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抗震設計方法范文第1篇

關鍵詞：斜張橋　 抗震　 技術 設計

0 引言

斜張橋也稱斜拉橋。用錨在塔上的多根斜向鋼纜索吊住主梁的橋。斜張橋是第二次世界大戰以后新發展起來的重要橋梁之一，因主梁為纜索多點懸吊，內力小，建筑高度低，施工方便，跨越能力大，現跨度已建到465米。可用于公路橋、鐵路橋、城市橋、人行橋以及管造橋等。同時，現代斜張橋的抗震問題已受到關注，美國1978年建成的帕斯卡-開訥維克(Pasco-Kenewick)預應力混凝土斜張橋位于強震區，它是典型的三跨斜張橋。主梁在塔柱位置，無豎向支承，僅有側向約束，錨固墩上，一端為固定支座，另一端設置伸縮縫。當遭遇超過抗震設計要求的縱向地面加速度的強烈地震時，設在固定支座上的鋼桿就被剪斷，此時主梁僅由拉索懸掛于塔上，在地震荷載作用下，主梁呈縱向懸浮狀，在懸浮過程中消耗了能量，加大了振動周期，減小了結構的反應，這就是現在應用十分廣泛的“懸浮體系”。它的減震作用是明顯的，但結構的縱向位移也是相當可觀的。這種設計構思很快被世界各國橋梁工程師接受，在我國地震地區大部分斜張橋都設計為懸浮體系。

1 橋梁抗震設計的總體思想

在以上各國的抗震規范中，其共同點是在強震情況下不容許出現坍塌，但一定程度的損壞是可以接受的，即我們所說的“大震不倒，中震可修”，AASHTO規范中定義了可接受的破壞程度，即指柱子中的撓曲屈服(沒有剪力破壞)，而且此破壞必須是可以檢測及修復的(在地面及水平線以上)，所有其它的破壞(指基礎、橋臺、剪力鍵、連接構造、支座、上部結構的梁及橋面板的破壞)都是不能接受的。這一定義被其它規范廣泛采用，尤其在撓曲破壞的類型方面。然而一些規范放松了對位置的要求，特別是容許在樁身、樁排架、橋臺臺背翼墻處的屈服。對強震的定義，即使在AASHTO規范中都很模糊，但一般認為是475年一遇的地震可稱為強震。在頻繁出現但規模小得多的情況下，要求橋梁基本上保持彈性運營狀態(無破壞)，對于這種狀態沒有特別的校核規定。

我國現行的橋梁抗震設計規范還很不完善，無論是鐵路橋或公路橋，還是采用基于強度設防基礎上的設計方法，即根據折減后的彈性地震反應進行抗震設計，而結構的延性要求沒有明確規定，僅從墩柱的箍筋配筋率及構造方面提出要求，以保證結構的延性。因此對我國現行震規進行修訂和補充，使其提高到一個新的先進水平已是刻不容緩。90年代初在上海南浦大橋的抗震設計中，首次提出了二水平的抗震設計方法。之后，用同樣方法先后對20余座大橋、城市立交橋和城市高架橋進行了抗震研究，20余年來積累了很多科研成果，對橋梁抗震的設計思想也日趨成熟。在此基礎上于1998年開始，范立礎教授將正式主持“城市橋梁抗震設計規范”的制訂工作。

減震和隔震設計思想是利用材料或裝置的耗能性能，達到減小結構地震反應的目的，是一種經濟有效的方法。近年來世界各國在結構的減隔震設計方面也做了很多研究，如彈性支座隔震體系是目前能采用的最簡單的隔震方法，其中普通板式橡膠支座構造簡單、性能穩定，已在橋梁上廣泛應用，法國跨度320m的伯勞東納(Brotonne)預應力混凝土斜張橋的兩個塔墩頂上各用了12塊橡膠支座，該橋已通車20年，使用情況良好。

2 斜張橋梁抗震設計方法

常用的結構抗震設計方法有震度法和動態分析法兩種，動態分析法中又包括反應譜法和時程分析法。

動態分析法比震度法有了較大的改進，它同時考慮了地面運動和結構的動力特性。其中反應譜方法中一個重要概念是動力放大系數，或稱標準化反應譜。其定義為：β(ω，ξ)=|U+Ug|max/Ug，max

