【关键词】高层建筑；抗震；结构设计；探讨
前言
80 年代，是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在 100m 左右或 100m 以上的以钢筋为主的建筑，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店，它是一座现代化的高级宾馆，总高 153.52m，全部采用框架一芯墙全钢结构体系，深圳发展中心大厦43 层高 165.3m，加上天线的高度共 185.3m，这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入 90 年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995 年 6 月封顶的地王大厦，81 层高，385.95m为钢结构，它居目前世界建筑的第四位。本文在此谈了谈自己的一些观点和看法。
一、概述建筑结构抗震理论
1、建筑结构抗震规范。建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容） 的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识，现代规范中的条文有的被列为强制性条文，有的条文中用了“严禁，不得，不许，不宜”等体现不同程度限制性和“必须，应该，宜于，可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2、抗震设计的理论。拟静力理论。拟静力理论是 20世纪10～40年展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60 年展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是 20世纪70-80 年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于 60 年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。
二、高层建筑结构抗震设计问题分析
1、抗震措施。在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用） 等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
2、高层建筑的抗震设计理念。我国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率 63.2%，重现期 50 年；设防烈度地震（基本地震）：50 年超越概率 10%，重现期 475年；罕遇地震：50年超越概率 2%-3%，重现期1641-2475 年，平均约为 2000 年。对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。
3、高层建筑结构的抗震设计方法。我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；除 1 款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法；特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
三、结语
现阶段，土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善，如果可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准诸方面得到符合实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。
【关键词】建筑设计，抗震设计，重要作用
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一.前言
建筑设计中的抗震设计，关乎民生，关乎经济发展，社会稳定，对房屋建筑实施结构设计，主要涉及对建筑高度，承载力，总体结构，各个部件的性能规划等一系列的因素，要求通过对各个构件和整体规划的基础上，既实现满足居民生活生产保障安全的需要，又具有值得欣赏的美学价值。增强房建结构的抗震设计，必须综合考虑地基，房屋的结构体系选择，综合布局等多方面建设因素，是一项及其专业，严谨，复杂的高技术工作。
二.建筑设计和抗震设计的作用和关系分析
建筑设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑设计有很大的改动，建筑设计已经初步形成了，建筑结构就必须按照原则服从建筑设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求，那么结构设计人员按照建筑方案对结构部件进行科学、合理的布置，保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布，结构受力和结构变形共同协调，提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力；如果建筑方案没有考虑到抗震的要求，直接给结构抗震设计带来更大的难题，建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进一步提高结构部件抗震承载能力，就必须增大结构构件的截面面积，这样又会造成很多不必要的浪费。所以，在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
三．我建筑抗震设计的现状
在建筑抗震设计领域，虽然我国在近年来有了长足的发展，但是，相比西方发达国家而言，发展缓慢，尤其是在抗震设计上，没有能够正确的处理好建筑设计和抗震设计的关系，虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念，但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷，主要表现在以下几个方面。
1.建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导，缺乏实际经验的积累；我国对地质地震的认识尚不够完善，对地震的成因，预测，防治研究不够深入，地震防治规范不够科学。因此，在进行建筑结构抗震设计时候，缺乏一定的科学依据，或依据的是不完善的理论。因此，难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.建筑抗震设计中，设计立足于固定参数，而忽视了实际情况，设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范，比如，在我国地震设计研究中，把地震的降级系数统一规定为2.81，将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中，结构截面承载能力设计和变形的检验计算，需要依据一定的实际情况而行的。
3.设计中，没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序，难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
四，我国建筑结构抗震设计标准
1.我国的建筑结构抗震设计要遵循中华人民共和国GB 500112010建筑抗震设计规范。辩证灵活运用其中抗震设计原则，严格执行设计施工标准，借鉴其中经验，结合房建本地实际，科学设计。
2.要坚持实施多级防震措施。传统房建结构多采取的是三级设防措施，即小震不坏、中震可修、大震不倒。但在新的时期，房建结构必须是采取的多级设防模式，保护建筑主体抗震能力，减轻经济损失，使得建筑抗震中更加安全。
3.将概念设计理论和基于性能的设计理论相结合。结合建筑结构设计施工地的具体实际情况，做出科学严谨勘探，掌握第一手资料，综合分析考虑，做出最优势的战略设计组合。
五.建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1.建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空问形状的设计。在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则，在平面形状上，矩形、圆形、方形等对抗震来说，都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽量避免不对称的侧翼和过长的侧翼，在体型布置上使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在抗震时发生扭转反应。在建筑设计中，为了建筑立面美观和艺术上的创意，复杂的建筑体型是难以避免的，但是，在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好地结合起来。
2.建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求，同时它与建筑抗震关系很大，因此从概念上要解决的一个核心问题是，建筑平面设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在墙体布置上要均匀对称；在抗震墙(剪力墙)布置上尽量与结构抗震要求相结合；对刚度很大的楼、电梯井简要居中布置，避免偏心扭转地震效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的基础作用。
3.建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度(沿楼层)建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中，无论单层和多层都存在此类问题。在建筑设计中，尽可能使建筑物沿竖向的刚度分布比较接近，应特别重视使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑底部，不应中断或不到底；尽量避免某一楼层刚度过小；尽量避免产生
