用柱支承.12我國(guó)現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)我國(guó)現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是基于承載力或強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法：采用了“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)和兩階段抗震設(shè)計(jì)方法.采用彈性方法計(jì)算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力和位移，用計(jì)算所得的組合內(nèi)力驗(yàn)算構(gòu)件截面.為了防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生破壞，進(jìn)行使用階段的位移驗(yàn)算.結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力大多是通過(guò)構(gòu)造措施獲得.對(duì)特別重要和地震時(shí)容易倒塌的建筑，進(jìn)行薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算和采取相應(yīng)措施，限制其水平位移.13我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所采取的地震水準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)和性能指標(biāo)地震水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)性能指標(biāo)多遇地震烈度（重現(xiàn)期50年）一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用力－位移抗震設(shè)防地震烈度（重現(xiàn)期475年）可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用不明確罕遇地震烈度（重現(xiàn)期1975年）不倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞位移14我國(guó)建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類別建筑地震作用抗震措施甲類重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全評(píng)價(jià)結(jié)果確定抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度更高的要求乙類地震中使用功能不能中斷或需要盡快恢復(fù)的建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度更高的要求丙類除甲、乙、丁以外的一般建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求丁類抗震次要建筑應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低15現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法存在的不足設(shè)計(jì)目標(biāo)為保證生命安全

具體實(shí)施的抗震設(shè)計(jì)方法的實(shí)質(zhì)仍主要是采用基于強(qiáng)度(或承載力)的設(shè)計(jì)方法，難以對(duì)建筑物進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估.線性狀態(tài)的假定不符合實(shí)際現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法是基于承載力輔以層間位移角驗(yàn)算的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法都假定結(jié)構(gòu)處于線性狀態(tài)，這與實(shí)際的非彈性狀態(tài)下考慮時(shí)間歷程的分析結(jié)果不相一致?；诔休d力的抗震設(shè)計(jì)不能預(yù)估結(jié)構(gòu)屈服后的變形能力及在大震時(shí)的實(shí)際行為.16三水準(zhǔn)抗震設(shè)防思想規(guī)定比較模糊

“大震不倒，中震可修，小震不壞”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防思想規(guī)定比較模糊，在實(shí)際設(shè)計(jì)中很難控制.“不壞”、“可修”、“不倒”主要針對(duì)主體結(jié)構(gòu)

在大的地震作用下，建筑物的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞得不到有效控制。雖然結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件可能沒(méi)有受到嚴(yán)重?fù)p害，但是，往往因?yàn)榫S持建筑物正常運(yùn)行的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等喪失功能而造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失.17現(xiàn)行的反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法需要改進(jìn)目前所廣泛采用的反應(yīng)譜法仍存在許多不足之處：首先，反應(yīng)譜法不能有效地考慮強(qiáng)震時(shí)結(jié)構(gòu)的非線性行為；其次，不能考慮基礎(chǔ)與土之間的動(dòng)力相互作用；再次，不能考慮地震動(dòng)持時(shí)長(zhǎng)短的影響；并且，反應(yīng)譜理論只能給出結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)，不能給出結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過(guò)程，以及結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的破壞機(jī)理；此外，反應(yīng)譜法對(duì)于非比例阻尼結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分析效果還不理想18時(shí)程分析還不能廣泛應(yīng)用：時(shí)程分析所用的地震波為實(shí)際的強(qiáng)震記錄或人工地震波，結(jié)構(gòu)對(duì)不同的地震波輸入的敏感度不同，輸入后的反應(yīng)將會(huì)有較大的差異.時(shí)程分析耗時(shí)長(zhǎng)，分析比較復(fù)雜，不便于在工程中廣泛應(yīng)用.19對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的重新修訂便成為必然的趨勢(shì)

現(xiàn)代及未來(lái)的建筑不僅要防止倒塌，還要考慮控制地震造成的經(jīng)濟(jì)損失大小、保證結(jié)構(gòu)的使用功能的延續(xù),實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的“個(gè)性化”現(xiàn)代建筑向高層化和功能多樣化發(fā)展維持建筑物正常運(yùn)行的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和技術(shù)裝備的破壞使建筑物不能正常使用巨大的財(cái)產(chǎn)損失修訂現(xiàn)行規(guī)范20性能設(shè)計(jì)概念的提出1976年，新西蘭學(xué)者帕克（Park）提出的基于能力原理的抗震設(shè)計(jì)，其中已包含許多關(guān)于性能設(shè)計(jì)的思想