式中，右端項的分子為單質點體系動力反應的絕對加速度反應，分母為地面加速度反應的峰值。

應用反應譜計算結構地震反應，首先要計算結構的動力特性和各階振型參與系數，然后按各階振型對某項反應的貢獻程度進行線性疊加，得到這項反應的最大值。我國“震規”中的驗算方法就是建立在反應譜理論的基礎上的，但反應譜理論在大跨度橋梁抗震驗算上的應用還存在一些問題，如“震規”中加速度反應譜，或橋址場地設計加速度反應譜的適用范圍大都在5s以內，而大跨度橋梁是長周期結構，它們的基本周期大都大于5s，在長周期范圍動力放大系數β的取值對大跨度橋梁的地震反應的準確性至關重要。項海帆教授早在八十年代初就對公路工程抗震設計規范中的反應譜提出了長周期部分的修正意見，王君杰副教授也提出了“長周期地震反應譜的取值和規范化應以強震記錄位移反應譜的統計結果為依據”的觀點，并以此為基礎提出了對當前公路工程抗震設計規范中的反應譜的長周期部分的修正和補充方法，增加了表達長周期地震反應譜特性的參數；其次大跨度橋梁地震反應組合中，如何考慮地震動的空間變化也是一個需要考慮的問題，因為對于大跨度橋梁，地震動的空間變化效應是不可忽略的。另一個在大跨度橋梁抗震分析中需要解決的問題，就是在多分量地震動作用下振型組合問題，目前常用的組合方法有SUM法(最大值絕對值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平穩隨機振動理論導出的完全二次組合法)等。由于CQC方法計入了振型間的相關性，較好地考慮了密集振型間的強耦合性，而大跨度橋梁的動力特性具有自振周期長、頻率密集和阻尼較小的特點，因此CQC方法對大跨度橋梁的地震反應分析更為適用。除此以外，在反應譜分析中給出的反應值基本上還是彈性反應，不能做到真正的非線性分析。總之，反應譜方法在大跨度橋梁的方案設計階段，對結構的抗震性能進行粗略的評估還是可行的，但是對于重要結構或大跨度橋梁的地震反應分析則應進行專題研究。

抗震設計方法范文第2篇

[關鍵詞]凍土區；橋梁設計；抗震性；破壞形式；

中圖分類號：U442.5+9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）24-0222-01

一、橋梁抗震概念設計

抗震概念設計是指根據地震災害和工程經驗等獲得的基本設計原則和設計思想，正確地解決結構總體方案、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。合理抗震設計，要求設計出來的結構，在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經濟地實現抗震設防的目標。應當指出，強調概念設計重要，并非不重視數值計算，而是為了給抗震計算創造出有利條件，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。橋梁抗震概念設計階段的主要任務是選擇良好的抗震結構體系，主要根據橋梁結構抗震設計的一般要求進行。對于采用延性抗震概念設計的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗能機制選擇。而在凍土區進行橋梁設計更應該充分考慮其在不同季節所產生的地質情況，這樣才能有效提高其抗震性..我國著名的青藏鐵路，就是在凍土區修建的，這里的其中的清水河大橋在修建的過程中就運用了科學的設計方法提高其抗震性。

二、橋梁結構地震破壞的主要形式

根據橋梁過去的地震破壞情況，除了如液化、斷層等凼地基失效引起的破壞以外，混凝上橋梁最常見的破壞形式有以下四種：

2.1 彎曲破壞

結構在水平地震荷載作用下由于過大的變形導致混凝土保護層脫落、鋼筋壓屈和內部混凝土壓碎、崩裂，結構失去承載能力。整個過程可以用以下四個階段來描述：第一、當彎矩達到開裂強度時，截面出現水平彎曲裂縫；第二、隨著裂縫的發展和荷載強度的提高，受拉側的縱筋達到屈服強度；第三、隨著變形量的增大，混凝土保護層脫落、塑性鉸范圍擴大；第四、鋼筋壓屈（或拉斷）和內部混凝土壓碎、崩裂。

12.2 剪切破壞（彎剪破壞）

在水平地震倚戟作用下，當結構受到的剪切力超過截而剪切強度時發生剪切破壞，整個破壞過程可以用以下四個階段來描述：第一、截血彎矩達到開裂強度時，截面出現水平彎曲裂縫；第二、隨著裂縫的發展和荷載強度的提高，柱內出現斜方向的剪切裂縫；第三、局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導致剪切裂縫進一步增長；第四、發生脆性的剪切破壞。

2.3 落梁破壞

當梁體的水平位移超過梁端支撐長度時發生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩（臺）的相對位移過大，支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。發生在橋墩之間地震相對位移過大、梁的支撐長度不夠、支座破壞、梁間地震碰撞等情況。

2.4 支座損傷

上部結構的地震慣性力通過支座傳到下部結構，當傳遞荷載超過支座設計強度時支座發生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對于下部結構而言，支座損傷可以避免上部結構的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發生破壞。

三、凍土區橋梁抗震設計原則

合理的抗震設計，要求設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經濟的實現抗震設防的目標。要達到這個要求，就需要設計工程師深入了解對結構地震反應有重要影響的基本因素，并具有豐富的經驗和創造力，而不僅僅是按規范的規定執行。凍土區對橋梁扛著設計的影響是非常大的，尤其是圖紙變化最大的夏冬兩季，在設計的過程中必須要堅持以下原則：