4.屋顶建筑抗震设计问题
设计高层和超高层建筑时，屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来，从多数高层建筑抗震设计评定结果看，屋顶建筑设计还存在一些问题，例如：屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重，无形当中加大了屋顶建筑变形，而且地震作用也加大了，尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上，如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力强出现间断，在地震发生时，带来的地震扭转作用也会更严重，对抗震更不利。所以，进行屋顶建筑设计过程中时，应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料，使得地震作用传递不受阻碍；屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上；如果屋顶建筑非常高，屋顶建筑就必须具有较强的抗震性，让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小，尽量避免发生扭转效应。
六.结束语
建筑行业关系到我国的经济发展和社会稳定，关系到国民的生命财产安全，加强建筑抗震设计，设计，提高抗震能力，是促进社会和谐稳定的客观要求。因此实施科学合理的设计方法，科学处理建筑设计和抗震设计的关系。建筑设计是整个建筑抗震设计的重要环节，二者存在着密切的联系，共同为提高建筑整体抗震性能提供了强大的支撑。在进行建筑的抗震设计时候，必须要将建筑的建筑设计和结构设计综合协调起来，实现二者的配合，共同为建筑整体的抗震设计发挥出更强大的作用。
参考文献：
[1] 蒋山 浅谈建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《中国房地产业》 -2011年10期
[2] 陆伟权 浅析建筑设计在建筑抗震中的作用 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年14期
[3] 曾锐 重视建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [会议论文] 2003 - 中国铁道学会铁路房建管理会议
[4] 程宇 建筑设计在建筑抗震设计中的分析 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2011年36期
[5] 李建平 建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《安徽建筑》 -2004年5期
[6] 宫玲君 论抗震设计在建筑设计中的意义与策略 [期刊论文] 《科技风》 -2009年16期
关键词：建筑结构 抗震设计 理念趋势
1 抗震设计思路的概述
我国结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用的原则。概率极限状态设计法更科学、更合理，但该法在运算过程中还带有一定程度近似，只能视作近似概率法，并且仅凭极限状态设计也很难估算建筑物的真正承载力。事实上，建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，并非是脱离结构体系的单独构件。
地震具有随机性、不确定性和复杂性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前是很难做到的。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。因此，结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力。
2.建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件，它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。他虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识，现代规范中的条文有的被列为强制性条文，有的条文中用了“严禁，不得，不许，不宜”等体现不同程度限制性和“必须，应该，宜于，可以”等体现不同程度灵活性的用词。
3.抗震设计的理论
3.1.拟静力理论拟静力理论是20世纪10――40年展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构力为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。
3.2反应谱理论。 反应谱理论是在加世纪40――60年展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和地震底面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。
3.3.动力理论动力理论是20世纪70――80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和实验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，他它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震的输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物得地震论证，从而完整抗震的设计工作。
4.高层建筑抗震结构设计的基本原则1.1结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能(1)结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。(2)对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。(3)承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。1.2尽可能设置多道抗震防线(1)一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架―剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。(2)强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。(3)适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。(4)在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。1.3对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力(1)构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。(2)要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。(3)要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
5.高层建筑抗震分析和设计的趋势
5.1基于位移的结构抗震设计
我国现行的结构抗震设计，是以承载力为基础的设计。即：用线弹性方法计算结构在小震作用下的内力、位移；用组合的内力验算构件截面，使结构具有一定的承载力；位移限值主要是使用阶段的要求，也是为了保护非结构构件；结构的延性和耗能能力是通过构造措施获得的。为了实现基于位移的抗震设计，第一步需要研究简单结构（例如框架及悬臂墙）的构件变形与配筋关系，实现按变形要求进行构件设计；进而研究整个结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。这
就要求除了小震阶段的计算外，还要按大震作用下的变形进行设计，也就是真正实现二阶段抗震设计，这是结构抗震设计的发展趋势。
5.2动力时程响应分析的状态空间迭代法
该种方法把现代控制理论中的状态空间理论应用到高层建筑结构动力响应问题，根据结构动力方程，引入位移与速度为状态变量，导出状态方程，给出非齐次状态方程的解，进而建立状态空间迭代计算格式。经工程实例验算，具有较高精度。特别对多自由度体系的多输入、多输出等问题的动力响应解法，效率较高。
5.3材料参数随机性的抗震模糊可靠度分析
该种方法从结构整体性能出发，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。其研究成果可用于对现有的结构进行抗震可靠度评估，并可用于指导基于可靠度理论的结构抗震设计。
5.4隔震和消能减震设计的推广和应用
目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件（如梁、柱、墙、节点等）在地震时进入非弹性状态，并目具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。这种体系，在很多情况下是有效的，但也存在很多局限性。
随着社会的不断发展，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，使“延性结构体系”的应用日益受到限制，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足要求，而由于隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。
结语:
各国历次大地震对人类造成的严重灾害的经验教训,使世界各国地震工程学者及抗震设计人员逐步取得了较为一致的认识,经济与安全的关系,是结构抗震设计的重要技术政策,从长远观点看,如何从我国高层建筑设计现状及国际高层建筑抗震设计发展趋势出发,探求一种实用可行的合理抗震设计分析方法,是处于地震设防区域高层建筑发展的新方向.