1981年Sozen首先系統(tǒng)地闡述了控制結(jié)構(gòu)位移的抗震設(shè)計(jì)思想

上個(gè)世紀(jì)初，Moehle提出了基于位移的抗震設(shè)計(jì)理論

1995年，Kowalsky和Calvi提出了一種直接基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法

二十世紀(jì)九十年代，美、日學(xué)者提出并開(kāi)始研究建筑結(jié)構(gòu)基于性能/位移的抗震設(shè)計(jì)，隨后得到各國(guó)的廣泛關(guān)注

.21美國(guó)正在大力開(kāi)展性能設(shè)計(jì)的研究美國(guó)聯(lián)邦緊急救援署（FEMA)和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)資助開(kāi)展了基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在未來(lái)規(guī)范中的應(yīng)用的研究，該項(xiàng)目包括：應(yīng)用技術(shù)理事會(huì)的ATC-33加利福尼亞州大學(xué)Berkeley分校地震工程中心的EERC-FEMA加州結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會(huì)的SEAOCVision200022基于性能的抗震設(shè)計(jì)在各國(guó)的應(yīng)用情況美國(guó)國(guó)際規(guī)范委員會(huì)ICC發(fā)布了《建筑物及設(shè)施的性能規(guī)范》日本已于2006年6月采用了新的基于性能的結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范(BuildingStandardLaw)我國(guó)2004年頒布《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則》（試用）23基于性能的抗震設(shè)計(jì)（PerformanceBasedSeismicDesign）的含義性能設(shè)計(jì)的描述：性能設(shè)計(jì)應(yīng)該是選擇一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，合理的規(guī)劃和比較，保證建筑物的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，控制建造質(zhì)量和長(zhǎng)期維護(hù)水平，使得建筑物在使用壽命周期中遭受一定地震力作用下，結(jié)構(gòu)的破壞不超過(guò)一個(gè)特定的極限狀態(tài)。24基于性能的抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)根據(jù)建筑物的重要性和用途，確定預(yù)期的性能目標(biāo)，由不同的性能目標(biāo)提出不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)計(jì)的建筑在未來(lái)地震中具備預(yù)期功能，從而使建筑物在整個(gè)生命期內(nèi)，在遭遇可能發(fā)生的地震作用下，總的費(fèi)用達(dá)到最小。25基于性能的地震工程性能設(shè)計(jì)是基于性能的地震工程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，基于性能的地震工程包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（有時(shí)還需要試驗(yàn)驗(yàn)證）建造施工監(jiān)測(cè)維護(hù)以保證結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度的地震作用下能維持預(yù)期的性能水平26基于性能的抗震設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容地震風(fēng)險(xiǎn)水平的確定結(jié)構(gòu)性能水平和目標(biāo)性能的選擇場(chǎng)地的確定概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、最終設(shè)計(jì)中的可行性檢查、設(shè)計(jì)方案確定及設(shè)計(jì)審核、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等結(jié)構(gòu)施工中質(zhì)量保證和使用過(guò)程中的檢測(cè)維護(hù)27地震使用分組我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范將建筑物按重要性等級(jí)劃分為甲、乙、丙、丁四類；根據(jù)FEMA（368）建議，所有的建筑應(yīng)該劃分到各自的地震使用分組中，F(xiàn)EMA將建筑物劃分為3個(gè)地震使用分組（SeismicUseGroup）28地震使用分組III:地震使用分組III中所涵蓋的建筑為地震后需要盡快恢復(fù)設(shè)施和放置有毒物質(zhì)的建筑物，包括：1.消防、救援和警署；Fire,rescue,andpolicestations2.醫(yī)院；Hospitals3.特殊的化學(xué)機(jī)構(gòu)，放置緊急救援設(shè)施；medicalfacilitieshavingemergencytreatmentfacilities4.特定的緊急滅火中心；Designatedemergencypreparednesscenters5.特定的緊急手術(shù)中心；Designatedemergencyoperationcenters6.特定緊急避難所；Designatedemergencyshelters7.能源供應(yīng)站或?yàn)槠渌卣鹗褂梅纸M設(shè)施提供緊急防備的公用設(shè)施；Powergeneratingstationsorotherutilitiesrequiredasemergencyback-upfacilitiesforSeismicUseGroupIIIfacilities298.緊急車庫(kù)和緊急飛機(jī)庫(kù)；Emergencyvehiclegaragesandemergencyaircrafthangars9.特定的交流中心；Designatedcommunicationcenters10.航空控制塔和空中運(yùn)輸控制中心；Aviationcontroltowersandairtrafficcontrolcenters11.盛放能夠?qū)е鹿矠?zāi)害的大量的有毒物質(zhì)的建筑；Structurescontainingsufficientquantitiesoftoxicorexplosivesubstancesdeemedtobehazardoustothepublic12.為消防提供水壓的水控制設(shè)施；Watertreatmentfacilitiesrequiredtomaintainwaterpressureforfiresuppression.30地震使用分組II:

地震使用分組II中包括的建筑物為人員密集或功能重要的建筑物，包括：1.設(shè)計(jì)容納300人以上的建筑；Coveredstructureswhoseprimaryoccupancyispublicassemblywithacapacitygreaterthan300persons2.容納250人以上的教育建筑；Educationalstructureswithacapacitygreaterthan250persons3.容納超過(guò)150人的日常護(hù)理中心；Daycarecenterswithacapacitygreaterthan150persons4.大于50個(gè)常住的喪失能力而又未作為地震分組III的醫(yī)療設(shè)施；Medicalfacilitieswithgreaterthan50residentincapacitatedpatientsnototherwisedesignatedaSeismicUseGroupIIIstructure315.監(jiān)獄和拘留所；Jailsanddetentionfacilities6.容納大于5000人的所有建筑；Allstructureswithacapacitygreaterthan5,000persons；7.發(fā)電站和其他未在地震分組III中而又需要繼續(xù)運(yùn)行的公用設(shè)施；PowergeneratingstationsandotherpublicutilityfacilitiesnotincludedinSeismicUseGroupIIIandrequiredforcontinuedoperation8.進(jìn)行飲用水基本消毒處理的水處理設(shè)施；Watertreatmentfacilitiesrequiredforprimarytreatmentanddisinfectionforpotablewater9.進(jìn)行廢水基本處理的廢水處理設(shè)施；Wastewatertreatmentfacilitiesrequiredforprimarytreatment32地震使用分組I:地震使用分組I包含的建筑是不屬于地震使用分組II和地震使用分組III的建筑33多種使用功能:

建筑物具有多種使用功能時(shí)按級(jí)別較高的使用功能劃分，如果建筑物有多個(gè)相互獨(dú)立的部分組成，并且組成部分功能不同，可應(yīng)按相關(guān)規(guī)定劃分地震使用分組，或者如果建筑中獨(dú)立的組成部分是用來(lái)保證生命安全的部分，那么這部分應(yīng)和其他更重要的部分一樣具有高的地震使用分組.34不同地震使用分組的重要性系數(shù)地震使用分組II1.0II1.25III1.535地震設(shè)計(jì)類別FEMA(368)規(guī)定：每種建筑均應(yīng)根據(jù)地震使用分組和設(shè)計(jì)反應(yīng)譜加速度系數(shù)確定其地震設(shè)計(jì)類別，以此確定結(jié)構(gòu)體系、高度和規(guī)則性限值、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力、水平作用力等地震設(shè)計(jì)類別分為：A,B,C,D,E,F六種類別36基于短周期反應(yīng)譜加速度的地震設(shè)計(jì)類別SDS值地震使用類別IIIIIISDS<0.167AAA0.167<SDS<0.33BBC0.33<SDS<0.5CCD0.5<SDS37基于1秒周期反應(yīng)譜加速度的地震設(shè)計(jì)類別SDS值地震使用類別IIIIIISDS<0.067AAA0.067<SDS<0.133BBC0.133<SDS<0.2CCD0.2<SDSa－SeismicUseGroupIandIIstructureslocatedonsiteswithmappedmaximumconsideredearthquakespectralresponseaccelerationat1secondperiod,S1,equaltoorgreaterthan0.75shallbeassignedtoSeismicDesignCategoryEandSeismicUseGroupIIIstructureslocatedonsuchsitesshallbeassignedtoSeismicDesignCategoryF.38建筑監(jiān)測(cè)FEMA（368）規(guī)定如下條件下的抗震設(shè)計(jì)類別為D,E,F的建筑需要做建筑監(jiān)測(cè)：地震使用分組為II和III的建筑；建筑高度大于75ft的建筑；抗震設(shè)計(jì)類別為E或F且為抗震使用分組I組中建筑層數(shù)大于兩層的建筑監(jiān)測(cè)中存在的不足需要報(bào)告業(yè)主和相關(guān)機(jī)構(gòu)。39FEMA（368）規(guī)定的結(jié)構(gòu)變形和側(cè)移:

結(jié)構(gòu)變形和側(cè)移不能超過(guò)規(guī)定的限值，結(jié)構(gòu)如有明顯扭轉(zhuǎn)變形，則結(jié)構(gòu)最大側(cè)移應(yīng)包含扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)所有部件都必須從結(jié)構(gòu)整體出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。40StructureSeismicUseGroupIIIIII非砌體剪力墻或砌體框架剪力墻結(jié)構(gòu)，≤四層樓且具有內(nèi)墻、隔墻、天花板和外墻的結(jié)構(gòu)0.025hsx0.020hsx0.015hsx砌體懸臂剪力墻結(jié)構(gòu)(彎曲型)0.010hsx0.010hsx0.010hsx其他的砌體剪力墻結(jié)構(gòu)0.007hsx0.007hsx0.007hsx砌體剪力墻---框架結(jié)構(gòu)0.013hsx0.013hsx0.013hsx所有其他結(jié)構(gòu)0.020hsx0.020hsx0.020hsx41基于性能的抗震設(shè)計(jì)研究

所應(yīng)用的抗震性能水準(zhǔn)抗震性能水準(zhǔn)是指結(jié)構(gòu)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)。根據(jù)FEMA的資料，可以將建筑物的抗震性能目標(biāo)劃分四種：基本完好OperationalPerformanceLevel輕微破壞ImmediateOccupancyPerformanceLevel生命安全LifeSafetyPerformanceLevel不倒塌CollapsePreventionPerformanceLevel42TargetBuildingPerformanceLevels基本完好OperationalPerformanceLevel(1-A)

輕微破壞ImmediateOccupancyPerformanceLevel(1-B)

生命安全LifeSafetyPerformanceLevel(3-C)

不倒塌CollapsePreventionPerformanceLevel(5-E)

震害水平EarthquakeHazardLevel

50%/50year△xxx20%/50year☆△xxBSE-1(~10%/50year)◆☆△xBSE-2(~2%/50year)◎◆☆△X為不可接受區(qū)域；△為基本性能水平；☆、◆、◎?yàn)楦咝阅苣繕?biāo)；43破壞控制和結(jié)構(gòu)性能水平結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能不倒塌生命安全輕微破壞基本完好Level(5-E)Level(3-C)Level(1-B)Level(1-A)整體破壞可用中等輕度輕微大體描述幾乎沒(méi)有殘留剛度和強(qiáng)度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側(cè)移。一些出口被堵,內(nèi)隔墻和無(wú)支撐的女兒墻已經(jīng)或開(kāi)始失效,建筑即將倒塌無(wú)永久側(cè)移;結(jié)構(gòu)基本保持原有強(qiáng)度和剛度;結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件有輕微破壞。電梯能夠重新啟動(dòng),防火措施得力.所有樓層都有殘留強(qiáng)度和剛度;承受重力荷載的構(gòu)件仍起作用;不發(fā)生墻體平面外失效或女兒墻倒塌;有永久側(cè)移。隔墻破壞,建筑修復(fù)費(fèi)用可能很高幾乎沒(méi)有殘留剛度和強(qiáng)度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側(cè)移。一些出口被堵,內(nèi)隔墻和無(wú)支撐的女兒墻已經(jīng)或開(kāi)始失效,建筑即將倒塌非結(jié)構(gòu)構(gòu)件大規(guī)模破壞無(wú)掉落,但設(shè)備電器系統(tǒng)破壞

