浅谈建筑结构基于性能抗震设计的几个问题分析

　　摘要：近年来，地震带来的危害的越来越大，基于性能的抗震设计也逐渐成为人们广泛关注的焦点。在本文中，主要阐述了基于性能的抗震设计的各方面，并探讨了相关的设计方法，以期为抗震设计工作的开展提供一些帮助。

　　关键词：抗震设计；基于性能；性能目标

　　随着经济社会的不断发展，城市化进程进一步加快，高层建筑房屋的越来越多，地震给人们的生命和财产带来的损失也越来越严重。而基于性能的抗震设计，在发生地震时，能够有效地防止因为建筑物倒塌而给人造成伤害，在一定程度上保护了人的安全。因此，基于性能的抗震设计被人们广泛关注，并将其作为抗震设计未来的发展方向。
　　一、确定抗震性能目标
　　一般来说，确定性能目标是基于性能的抗震设计中首要解决的问题，即应该在限定的结构破坏状态下保持怎样的水平，这种破坏状态主要包括，结构体系的耐久性、安全性、整体性以及适用性等各方面功能。通常，结构的破坏状态水平较高，就具有较强的安全性，但在一定程度上会增加建设成本；如果结构的破坏状态水平较低，虽可降低建设成本，但在一定程度上会导致使用风险增加，为人们的安全提供保障就较低。因此，在确定建筑结构抗震性能目标时，通常采用“投资—效益”这个准则，也就是在对建筑的抗震性能进行设计时，针对破坏强度不同的地震，能够对建筑物的破坏状态进行有效的控制，从而体现不同建筑物的性能水平。采用此设计准则，在一定程度上能够将建筑物在使用周期内所遭受的损失降低。一般地，降低工程造价，就会增加建筑内部结构遭受破坏的可能性，从而增加后期工程的修复和维修费用，所以存在一个最小费用值。由于发生地震以及后期维修费用的增加都具有不确定性，所以这笔费用也是可以变的。因此，在进行项目投资时，一定要充分考虑到各方面的因素，并将相对可靠的理论作为基于性能的抗震设计的基础。
　　在上面的分析中，以不同等级地震所带来的破坏程度作为依据来进行评价是整个问题的关键，由于地震具有随机性的特点，对建筑结构的破坏也存在着较大的差异性，结构失效模式又具有复杂性，对于建筑结构体系的可靠度还没有一个明确的定义，并且，从当前的现状来看，由于地震而导致的非结构损失在一定程度上甚至超越了结构损失，所以还比较难将这一理论运用在实际的工程设计中，还存在着较多的不确定因素。
　　二、基于性能的抗震设计方法探讨
　　当前，国内外都将基于性能的抗震设计方法作为重点研究对象，而学术界基本已就这种设计方法的目标和理念达成一定共识，国内新一版的设计规范也对此开设了新的篇章阐述，作为纲领性的标准。但是，在实际的设计中，怎样用好这一方法，还面临着诸多的问题。下面主要探讨一下典型的几种设计方法。
　　（一）承载能力设计方法
　　从当前我国的抗震设计现状看，这种方法是较常用的。对于经常发生的地震，通过反应谱将建筑的底部剪力计算出来，按照相应的规则分配至结构全高，并且和其它的荷载组合起来，然后进行结构强度设计，使各部分的构件都具备相应的承载能力，最后通过变形验算得出结论。一般来说，运用承载能力设计这种方法具有设计可靠、比较清晰的性能概念以及使用方便等优点，能够很好的实现预期性能目标。但这种方法也具有一定的缺点，比如，以弹性反应为基础，对于非弹性反应的建筑就不能进行全面的计算。因此，新规范衍生出承载力按抗震等级调整地震效应的设计值、不计抗震等级调整地震效应的设计值、标准值、极限值的四种复核方法。
　　（二）抗震设计以位移为基础
　　这种方法的结构性能指标就是结构位移，相比传统的设计方法而言，将位移作为基础的抗震设计方法实现了设计全过程的根本改变。这种方法与其它设计方法不同的地方主要是，将位移作为根本出发点，将层间位移和位移假设为控制建筑结构抗震性能的主要因素。将位移控制运用在设计过程中，，并且利用对位移谱的设计计算出建筑结构在发生位移时的有效周期，并得出结构的基底剪力，进行结构分析，进而对具体的配筋进行设计，用应力来对完成后的设计进行验算，如果出现不足的情况，修改时，应该采用增大刚度的方法，而不能用增大强度的方法，并且将位移目标的基准作为结构构件配置的依据。这种方法，充分考虑了抗震性能中位移的重要性，在刚开始进行设计时，就能够了解结构的性能水平，并且能够实现设计和目标的统一，在性能设计理论中，是一种使用比较广泛的方法。
　　（三）能量法
　　这种方法，主要是将破坏建筑结构的原因假设为地震输入的总能量，而内部设施以及结构遭受地震破坏的程度是由被结构所消耗掉的能量和地震输入的能量来共同决定的。这种方法所具有的优点就是能够对建筑结构所具备的潜在破坏程度进行直接估计，对于结构所具备的非线性和滞回特性的要求，都能够满足。除此之外，在结构内设置耗能元件，在一定程度上能够将损失降到最低。当然，能量法也具有一定的缺点，那就是具备较多的不确定因素以及使用方法相对复杂。
　　三、混凝土结构基于性能的抗震设计
　　随着科学技术的不断发展，基于性能的抗震设计虽然已经取得了不错的成果，但由于基于性能的抗震设计具有的复杂性以及人们在事物的认识上具有的局限性，我们在进行设计时，仅仅依靠计算得出的数据还不能为结构的安全提供有效的保障。因此，细部构造和结构概念设计都是抗震性能化设计中不可或缺的构成部分。所以，要将基于性能的抗震设计的理念与承载能力设计方法的优点结合在一起。下面主要从四个方面来谈。
　　1.对混凝土结构目标性能水准进行明确的划分，根据不同的要求分为多个水准，并且对量化指标进行细分和明确，而结构性能水准不仅要考虑到工程施工阶段的投资，还应充分考虑到建筑使用阶段可能会遭受到许多不确定因素的损失，比如地震等，通常可以采用全面考虑和可靠度理论来进行确定。
　　2.在进行建筑结构设计时，一定要进一步加强设计控制，也就是在设计的过程中，一定要严格遵守结构的规则性，对结构体系进行合理的选择，为结构构件和结构的延性提供有效的保障。
　　3.在进行基于性能的混凝土抗震设计时，一定要考虑周全，要考虑到地震级别的不同对建筑损害程度的不同，将强度设计也分为多个等级，从而体现在建设初期的投资成本上。
　　4.在评估建筑结构的抗震性能时，可以将结构的变形指标作为基本依据，对非建筑结构构件具备的性能水平和建筑结构构件遭受损伤的程度进行控制，以此作为未来建筑可能会因为地震而遭受损失的评估依据，得出结果之后，采用合理的方案，将建筑结构在整个使用寿命期内的花销费用降到最低。这样一来，就能让整个设计具有准确有效、方便简捷和定性定量的特点，有助于设计周期的缩短，提高工作效率，并且在一定程度上还能降低建设成本。
　　结束语
　　总之，随着自然灾害频发周期的到来，安全问题已成为当前各国广泛关注的问题。因此，基于性能抗震设计也已成为人们关注焦点。但目前基于性能抗震设计还处在一个初级阶段，还需要学者们不断的研究和探索，充分考虑各方面因素，在不断的实践中找出一套合理的设计方法，有效提高建筑的抗震性能，为人们的生命安全提供有效的保障。