参考文献:
关键词：基于性能的抗震设计性能水准性能目标可靠度
中图分类号:TU352.1+1
文献标识码:B
文章编号:1008-0422（2006）01-0093-02
近些年来，随着大量的震害分析和实践经验的积累，人们对工程抗震的认识不断深入。
基于性能的抗震设计方法是近年来提出的并备受关注的一种新的抗震设计思想。本文对这种新的抗震设计理论作了简要评述。
1现行抗震设计方法的不足和基于性能的抗震理论的提出
目前，各国的抗震设计规范大多采用“小震不坏，中震可修和大震不倒”的三水准抗震设防准则，我国现行抗震规范也是如此。我国是采用二阶段抗震设计方法来实现三水准的抗震设防要求的。这二阶段设计方法是：第一阶段进行强度验算，即取第一水准烈度的地震动（小震）参数，采用弹性反应谱计算结构的弹性地震作用及效应，并与其它荷载效应进行组合，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；第二阶段进行弹塑性验算，即对特别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（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满足"大震不倒"的设防要求。虽然规定了三水准的设防准则，但由于规定过于模糊，实际设计中很难控制。实际上，三水准抗震设计思想还是以保障生命安全为设计目标的。这样在地震作用下，虽然可以有效防止结构的倒塌，能够基本保证生命安全，但其它的破坏没有得到有效的控制，其财产损失往往超过了社会和业主所能承受的范围。
现行抗震设计方法无法满足社会和公众对结构抗震性能的多种需求，在此背景下，美国学者于九十年代初首先提出了基于性能的抗震设计，立即引起世界各国工程界的广泛关注和研究。1995年，美国加州工程师协会VISION2000委员会提出了发展能够满足多种结构性能目标的、指导结构抗震性能的框架；1996年，美国联邦紧急救援署（FEMA）提出了既有建筑评定、加固中使用多重性能目标的建议，并在1998年和2000年，又了几个关于基于性能的抗震设计文件。日本也开始将抗震性能设计的思想正式列入设计和加固标准中，并由建筑研究所（BRI）提出了一个性能标准。此外，欧洲、澳大利亚等也做了不少这方面的研究工作。
基于性能的抗震设计的特点是：使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，将抗震设计由以保障人们生命安全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命财产安全，满足业主所需的结构性能目标。
2基于性能的结构抗震设计的性能水准
结构性能水准就是指与每一级地震设防水准相对应的结构最大破坏程度。主要用于对结构易损性、结构功能性和建筑物内人员安全情况进行描述。我国目前使用的三水准：小震不坏、中震可修和大震不倒，缺乏具体明确的量化，很难在实际设计中得到保证。在基于性能结构抗震设计中，性能水准要综合考虑社会的经济水平、建筑物的重要性以及建筑物的造价、保养、维修及地震作用下可能遭受的直接间接损失来优化确定，由此划分的性能水准要更具体细致。
美国联邦紧急救援署（FEMA）将基于性能的结构抗震划分为四个性能水准：水准1：基本完好，即无永久侧移，结构基本保持原有的强度和刚度，结构构件以及非结构构件基本不损坏，所有重要设备仍能正常工作；水准2：轻微破坏，即无永久侧移，结构基本保持原有的强度和刚度，结构构件和非结构构件有轻微破坏，电梯能够启动，防火措施得力；水准3：生命安全，有永久侧移，所有楼层都有残留强度和刚度，承受重力荷载的构件仍起作用，不发生墙体平面外失效或女儿墙倒塌，隔墙破坏，建筑修复费用可能很高；水准4：不倒塌，即有大的永久侧移，几乎没有残留刚度和强度，但承受荷载的柱子和墙体仍起作用，一些出口被堵，内隔墙和无支撑的女儿墙已经或开始失效，建筑即将倒塌。
3抗震性能目标
抗震性能目标，是指针对某一个地震设防等级而期望结构达到的结构性能水准。性能目标的选择是非常重要的，它为整个设计和建造过程设定了必须遵守的标准。美国学者建议把具有不同使用要求的建筑物分为三类：基本设防目标、重要/防危设防目标和特别设防目标，并提供了三类结构抗震性能目标作为它们的最低性能界限。根据四个性能水准的划分，结构的性能目标如表1所示：
4基于性能的抗震设计方法研究
基于性能的抗震设计方法主要有：基于位移的设计方法、能量设计法、综合设计法等。
4.1 基于位移的设计方法
该方法用位移作为整个抗震设计过程的起点，假定位移是结构抗震性能的控制因素。这种方法是性能设计理论中较理想的一种方法。基于位移的抗震设计大致可分为按延性系数设计的方法、能力谱方法和直接基于位移的方法。
（1） 按延性系数设计的方法
延性通常包括结构延性、构件延性和截面延性三个层次。对于一个给定结构，截面的延性系数大于构件的延性系数，构件的延性系数大于结构的延性系数，两者的关系与结构的塑性铰机制有关。按延性系数设计方法的实质，是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变，从而使构件具有要求的延性系数。