第一、場地選擇。除了根據地震危險性分析盡可能選擇比較安全的廠址之外，還要考慮一個地區內的場地選擇。選擇的原則是：避免地震時可能發生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地。第二、體系的整體性和規則性。橋梁的整體性要好，上部結構應盡可能是連續的。較好的整體性可防止結構構件及非結構構件在地震時被震散掉落，同時它也是結構發揮空間作用的基本條件。無論是在平面還是在立面上，結構的布置都要力求使幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規整，避免突然變化。 第三、提高結構和構件的強度和延性。橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動，因此抗震設計要力圖使從地基傳入結構的振動能量為最小，并使結構具有適當的強度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結構變形；強度與延性則是決定結構抗震能力的兩個重要參數。由于地震動可造成結構和構件周期反復變形，使其剛度與強度逐漸退化，因此，只重視強度而忽視延性絕對不是良好的抗震設計。第四、能力設計原則。能力設計思想強調強度安全度差異，即在不同構件和不同破壞模式（延性破壞和脆性破壞模式）之間確立不同的強度安全度。通過強度安全度差異，確保結構在大地震下以延性形式反應，不發生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑抗震設計中，普遍采用"強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱構件"的設計思想。第五、多道抗震防線。應盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側向力的體系，則在強地震動過程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支撐結構，避免倒塌。因此，超靜定結構優于同種類型的靜定結構。但相對于建筑結構，橋梁在這方面可利用的余地通常并不大。

四、結束語

綜上所述，凍土層對橋梁地震反應的影響是非常明顯的。與融土情況相比，凍土層的存在可能增大也有可能減少橋墩的地震反應。所以，在對凍土區進行橋梁設計時應該充分考慮到凍土層對其抗震性所造成的影響，不能按照一般土層的設計方法進行設計。在季節性凍土及多年凍土區，不同季節時的橋墩地震反應是不同的，如果都按照統一季節的情況進行設計，可能是不安全的，應該充分結合夏冬兩個季節的情況進行設計。

參考文獻

[1] 鄭孝強，鄒文芳.提高橋梁抗震能力的設計方法研究[J].科協論壇（下半月）. 2009.01：33-35.

[2] 張彬，包寰宇.橋梁結構地震反應分析方法[J].山西建筑.2009.07：19-21.

抗震設計方法范文第3篇

關鍵詞：建筑；鋼筋混凝土結構；抗震；設計

Abstract: The standard aseismatic design buildings in order to achieve the "small earthquakes not bad, the shock of repairable and of the 3-level design goal, design with the small earthquakes and the seismic elastic carrying capacity calculation of the ductility of the combined method of structure. In the current specification for on the seismic design of reinforced concrete structure, based on the analyses of the requirements, and puts forward the seismic design of reinforced concrete structures of the basic method, and finally how to improve the seismic behavior of reinforced concrete structure puts forward some Suggestions.

Key Words: architecture; reinforced concrete structure; seismic; design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

0、引言

地震作為一種常見的地質災害，它是由于地殼在運動過程中產生大量的能量并釋放出來導致對地表的破壞的一種地質運動現象。據相關數據統計，在全球范圍內，每年大概要發生550萬次的各種級別的地震。導致地震發生的原因主要包括這樣幾種：其一，最多的一種是由于地層深處大塊的巖石由于錯動、破裂等而導致的構造性地震；其二，由于火山爆發而誘導產生的地震；其三，地下開挖的礦井或者是地下巖洞由于塌陷而導致的地震；其四，油田的注水以及水庫的泄洪等引發的地震；其五，爆炸或者是地下的核爆炸實驗等導致的地震。地震的發生將給地表建筑帶來嚴重的破壞，為了保證居民的生命與財產安全，有必要對建筑的混凝土結構抗震設計進行研究，以提高建筑的抗震能力，保證人們生命與財產的安全。

1、鋼筋混凝土結構抗震設計規范

當前，我國施行的是最新的《建筑抗震設計規范》( GB50011—2010)，它在對建筑的混凝土結構抗震設計進行規定時，要求：在對規范進行使用時，首先要確定規范所應用的有效范圍和條件，之后要進行必要的結構計算與構造措施，對建筑的結構與構件進行設計，最終使之滿足計算與構造的基本要求。總的來說，規范中要求的就是要采用小震彈性承載能力計算和抗震的延性結構構造相結合的方式來對混凝土結構進行針對性的設計，保證其抗震能力達到最優。

2、鋼筋混凝土結構抗震設計的基本方法

2.1 鋼筋混凝土結構抗震設計的基本途徑

我國對于建筑結構的抗震設計基本途徑以及概念設計是建立在鋼筋混凝土結構的抗震設計基礎之上的。它是結合地震的具體形式以及建筑的抗震設計等的相關工作經驗而形成基本的設計理念與設計途徑。抗震概念設計是根據地震災難和工程經驗等因素形成的基本設計經驗和設計理念，最后結合相關必要的抗震計算以及構造等措施。通常而言，進行抗震的概念設計主要做到下面幾點：

一，在進行建筑結構的抗震設計時，應該具有科學合理的建筑結構計算簡圖以及地震作用力的傳遞路徑。尤其是在進行具體結構的布局時，尤其要避免局部構件的破壞而導致結構整體的坍塌等問題；