設(shè)備及附屬設(shè)施安全,但可能因其他公用設(shè)施損壞無(wú)法正常運(yùn)行微小的損壞，能源及其他設(shè)施或備用設(shè)施可用44預(yù)期地震后破壞狀態(tài)正常運(yùn)行Operational(1-A)：Backuputilityservicesmaintainfunctions;verylittledamage.立即修復(fù)ImmediateOccupancy(1-B)Thebuildingremainssafetooccupy;anyrepairsareminor.生命安全LifeSafety(3-C)Structureremainsstableandhassignificantreservecapacity;hazardousnonstructuraldamageiscontrolled.不倒塌CollapsePrevention(5-E)Thebuildingremainsstanding,butonlybarely;anyotherdamageorlossisacceptable.TargetBuildingPerformanceLevelsandRangeshigherperformancelesslosslowerperformancemoreloss45現(xiàn)行設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)一般程序的對(duì)比現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法基于性能的設(shè)計(jì)方法性能目標(biāo)規(guī)范給出最低標(biāo)準(zhǔn)業(yè)主根據(jù)需要和經(jīng)濟(jì)條件設(shè)定設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法采用規(guī)范給定的方法設(shè)計(jì)人員選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法預(yù)期達(dá)到的性能滿足規(guī)范的要求，但實(shí)際能達(dá)到的性能并不明確滿足目標(biāo)性能，性能水平明確46基于性能設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同設(shè)防水平、不同的結(jié)構(gòu)，提出相應(yīng)的性能目標(biāo)，由不同的性能目標(biāo)提出不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，采用一定的建筑材料、施工方法和結(jié)構(gòu)分析手段完成設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)的建筑物在未來(lái)的地震中具備預(yù)期的功能，從而使建筑物在整個(gè)使用期內(nèi)，在可能遭遇的地震作用下總的費(fèi)用最少；提供了社會(huì)團(tuán)體、業(yè)主根據(jù)自己的需求選擇結(jié)構(gòu)在相應(yīng)地震下性能目標(biāo)的機(jī)會(huì)；設(shè)計(jì)人員根據(jù)所選定的性能目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)地震下的響應(yīng)滿足預(yù)期的抗震性能目標(biāo);基于性能的抗震設(shè)計(jì)更為直接地滿足個(gè)人或者社會(huì)對(duì)建筑物的要求，即建筑物是否安全可靠，是否滿足業(yè)主的使用需要，而不是普通的使用者提出的建筑物可以抵御多強(qiáng)的地震力，或者變形控制在什么程度47性能設(shè)計(jì)有其優(yōu)越性有利于新結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展有利于新材料的研發(fā)針對(duì)建筑個(gè)體制定設(shè)計(jì)、維護(hù)、施工方案,建筑物能經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行.業(yè)主能清楚結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的抗震性能.從性能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)來(lái)看，基于性能的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)十分理想的目標(biāo)，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)將會(huì)更經(jīng)濟(jì)、合理，且對(duì)應(yīng)于不同的設(shè)防水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的性能是可預(yù)知的。48基于性能的抗震設(shè)計(jì)的主要步驟根據(jù)業(yè)主要求和經(jīng)濟(jì)條件確定性能目標(biāo)對(duì)已設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能評(píng)估根據(jù)目標(biāo)性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足性能目標(biāo)YESNO結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的性能49性能設(shè)計(jì)有賴于各學(xué)科的綜合發(fā)展材料力學(xué)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)土動(dòng)力學(xué)地震工程與地質(zhì)學(xué)（地震活動(dòng)規(guī)律分析）工程地震學(xué)（地震危險(xiǎn)性分析）性能設(shè)計(jì)理論的完善50結(jié)構(gòu)壽命期總費(fèi)用評(píng)估地震動(dòng)水平結(jié)構(gòu)性能水