用位移延性系数描述构件的弹塑性变形能力的最大问题是如何定义结构或构件的屈服位移和极限位移，不同的定义得到的延性系数可能差别很大。
（2） 能力谱法
能力谱法最早是由Freeman等提出来的，其实质是目前采用的基于力的设计方法加位移变形的校核，虽然方法本身的可靠性有待于实验验证和改进，但比基于力的设计方法合理。该方法首先通过静力弹塑性分析（pushover analysis）计算基底剪力Vb-顶点位移μn曲线，然后将Vb-μn曲线转换为谱加速度Sa-谱位移Sd曲线：
然后确定结构的等效阻尼比，最后检验结构的抗震能力。
（3） 直接基于位移的方法
直接基于位移的抗震设计根据在一定水准地震作用下预期的位移计算地震作用，进行结构设计，以使构件达到预期的变形，结构达到预期的位移。用这种方法确定目标位移和将多自由度体系等效为单自由度体系的前提是结构中可能形成塑性铰的部位同时达到屈服，这在实际结构中是难以实现的。
4.2 能量设计法
该方法的基本假设是：结构的破坏是由于地震输入的总能量，结构及内部设施的破坏程度是由地震输入的能量和结构消耗的能量共同决定的 。通过控制结构或构件的耗能能力，达到控制整个结构抗震性能的目的。能量设计法的优点是能够直接估计结构的潜在破坏程度，证明设置耗能元件可以提高结构的抗震性能。其缺点在于结构滞回耗能的计算很大程度上取决于构件单元恢复力模型的选取，不确定因素较多。
4.3 综合设计法
其基本思想是：使建筑物在达到基本性能目标的前提下，总投资最少。综合设计法全面考虑抗震设计中的重要因素，最大程度的体现基于性能的抗震设计思想，从而能够提供最优的设计方案。缺点是考虑因素多，涉及面广，设计过程复杂繁琐。
5可靠度理论在基于性能抗震设计中的应用
由于地震动及结构参数存在的随机性，使得结构的性能在地震作用下会有很大的不确定性。将可靠度理论应用到性能抗震设计中，来研究建筑在地震作用下达到预期功能的可能性的大小，是一种很好的解决方法。笔者仅以变形失效为例，介绍可靠度理论在基于性能抗震设计中的应用。其设计准则为：
式中，Pr是指结构在地震作用下的失效概率；Pr目标是指与结构性能水准相应的结构失效概率限值；Δ和Δu分别为结构产生的变形和由性能水准确定的结构变形极限；β为地震作用下结构的可靠指标；β目标是指与结构性能水准相应的结构可靠指标限值。
目前抗震设计的可靠度分析中主要考虑的不确定因素有结构反应的不确定性、结构本身抗力的不确定性和计算模式的不确定性。但是，还有其它一些影响结构抗震性能的不确定因素，如人为影响的不确定性等 ，要综合考虑这些不确定因素，还需要更加全面深入的研究。
6结语
基于性能的抗震设计，是结构抗震设计方法的一种发展趋势，在国际上得到广泛的认可。
它赋予了社会、业主自由选择结构性能的权利，使设计的结构更直接地满足不同使用者的要求，为工程师创造了展示才华的设计舞台。
但是，由于这方面的研究才刚刚起步，还存在着许多的问题急需解决，如合理的性能水准和性能目标的划分、可靠度理论中不确定因素的考虑、计算模型及参数的准确性、精确的结构弹塑性分析等都需要更加深入的研究。相信在不远的将来，基于性能的抗震设计将会进入全面应用阶段。
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关 键 词：桥梁结构；抗震；设计理论；综述
中图分类号：K928 文献标识码： A
桥梁是生命线工程的重要组成部分，是交通运输的枢纽工程，在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此，如何提高桥梁的抗震能力，使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用，地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要，是桥梁工程中的重要研究课题。中国的桥梁抗震的发展远远落后与其它西方国家。在参考国内外桥梁抗震的主要设计思想与方法后，笔者主要介绍了震害形式的和抗震理论的发展。
1. 桥梁主要的震害形式
1.1上部结构震害
桥梁上部结构震害按照产生原因的不同，可以分为结构震害、碰撞震害和位移震害。其中最常见的是移位，最严重的是落梁。桥梁碰撞震害包括：桥面伸缩缝位置混凝土裂缝及压碎变形，混凝土伸缩缝位置护栏混凝土撞损。桥梁位移震害主要表现为上部结构的纵向位移、横向位移以及扭转。一般来说，设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害。
1.2支座震害
支座的破坏形式主要表现为支座的位移，锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落，以及支座本身构造上的破坏等。在汶川地震中，桥梁支座损坏较多，支座存在位移，剪切变形，鼓包等震害。这是因为汶川的中小跨度梁桥一般均采用板式橡胶支座，支座与墩台和粱体间无连接措施，地震中出现了梁体与支座间的相对滑动。
1.3下部结构和基础震害