二，建筑的外形設計必須力求簡單、對稱和規則，而且要求其質量與剛度等的變化要均勻合理；

三，要保證建筑各個局部受力體之間要有可靠的連接，這樣可以保證地震力能夠進行有效的傳遞；

四，對于建筑中所包含的非結構型構件，諸如隔墻、維護墻要與建筑的結構主體有可靠的連接；

五，整個建筑的抗震結構在設計的過程中要保證其支撐系統在受到地震力作用時能保持良好的穩定性。

2.2合理選取鋼筋混凝土結構抗震設計體系

在對鋼筋混凝土結構進行抗震設計時，我們主要采用的結構體系有：框架結構、抗震墻結構以及框架-抗震墻結構。

其中，框架結構的特點是結構自身重量輕，適合于要求房屋內部空間較大、布置靈活的場合。整體重量的減輕能有效減小地震作用。如果設計合理，框架結構的抗震性能一般較好，能達到很好的延性。但同時由于側向剛度較小，地震時水平變形較大，易造成非結構構件的破壞。結構較高時，過大的水平位移引起的P-效應也較大，從而使結構的損傷更為嚴重，故框架結構的高度不宜過高。

抗震墻結構的特點是側向剛度大，強度高，空間整體性能好。然而，由于墻體多，重量大，地震作用也大，并且內部空間的布置和使用不夠靈活。此結構比較適合于住宅、旅館等建筑，因這類建筑墻體較多，分隔較均勻，使承重結構和圍護結構達到較高程度的統一。

而框架-抗震墻結構是將前面兩種結構相結合，形成一種能同時承受豎向荷載與側向力的抗震結構體系。框架結構易于形成較大的自由靈活的使用空間，以滿足不同建筑功能的要求；抗震墻則可提供很大的抗側剛度，以減少結構在風荷載或側向地震作用下的側向位移，有利于提高結構的抗震能力。總而言之，框架-抗震墻結構的特點是在一定程度上克服了純框架和純抗震墻結構的缺點，發揮了各自的長處，剛度較大，自重較輕，平面布置較靈活，并且結構的變形較均勻。因此，框架-抗震墻結構具有很寬的適用范圍，在辦公樓、旅館等公共建筑中得到了廣泛的應用。

3、提高鋼筋混凝土結構抗震性能的策略

3.1 選擇合適的場地

選擇建筑場地時，應根據工程需要和地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料，對抗震地段做出綜合評價。對不利地段，應提出避開要求；當無法避開時應采取有效的措施。

3.2 結構平立面布置要均勻、規則

建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜擇優選用規則的形體，其抗側力構件的平面布置宜規則對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小、避免側向剛度和承載力突變。

3.3設計成延性結構

延性是指構件和結構屈服后，具有承載力不降低或基本不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。當設計成延性結構時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結構變形雖然會加大，但結構承受的地震作用不會很快上升。延性框架的抗震設計原則有強柱弱梁、強剪弱彎、強核心區、強錨固等，延性抗震墻的抗震設計原則有強墻弱梁、強剪弱彎、加強重點部位等等。除上述設計原則外，還要進行結構概念設計。可以說，從方案、布置、計算到構件設計、構造措施每個設計步驟

都貫穿了抗震概念設計的內容。

3.4 設置多道抗震防線

在進行結構抗震設計時，除了合理選擇結構體系外，還宜設置多道抗震防線。所謂多道防線，通常指的是：第一，整個抗震結構體系由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協同工作。第二，抗震結構體系具有最大可能數量的內部、外部贅余度，有意識地建立起一系列分布的塑性屈服區，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復。

3.5 重視薄弱層（部位）及非結構構件的設計

在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，是提高結構總體抗震性能的有效手段。非結構構件的地震破壞會影響安全和使用功能，應進行抗震設計。處理好非結構構件和主體結構的關系，可防止附加災害，減少損失。

3.6逐步推廣抗震性能化設計

建筑的抗震性能化設計，立足于承載力和變形能力的綜合考慮，具有很強的針對性和靈活性。針對具體工程的需要和可能，可以對整個結構，也可以對某些部位或關鍵構件，靈活運用各種措施達到預期的性能目標——著重提高抗震安全性或滿足使用功能的專門要求。

參考文獻：

[1] 《建筑抗震設計規范》GB50011—2010

[2] 李國強等 《建筑結構抗震設計》[J] 中國建筑工業出版社

[3] 牛瑞富. 對于鋼筋混凝土結構抗震設計的探討[J]. 河南科技. 2010-07.

抗震設計方法范文第4篇

抗震設計思想大體經歷了靜力理論分析階段、反應譜理論階段以及動力理論階段，三個階段的發展并沒有嚴格的分界點，而是相互聯系、相互滲透的。靜力理論階段中應用的是基于承載力的抗震設計方法，它假定在地震作用下的結構是剛性的，建筑物上任一點的加速度都等于地震加速度。這種理論沒有考慮到結構的動力特性，設計方法比較粗略。

到了1943年，美國的Biot教授提出了彈性反應譜的概念，反應譜是指按地震波作用在單質點體系上時，求得的位移、速度或加速度等反應的最大值與單質點體系自振周期間的關系。反應譜理論考慮了自振周期、振型和阻尼等動力特性以及共振效應，考慮到了結構在地震作用下的變形。至今它仍然是各國規范設計地震作用取值的基礎。動力法把地震作為一個時間過程，將建筑物簡化為多自由度體系，選擇能反映地震和場地環境以及結構特點要求的地震加速度時程作為地震動輸人，計算出每一時刻建筑物的地震反應。鑒于其優點，我國抗震規范[lj規定在計算結構罕遇地震作用下的彈塑性變形時可采用此方法。

新的抗震理論是基于對現有地震資料的總結的基礎上提出的。1989年美國發生的I碑omaPrieta地震和臺灣的集集地震等給人類帶來了巨大的經濟損失和社會災難。這促使理論界和工程界對現行理論進行了反思。上世紀90年代初，由美國學者閉率先提出了基于位移的抗震設計理論，這種理論最早應用于橋梁設計中，并取得了一定的成果。此后，美國加州工程師協會等機構以報告的形式提出了PBSI)的設計思想和相關的建議。我國學者對基于功能的設計理論也進行了深人研究。同濟大學、清華大學等院校的學者取得了一定的成績[5，們，為PBSD的推廣和發展作出了重要的貢獻。

2PBSD的特點

目前，世界各國主要采用兩水準或是三水準設防的設計思想，不同的是各國在對結構彈塑性的考慮上根據各國的實際情況對彈性反應譜的折減有所不同。

3甚于結構性能的抗越設計理論的主要內容

基于結構性能的抗震設計理論的主要內容應包括確定地震設防水準、結構性能水準、結構抗震性能目標、結構抗震分析和設計方法等方面。

3.1地震設防水準

地震設防水準是指工程設計中如何根據客觀的設防環境和已定的設防目標，并考慮具體的社會經濟條件來確定采用多大的設防參數。我國現行規范采用“三水準”的地震設防水準。它的問題在于雖然考慮了基于性能理論中的多級設防水準，但是由于第一和第二水準的重現期和超越概率相差很大，那么在處于二者中間的重現期和超越概率的房屋設計就變得不經濟或者是不安全。美國加州結構工程師協會的放眼二十一世紀委員會建議采用新的地震設防水準[2〕。

3.2結構性能水準

結構性能水準是指結構在特定的某一級地震設防水準下預期損傷的最大程度。2004年，我國研究機構和學者在積累總結以往世界各國的大震經驗的基礎上，參考了相關外國文獻，結合本國的實際情況，編寫了《建筑工程抗震設計性態通則(試用)廣〕。《通則》對結構性能水準提出了新的建議，這表明我國在考慮結構性能水準上從原來的定性考慮逐漸向定量考慮過渡，其發展的方向將逐漸與國際接軌。但是，該《通則》所建議采用的結構性能水準仍然沒有對結構或者構件的具體力學指標以及具體設備的運行情況給出明確的說明，只給出了一般性的建議。按照美國聯邦緊急救援署提供的資料建議，基于性能的抗震研究可以采用四個性能水準:水準1基本完好:無永久側移;結構基本保持原有強度和剛度;結構構件以及非結構構件基本不損壞。所有重要設備仍正常工作。水準2，輕微破壞:無永久側移;結構基本保持原有強度和剛度;結構構件與非結構構件有輕微破壞。電梯能夠重新啟動，防火措施得力。水準3，生命安全:所有樓層都有殘留強度和剛度;承受重力荷載的構件仍起作用;不發生墻體平面外失效或女兒墻倒塌;有永久側移。隔墻破壞，建筑修復費用可能很高。水準4，不倒塌:幾乎沒有殘留剛度和強度;但承受荷載的柱子和墻體仍起作用;有大的永久側移。每個性能水準都對應了具體的控制指標，如:結構的側移、剛度、強度，結構和非結構構件的損傷情況，設備的運行情況[4J。

3.3結構抗震性能目標

結構性能目標是針對某一級地震設防水準而期望建筑物能夠達到的性能水準或等級。性能目標的建立需要綜合考慮人員居住情況、場地效應、結構功能與重要性、投資與效益、震后損失與恢復重建、潛在的歷史或文化價值、社會效益，社會公眾的反應以及業主的承受能力。它是抗震設防水準與結構性能水準的綜合反應。加州工程師協會的VisionZo00報告建議將結構性能目標劃分為3個等級(基本目標、重要目標、最高目標)[2〕。

3.4基于性能的結構抗震設計方法

基于性能的抗震設計方法自提出以來，在國內外都受到廣泛重視和研究。但是怎樣把基于性能的抗震設計思想合理并且簡單有效地應用到實際設計中，目前尚無統一方法和標準。目前，基于性能的抗震設計方法主要有承載力設計方法、基于位移的抗展設計方法、能量設計法。

當前，基于承載力的設計方法被世界各國規范所采用。以我國為例，它的設計思想是:第一階段:對于一般結構在中、小地震作用下采用彈性計算方法，可根據結構的具體情況采用底部剪力法或者是振型分解反應譜法計算地展力，并與其他荷載通過分項系數法進行組合，計算截面的承載力和構件的配筋，對于較高的建筑物還要控制其側向變形。第二階段:對于有特殊要求的結構采用彈塑性計算方法。可根據結構的具體情況采用簡化的計算方法、靜力彈塑性分析法或者是彈塑性時程分析方法，驗算其基本烈度相對應的罕遇烈度地展作用下結構的彈塑性層間變形是否滿足規范要求，防止機構由于薄弱部位產生的彈塑性變形，導致結構構件破壞甚至引起房屋倒塌。