汶川地震中大量桥梁盖梁抗震挡块（剪力键）的剪断或剪裂现象较为普遍。桥台的震害一般比桥墩多，由于地基土液化，使桥台向河心滑移，下沉，倾斜等；由于台背动土压力，使桥台倾斜，倾倒，台身断裂等。桥墩的震害主要是墩身下沉，倾斜及倾倒和墩身开裂，切断等。基础的震害主要表现是基础的整体移动倾斜，下沉或桩身或沉井的开裂或断裂。
2.桥梁抗震设计理论的发展
2.1一阶段抗震设计思想（基于强度抗震设计方法）
我国《公路工程抗震设计规范》（1989）和美国AASHTO（2005）等规范对于规则桥梁的抗震设计和验算均采用基于强度的抗震设计方法。其主要的设计过程为：首先，计算结构的自振周期T0 ，并根据弹性加速度反应谱计算结构的弹性地震力Fe0；然后，考虑结构进入塑性状态后与弹性工作状态的差别采用一个强度折减系数R（我国采综合影响系数Cz）对弹性地震力进行折减，得到结构的设计地震力Fd0 ；最后，取结构的屈服力与设计地震力相等，并据此来进行结构的配筋设计。
2.2基于强度的抗震设计方法的局限性
从以上可以看出，在基于强度抗震设计方法中，仅体现了结构对强度的要求，但没有明确提出结构的设计目标。基于强度的抗震设计过程和强度折减系数的取值具有较大的模糊性，这主要表现在以下几方面：
1）基于强度设计理论需首先确定结构的自振周期，结构的自振周期与结构的初始刚度直接相关，一般在进行桥梁的抗震设计时，取墩柱的毛截面刚度作为截面的弹性刚度或者通过采用一个常系数对毛截面刚度进行折减来考虑混凝土开裂的影响。这种方法，实际上隐含假定截面的刚度是与强度互不相关的。
2）影响结构的位移延性能力的因素很多，但由结构位移延性能力所确定的强度折减系数非常模糊。对桥墩，结构的位移延性能力不仅与墩底截面的轴压比、配箍率有关，而且还要受到墩柱本身的形状比L/D基础变形和橡胶支座柔性等因素的影响。
3）在基于强度抗震设计方法中，没有明确提出结构的设计目标，在设计过程中又仅体现了结构对强度的要求，从而容易造成工程技术人员偏重于保证结构的强度而忽略了对变形的要求。基于强度抗震设计方法存在的这些局限性，使得工程技术人员很难对结构的抗震性能进行有效地把握和控制，不利于实现基于性能的抗震设计思想。
2.3 基于性能抗震设计
2.3.1 发展概况
在抗震设防的早期阶段，抗震设防是以单一设防水准，采用基于强度设计方法来保证结构安全为标准的。1989年美国的洛马・普里埃塔（LomaPrieta）地震（M7.0）虽然都是中等震级的地震，但却造成了极为惨重的经济损失。基于对上述问题的深刻反思，引发了地震工程界对设防水准、结构安全和经济性之间合理关系的重新认识，美国学者于20世纪90年代初提出了基于性能的抗震设计思想。
基于性能的抗震设计理论以结构抗震性能分析为基础，针对每一种抗震作用水准，将结构的抗震性能划分成不同等级，设计者根据结构的用途，业主、使用者及邻居的特殊要求，采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失，能为业主选择和承受，通过对工程项目进行生命周期的费效分析后达到一种安全可靠和经济合理的优化平衡。
2.3.2 基于性能抗震设计的目的
基于性能的抗震设计的目的是将所设计的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内，使结构震后的功能得以延续、维持。其中，基于性能的抗震设计方法是性能设计理论的重要内容，近年来国内外不少学者对此进行深入研究。
2.3.3 基于性能抗震设计的方法
基于性能的抗震设计方法主要有承载能力设计方法、直接基于位移进行抗震设计方法、能量设计法。（此方法最先运用于建筑结构上，可以作为桥梁结构的一种参考）
2.3.4 基于性能抗震设计的特点
与基于强度的抗震设计思想相比，基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点：
1）性能目标的多级性，即在不同的地震设防水准下，结构应满足不同等级的性能要求；对重要的结构，其性能目标要高于一般结构。
2）性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中，可以在满足规范的前提下，根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求，由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。
3）结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中，在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标，因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。
3 结 语
中国桥梁结构抗震规范现在经历一个由基于强度抗震思想过渡到基于性能抗震思想的过渡阶段。在这关键的过渡时期，设计人员应该逐步适应基于性能的设计方法。并且应该对抗震设防水准进行比较清晰的规定，还应该对性能有合理的指标来规范（特别是在基本地震作用情况下）。