基于位移的設計方法是基于性能設計理論推薦的配套設計方法。它以位移為設計起點，以層間位移或者其他變形作為抗震設計的控制因素，進行結構的截面設計和配筋，這與傳統的基于承載力的設計方法在設計順序和控制因素的選取上有很大的區別，這也說明了該方法的出發點更接近于地震作用下結構的實際運行狀態。能量法最初是由Housner于上世紀50年代末提出。它的基本假設是:結構的總體破壞是由于地展輸人的總能量造成的，結構及內部設施的破壞程度是由地展輸人的能量和結構消耗的能量共同決定的。該方法的優點在于能夠直接估計結構的破損狀態，但是由于在參數的選取、能量的計算方法等方面沒有一個確定的、合理的標準，所以這種方法還有待深人的研究。

4結束語

PBSD的出現是世界抗展史上一個新的里程碑，它真正達到了多級設防目標并考慮了具體量化的設防水準，其設計方法更加貼近于結構在地震作用下的真實表現，可以滿足社會、業主等不同需求，為理論界和工程界提供了一種新的研究和設計理念。當前，各國研究機構和學者對PBSD的研究都沒有完全脫離現有規范而單純做PBSD的研究，這是因為:

(1)現有理論本身考慮了基于性能的設計。

(2)現有理論建立在大量的地震觀測記錄的基礎上，貼近于工程實際。

抗震設計方法范文第5篇

關鍵詞：建筑結構；抗震設計；發展與展望

引言

就目前而言，建筑結構的地震反應可以用不同的變量來體現，具體在抗震設計過程中采用何種設計變量則要根據結構自身類型、地震反應特性、地震破壞模式等因素綜合考慮。依據結構抗震設計變量的不同對結構抗震設計方法進行分類，大致可分為基于承載力的抗震設計法、基于位移的抗震設計方法、基于能量的抗震設計方法和基于損傷的抗震設計方法。

一、分析現代建筑結構抗震設計方法

1.1 基于承載力的結構抗震設計

基于承載力的抗震設計，建立在靜力分析理論之上，以慣性力的形式來反映地震作用，并按彈性方法來計算結構地震作用效應的大小、進行結構彈性位移驗算，把結構構件的強度是否達到特定的極限狀態作為結構失效的準則。

1.1.1 設計地震作用的確定

在基于承載力的結構抗震設計方法中，設計地震作用取值由設防烈度的地面運動有效峰值加速度考慮放大效應和地震作用效應降低系數的綜合影響后得來的，可以用如下公式表示：F = kβIG/R

式中：F―建筑結構總水平地震作用；

k―地震系數(不同地震分區所取的相當于設防烈度水準的地面運動有效峰值加速度或地面運動峰值加速度與重力加速度的比值，它反映了不同地區設防烈度地震的強弱)；β ―動力放大系數(對應于不同周期的結構反應峰值加速度與地面運動有效峰值加速度或峰值加速度比值的擬合值，它反映了不同周期體系對地震作用的動力放大效應)；

I―建筑重要性系數；

R―地震作用降低系數；

G―結構重力荷載代表值（取恒載和可能與設計地震作用同時出現的活載之和）地震系數k 反映的是不同地區設防烈度地震的強弱，根據各地區不同的地震危險性將其細分為不同地震區域，并對每個地區根據統計結果按475 年重現期給出其地震系數。動力放大系數β 反映了不同周期彈性單自由度體系的動力放大效應，它通常是從相對于地面運動有效峰值加速度作歸一化處理后的多條彈性加速度反應譜曲線中經歸納和簡化后得到的。加速度反應譜是確定的地面運動通過一組阻尼比相同自振周期不同的單自由度體系所引起的各體系最大加速度反應與相應體系自振周期間的關系曲線。

1.1.2 基于承載力結構抗震設計方法的研究現狀

基于承載力的抗震設計法作為產生較早的方法，從50 年代中期開始廣泛應用，經過多年的研究發展較之其他抗震設計方法相對成熟。目前加速度反應譜的短周期段的精度已基本滿足工程使用要求，研究主要關注反應譜的不合理性。隨著高層、超高層等長周期結構的發展，對反應譜長周期的研究也逐漸開展。考慮到現有的科技水平及設計習慣，彈性加速度反應譜仍是現階段結構抗震設計計算的最基本依據，研究工作主要集中在結合場地影響、強震觀測改進及結構時程分析對加速度反應譜的長周期段進行修正，以求使地震作用計算更加合理準確。另外對設計地震力―延性聯合控制準則的核心內容R −μ 關系相關問題也展開了更廣泛的研究：如把R −μ 關系與周期T聯系起來，全面考慮震級、震中距和場地條件以及滯回性能的分析結果，提出針對不同延性水準和各類結構模型且與周期相關的R −μ − T 關系。考慮結構中存在的材料超強和整體超強效應，在某種程度上提高了結構的屈服水準或相當于減小了R值，尋找其對R −μ 規律的定量影響程度。

1.2 基于能量的結構抗震設計

1.2.1 基于能量的抗震設計方法概述

基于能量的抗震設計理論是從能量的角度考慮地震地面運動對于結構的作用，概念明確，能夠較好的反映地震動強度、頻譜、持時對結構破壞的綜合影響，從輸入能量和耗散能量的角度捕捉到結構在強烈地震作用下的非彈性變形歷程。由于能量分析的復雜性，基于能量的結構抗震設計方法還處在理論研究階段，能實際運用到工程設計中的能量設計法至今還未完整的建立起來。能量概念和破壞模型一直是抗震研究中的兩個論題，特別是目前基于性能的抗震設計思路的提出，又對抗震結構的耗能能力及性能的研究提出了新的要求。基于能量抗震設計方法能夠考慮結構滯形對結構破壞影響的這一特點對于實現基于性能的抗震設計理念很有意義，因此基于能量的抗震設計方法的研究對實現基于性能的抗震設計理念的進一步發展非常重要，成為了改進傳統抗震設計方法的重要發展方向。

1.3 基于損傷的結構抗震設計

1.3.1 基于損傷的結構抗震設計的方法概述

近年來地震害經驗和各國學者的研究表明：由于地震是一種往復運動，并且地震動持時一般較短，因此地震作用下的損傷不僅與最大變形有關，還與結構的低周疲勞效應所造成的累積損傷有關。用能夠反映結構的變形和累積損傷效應的損傷性能參數可以更好地描述結構的非彈性性能，通過選取適當的地震損傷模型、按照結構在未來地震作用下的損傷允許值來進行抗震設計更為經濟合理，由此產生了基于損傷性能的抗震設計思想。

由于損傷指數的計算以結構累積滯回耗能的計算為基礎，而累積滯回耗能計算正是結構能量分析中的重點，所以也可以將基于損傷的設計方法視為能量法結合了性能設計思想的延伸應用方法。基于損傷的抗震設計就是反映結構損傷程度的損傷指數作為設計指標，選取適當的地震損傷模型計算出結構的損傷指數，驗算其是否滿足預定的損傷性能目標。

1.3.2 基于損傷的結構抗震設計的特點與研究趨勢

采用基于地震損傷理論的損傷指數能夠定量的描述結構在地震作用下的倒塌破壞情況，而且損傷指數物理意義明確。結構損傷的“三水準”性能目標反映了抗震設防水準和結構功能失效與倒塌限值，區別了不同重要性結構的性能目標，同時提高了結構抗震的功能要求。而且在基于損傷的抗震設計中用到等效位移延性系數，可以不需了解結構在動力荷載作用的時程反應而考慮結構往復彈塑性變形和累積耗能的影響。并從設計開始階段就引入損傷指標，使損傷指標在設計過程中真正起到控制作用，體現了其方法上的先進性。由于結構的損傷機理較為復雜，許多問題還沒有得到很好的解決，如結構的非彈性變形和積累滯回耗能指標確定和計算，損傷指數計算的進一步簡化、準確化，結構損傷模型與結構的強度、剛度、延性等設計參數的關系分析，結構損傷譜的確定等。因此，盡管基于損傷的抗震設計方法在理論上有其合理之處，但直接采用損傷指標作為設計指標并不易為廣大工程設計人員采用。

1.4 基于位移的結構抗震設計

1.4.1 基于位移的結構抗震設計概述

根據設計思路的不同，基于位移的結構抗震設計大致可分為三種方法：按延性系數設計方法、能力譜法、直接基于位移的設計方法。他們之間的差別在于：直接位移法和控制延性方法是依據位移目標進行結構設計的方法，而能力譜法則更多的是一種位移驗算方法。

1.4.2 基于位移的結構抗震設計有待進一步解決的問題

① 按延性要求設計的方法、能力譜法和直接基于位移的方法都是用靜力方法去解決在地震作用下的結構設計問題，沒有考慮諸如地震持續時間、結構往復彈塑性變形和累積耗能等因素的影響。

② 更深入地研究表征結構性能狀態的破損指標與結構位移的關系，有可能為確定結構的目標位移提供更完善和簡便的方法。

③ 對能夠應用于實際工程抗震設計的位移反應譜尤其是彈塑性位移反應譜的研究還有大量工作要做。

④ 基于位移的抗震設計中采用的靜力彈塑性分析方法存在著如何選取合適的水平力分布模式和位移分布模式等問題。

1.5基于性能的結構抗震設計

1.5.1 基于性能的抗震設計概念

美國SEAOC 組織對基于性能抗震設計的描述是“性能設計應該是選擇一定的設計標準，恰當的結構形式、合理的規劃和結構比例，保證建筑物的結構與非結構的細部構造設計，控制建造質量和長期維護水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，結構的破壞不超過一個特定的極限狀態”。ATC 組織對基于性能抗震設計的描述為“基于性能抗震設計是指結構的設計標準由一系列可以取得的結構性能目標來表示，主要針對混凝土結構并且采用基于能力的設計原理”。FEMA 對基于性能抗震設計的描述為“基于不同強度地震作用，得出不同的性能目標。