对桥梁结构抗震设计，还应该同样重视延性设计（即加强构造措施）。以此来消除或者减弱计算结果与实际情况的误差。
通过对桥梁地震灾害的研究，当前引起地震灾害主要原因是由落梁，引起落梁原因是墩梁相对位移过大，限制相对位移过大措施有：加长支撑面，纵向设计连接装置，横向设置挡块（横挡纵联）。
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（石河子大学，新疆 石河子 832003）
摘 要：“建筑抗震设计”是一门理论性、实践性、综合性都很强的课程，震害分析在教学过程中处于核心地位，是培养学生分析解决问题的重要手段。文章结合石河子大学“建筑抗震设计”课程建设经验，介绍了基于震害分析的建筑抗震设计教学方法的基本思路，并以在混凝土结构抗震设计中的实践应用为例，具体分析以震害分析为核心的教学方法在概念设计、抗震计算，以及抗震构造措施等方面的应用。
关键词：建筑抗震设计；震害分析；教学思路；教学实践
中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1002-4107（2015）09-0009-02
收稿日期：2014-12-28
作者简介：袁康（1982—），男，重庆合川人，石河子大学水利建筑工程学院土木工程系主任，博士，副教授，国家一级注册结构工程师，主要从事建筑结构工程研究。
基金项目：石河子大学一类课程“建筑抗震设计”
新疆地处亚欧大陆腹地，受南印度洋板块与欧亚板块碰撞作用以及来自北西伯利亚板块的挤压，构造运动强烈，是我国主要的内陆地震活动区域，也是国务院确定的地震重点监视防御区之一。进入20世纪以来，新疆境内发生6级以上地震100多次，平均每年一次以上，全区抗震设防烈度在6度以上的区域占全区总面积的80%以上，其中7度以上高烈度区域面积占60%以上，面临严峻的抗震形势[1]。因此，新疆地处地震高发区和高烈度区的抗震形势对当地建筑设计、施工等技术人员提出了更高要求。因而，建筑抗震设计在当地本科教学中的重要性更加突出。
随着近年来全球地震进入活跃期，强震频发，大量的工程震害为学生学习抗震知识和技能提供了生动的教学素材，尤其是汶川、玉树等一系列大震灾害引起了大家的重视，对典型震害的分析成为了促使相关抗震设计、构造施工技术进步的重要因素，如汶川地震后，我国的《建筑抗震设计规范》（GB2010 0011-2010）就进行了相应的修编[2]。因此，开展基于震害分析的“建筑抗震设计”教学方法改革也是石河子大学建筑抗震设计课程组一直探索的目标，在多年课程建设过程中，取得了较好的教学效果。本文将在分析“建筑抗震设计”课程的特点，剖析存在问题的基础上，阐述基于震害分析的研究型教学思路，并以在混凝土结构抗震设计中的实践应用为例，具体分析以震害分析为核心的教学方法在概念设计、抗震计算，以及抗震构造措施等方面的应用，以供参考。
一、“建筑抗震设计”课程特点及现状
“建筑结构抗震设计”课程在石河子大学开课学时为48学时，包括理论教学40学时和试验教学8学时，是建筑工程专业必修课程之一，同时也是一门涉及学科较广、综合性较强的课程，经过本课程的学习，为后续的毕业设计奠定基础，是建筑工程专业学生知识结构中重要的组成部分。
（一）涉及知识面广，对学生理论基础知识要求高
该课程主要涉及数学、力学、材料、结构等方面的知识，其先修课主要有工程数学、理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料、钢结构、钢筋混凝土结构设计原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、施工技术等，尤其是“单自由度和多自由度弹性体系地震反应分析”章节与结构力学中的动力学部分联系密切，是典型的“老师难教、学生难学”的章节。
（二）课程与规范联系紧密，条文规定多
该课程内容一般包括场地、地震作用计算、各种结构抗震设计，以及隔震减震技术等章节，其设置与《建筑抗震设计规范》的编排思路大致相同，可以说是规范的说明书。因此，教材中有大量的规范条文规定告诉学生应该如何去进行抗震设计，如何让学生印象深刻地去理解各种条文规定背后的含义是关键。
（三）实践教学缺失
该课程的另一特点是实践性极强，抗震设计事关人民生命财产安全，从学生阶段就培养学生的工程实践意识至关重要，而目前多数高校在抗震的实践教学方面存在缺失现象，其原因主要是抗震的试验手段主要有拟静力试验和振动台试验两种，均需要较长的试验准备周期和较高的经费投入。
综上，由于“建筑抗震设计”课程教学存在的上述问题，要“化繁为简、通俗易懂”地讲解这门看似枯燥、却对工程技术人员又十分重要的课程，需要借助地震灾害这个天然的试验场。工程震害分析与试验研究、理论分析是抗震技术发展的基本手段[3]，在地震灾害频发的今天，震害分析已经成为了抗震技术验证的最佳场所，如四川雅安芦山地震中，凡是按照新的抗震规范设计的建筑均实现了相应的抗震目标，没有出现房屋倒塌的现象。因此，在抗震教学环节中，专业教师更应当以震害分析为核心，来引导学生研究、学习工程震害，使学生能够有血有肉地理解书本知识。
二、基于震害分析的研究性教学思路
从各版“建筑抗震设计”教材不难发现，其在具体结构抗震设计中均是基于震害分析—概念设计—抗震计算—抗震构造的基本思路，可见震害分析是学习本课程的入手点，每种结构形式的震害现象对于后续的内容都具有强烈的指导意义。教学过程中尤其应当重视“分析”二字，在重视提高学生工程素质的当下，应当引导学生去理解每种震害发生的原因，设计、施工中如何去避免，从而使学生更加轻松地理解后续概念设计、抗震计算、抗震构造中大量的定量条文规定。
基于震害分析的研究型教学思路，即是在整个教学过程中始终紧扣震害分析这一前提，注重发挥学生的主观能动性去分析解决问题，在震害分析章节将震害现象归类为概念设计、抗震计算、抗震构造不符合规范要求的几种情况，设置研究问题，并告诉学生将在后续学习中逐步解决；在讲解到具体涉及前面设置问题的内容时，再带着学生一起解决问题。
三、基于震害分析的研究性教学实践
本文以混凝土框架结构抗震设计教学为例，阐述基于震害分析的研究型教学实践过程，具体教学思路如图1所示。
（一）基于震害分析的问题设置
混凝土框架结构是建筑工程领域最为常见的一种结构体系，尤其是在公共建筑当中。在历次地震中框架结构表现出了较好的抗震性能，但也有一些共性的震害现象得到了体现，因此，在讲述本章内容时，有必要将一些常见的震害现象集中梳理，设置研究问题（如下），在后续学习中不断解决。
1.框架结构中某一层集中倒塌现象。
2.建筑平面中角部破坏严重。
3.楼梯间框架柱剪切破坏。
4.邻近房屋碰撞破坏。
（二）基于震害分析的概念设计
中国的抗震设防采用“三水准设防、两阶段设计”[4]，其具体实施主要通过概念设计、抗震计算和构造措施三个方面，其中概念设计是对结构体型、结构体系、刚度分布、构件延性的总体把握，是结构抗震设计的最为重要问题。但由于学生对于知识的学习未通过毕业设计的综合实践锻炼，尚停留在碎片化的阶段，无法站在全局的高度来看待概念设计的重要性。此外，长久以来的应试教育模式培养出来学生更喜欢依靠计算解决问题的特性，认为只要进行了抗震计算就能够保证建筑结构的抗震能力，对概念设计的认识不足。因此，有必要从一开始就将各条概念设计规定与相应的震害对应起来，并逐条解决，基本主线为：概念设计条文—对应工程问题—工程震害现象—解决途径，即通过工程实例中发生的震害现象，追溯其在设计阶段不符合抗震概念设计的情况，引导学生探寻相关解决途径。
（三）基于震害分析的抗震计算
结构抗震计算包括地震作用计算，地震力分配、内力组合及调整、截面承载力抗震设计、节点设计等内容，其中内力调整是此部分内容的核心问题，是实现框架结构合理破坏模式的关键所在，主要包括了“强节点弱构件、强柱弱梁、强剪弱弯”的内力调整思路[5]，以及底层柱、角柱的内力放大。在讲述这些关键问题的时候可回到历次震害中发现的震害问题，引出震害分析中设置的问题：大量的结构并未实现梁端出铰的合理破坏模式，而是某一层柱集中倒塌的情况；以及底层柱和角柱的破坏往往更为严重的现象。带领学生以工程师的角度去从设计、施工角度查找出现上述问题的原因，理解按照合理破坏模式要求的内力放大调整方法。以汶川地震为例，当出现远超设防烈度的地震作用时，几乎没有一栋建筑实现了强柱弱梁的破坏形式，是值得工程人员深省的，因此，《建筑抗震设计规范》（GB2010 0011-2010）在内力调整系数上进一步放大。
（四）基于震害分析的抗震构造措施
抗震构造措施，是根据抗震概念设计原则，不需要计算而对结构和非结构部分必须采取的各种细部要求，主要包括对梁、柱截面尺寸的限制，钢筋直径、间距的限值等等，此部分内容与震害分析中的构件层面破坏密切相关，讲解中若采用完全“顺向讲授式”教学，学生很难记住相关的条文规定。教学中应结合震害分析，采用“反向研讨式”教学，即思考若不按条文规定会出现什么震害问题。例如，在讲授节点核心区配箍率的要求时，可联系震害中典型节点破坏的现象——由于节点区箍筋不足或间距过大，柱纵筋压曲外鼓，引导学生明白节点对结构维持大震不倒的重要性，以及箍筋体积配箍率可确保节点延性的意义。
“建筑抗震设计”是一门理论性、实践性、综合性都很强的课程，涉及大量的规范条文，如何生动地让学生理解相关条文背后的依据是关键，而大量的规范条文修编都是以无数次强震为代价。因此，震害分析在教学过程中处于核心地位，是培养学生分析解决问题的重要手段，课程组在教学改革过程中的成效表明，不断穿插震害分析不但可以提高学生的专业兴趣，更使学生在理论知识综合应用、工程质量意识等方面得到了锻炼，在毕业设计环节中更加得心应手。
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【关键词】抗震概念；设计；建筑结构；应用；研究
近些年来，自然灾害频频发生，尤其是地震灾害，汶川、玉树、日本等等地区都发生了强烈的地震。地震严重威胁了人们的生命和财产安全，由于地震具有不可预知性，我们只能够在增强自身危机意识基础之上，增强我们所使用建筑物的抗震能力。抗震概念设计是建筑提升其抗震能力的基础，因此，将抗震概念设计融入到建筑结构设计之中去是当前的一大趋势。但是，抗震概念设计在应用到建筑结构设计中时还存在着一些缺点和不足。本文中，笔者就先对抗震概念设计重要性以及抗震概念设计定义进行分析，从而探析抗震概念设计在建筑结构设计中的应用。