1.5.2 基于結構性能抗震設計的研究現狀和應用前景

基于結構性能的抗震設計理論尚不成熟，要廣泛應用于設計還存在一定的困難，尚需對以下問題展開研究：

① 在地震危險性方面，要實現由烈度向地震動參數區劃的過渡，按重現期或超越概率重新定義地震危險性水平。

② 在結構性能方面，以結構性能為基礎提出抗震設防水準，定義不同結構的性能目標。對于結構“不壞”、“可修”、“不倒”等模糊的定義，采用量化數據或具體化的定性數據來描述，例如對結構和非結構構件破壞的數量和程度等。

③ 研究和建立結構功能失效標準和結構破壞標準，將目前的以分項系數表述的極限狀態表達式過渡到以可靠度指標來描述。

基于結構性能的抗震設計理論是以結構抗震性能分析為基礎的結構設計，是設計理念上的一次變革，涉及結構抗震設計的各個方面，對工程結構的設計和發展具有重大意義。利用該理論進行結構抗震設計，可充分發揮工程師的主動性，滿足人們對結構性能的不同要求。從各國抗震設計規范修訂動向來看，可以說基于性能的結構設計是21 世紀抗震設計規范的趨勢。

二、比較結構抗震的設計方法

2.1 抗震抗震性能水平

結構抗震性能水準表示結構在特定的某一地震設計水準下預期破壞的最大程度，結構和非結構構件破壞以及因它們破壞引起的后果，主要用結構易損性、結構功能性和人員安全性來表達。對于不同等級的抗震性能，都應根據結構類型、結構體系、豎向和橫向承載構件、結構變形、設備與裝修、修復使用等方面加以定義，應該表達為量化指標，以便工程設計和評估。我國規范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實就是對結構在地震作用下的性能水平的描述，具體敘述為“小震”對應一般不受損壞或不需修理可繼續使用水平；“中震”對應可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用；“大震”對應不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。這一提法已經包含了一定的性能設計思想，只是對性能水平的描述比較模糊，水平之間的界定不明確，在實際設計中很難實現對結構性能的有效控制。

2.2 結構的抗震性能目標

結構的抗震性能目標是指建筑物在各設計地震水準下期望達到的相應性態水準集合，應依據建筑物的重要性分類，結合社會、經濟因素和業主意愿綜合確定。三級性能目標與按重要性劃分的三類建筑一一對應，取每級地震作用水準下的最低性能要求組合作為該類結構的規定最低性能水準目標。并且設計師也可以根據實際情況和業主要求提高目標性能水平進行結構設計，在一個或多個設計地震作用水準上選擇更高的性能目標，雖然在一定程度上會提高建筑造價，卻能減免以后可能會產生的損失。這種性能目標的制定方式充分體現了基于性能抗震設計的自主性和靈活性。

2.3 兩種方法的設計過程

建筑結構基于性能要求的抗震設計多了以下幾個步驟：性能目標的確定、抗震措施與計算分析方法的選擇及目標評價等。性能目標的確定因素中多了業主決策和非結構構件分級性能水準。選擇抗震設計（分析）方法也是基于承載力力的抗震設計過程中所沒有的，通過不同的抗震性能水準量化數值對應了不同的結構反應參數和抗震設計準則，因此可以選擇基于不同的結構反應參數的抗震分析方法。并且在設計完成后，基于承載力的抗震設計只對結構進行層間位移驗算是否滿足限值，而性能設計則需要對結構的地震反應性能水平進行全方位的檢驗和評估。

2.4 抗震措施比較

現行規范規定的構件截面的抗震構造措施，主要是根據結構類型和重要性、房屋高度、地震烈度、場地類別等因素確定，是對結構抗震性能水準的宏觀定性控制，而不是對具體的結構性能和震害損失的定量描述。設計人員只需要按照規范采取對應的抗震構造措施，而在采取了這些措施以后結構在地震時的性能狀態具體如何，設計人員并不能準確把握。這種做法的經濟性和合理性都不足。基于性能的抗震設計是把結構在一定強度地震作用下的變形需求與抗震措施對應了起來，通過對構件截面進行變形能力設計，使結構具備與預期性能水平相符的變形和耗能能力，從而達到目標性能水平。這樣使得結構的性能目標要求與抗震措施聯系起來，是一種具體對應的定量的抗震措施。由于通過設計人員主動選擇抗震措施來保證結構達到預期的抗震性能，因此對結構在未來地震時的整個反應過程比較清楚。這樣制定抗震措施成為性能設計的重要組成部分，需要在設計的一開始確定性能目標時就考慮進去。

三、展望

抗震設計方法理論是一個非常龐大和復雜的課題，涉及面非常廣泛，本文對這一理論的研究由于時間和能力的有限還不夠深入和細致。在未來的研究中，還有許多方面需要進一步的探討：

① 在對不同抗震設計方法里設計地震作用水準的確定和劃分的進行比較時還應該對其所采用的地震危險性分析方法和地震動參數分區劃分情況等方面進行分析和比較。