1 抗震概念设计重要性以及抗震概念设计定义
建筑物自身就是一个复杂而又庞大的系统，建筑物自身中的各种构件都以非常复杂的方式共同工作，建筑物各种构件并没有脱离建筑物整体结构体系而单独工作。近些年来，地震频频发生，这就在一定程度上提高了人们的安全防范意识。因此，人们对于建筑物的抗震性能也更加关注。由于地震本身具有复杂性、不确定性以及随机性，而建筑物结构模型的基本假定与其实际情况存在着很大的差异，在建筑物结构分析这一方面并不能对建筑物结构的材料时效、阻尼变化、非弹性性质以及空间作用进行充分的考虑，所以，我们很难准确的预测到建筑结构所要遭遇的地震参数和地震特性，因此，我们必须对建筑结构运用抗震概念设计。
在《抗震规范》这一条文中明确说明了结构抗震设计性能的决定因素就是良好的抗震概念设计。而所谓的抗震概念设计就是指根据建筑设计者的经验和知识，运用其判断能力和思维能力，对建筑结构的细部构造和整体方案进行决定，从而达到合理的抗震设计。抗震概念设计是结构抗震设计的一种，结构抗震设计主要包括抗震概念设计、抗震构造措施以及抗震计算设计。其中，抗震概念设计以及抗震计算设计这两者应该与抗震构造措施进行有效地结合。在日常生活中，造成建筑物遭受震害的原因应该是多方面的，抗震概念设计应该针对各个方面的震害原因，保证建筑物抗震设计的效果。抗震概念设计的主要内容包括：采用隔震消能技术、保证非结构构件安全、提高结构延性、采用合理抗震结构体系、合理选用建筑体型、合理选用建筑结构布置以及有利场地的选择等等，其中，对非结构构件安全进行保证的目的在于确保建筑结构的整体性。
2 抗震概念设计在建筑结构设计中的应用研究
2.1 建筑设计应重视建筑结构的规则性
建筑结构的设计应该重视其规则性，综合现代建筑在地震中的若干表现来看，建筑结构规则性一直都对抗震能力产生着极其重要的影响。在一九七二年二月二十三日，南美洲的马那瓜发生了地震，当时的马那瓜有两幢间隔并不远的高层建筑，一幢高层建筑是马那瓜的中央银行大厦，另外一幢高层建筑为十八层高的美洲银行大厦。当时的马那瓜地震强度被估计为八度，两幢高层建筑中，一幢在地震过程中遭到了严重的破坏，在地震后被拆除，而另一幢只有轻微的损坏，在地震以后稍微修理便可以继续使用。这两幢高层建筑在地震中的表现引起了人们的关注，经过研究发现，在地震中破坏较轻的建筑立、平、剖均比较对称和规则，其结构侧向刚度以及材料强度和质量分布都是连续、均匀的，而另一幢高层建筑则相反。所以，笔者认为，建筑设计应该重视建筑结构的规则性。
2.2 合理选择建筑的结构体系
抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。
2.2.1 合理选择建筑的结构体系要求所选择的建筑结构体系不仅要有合理的地震作用传递途径以及明确的计算简图，还要求建筑结构体系的传力路线、传力合理以及受力明确，这些都应该与不间断的抗震分析相符合。
2.2.2 合理选择建筑结构体系还应该对由于部分构件或者部分结构的破坏而导致的整个建筑结构体系丧失对重力荷载或者对抗震能力的承载能力。其中，有内力重分配功能以及赘余度功能是抗震概念设计的一个重要原则。坚持这一重要原则的重要性在很多建筑物地震后的实际情况中都得到了很好的印证。
2.2.3 合理选择建筑结构体系还要求必须具备良好的变形能力、消耗地震能量能力以及一定的承载能力，在这里笔者想要强调的是，良好的变形能力是与充足的承载能力相互作用并且同时满足的。有些建筑结构体系拥有很高的承载能力，但是缺少强大的变形能力，例如没有约束的砌体结构，砌体结构就很容易因为脆性破坏而导致最终的倒塌。因此，良好的变形能力以及强大的承载能力相互结合会使建筑结构在强烈的地震作用下最终具有耗能能力。
2.3 提高结构构件的延性
结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。对各种建筑结构采取的抗震措施进行规范，从根本上对各类建筑结构的构件延性水平进行提高是抗震概念设计在建筑结构设计中应用的重要问题。而笔者这里所指的抗震措施例如：采用水平向（圈梁）和竖向（构造柱、芯柱）混凝土构件，加强对砌体结构的约束，或者进行配筋砌体的采用，从而使配筋砌体在地震中建筑物产生裂缝以后不会散落和倒塌，从根本上使建筑物在地震时不致丧失对重力荷载的承载能力。
3 结语：
本文中，笔者先对抗震概念设计的重要性以及抗震概念设计的定义进行了分析，接着笔者从建筑设计应重视建筑结构的规则性、合理选择建筑的结构体系以及提高结构构件的延性这三个方面对抗震概念设计在建筑结构设计中的应用进行了分析。
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关键词：建筑结构；性能；抗震设计；概念；特点；问题；方法
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
随着人们生活水平的提高，人们对社会的需求开始呈现多样化的特点，而随着建筑物越来越高，体型变得越来越复杂，建筑结构的抗震设计也变得更有挑战性。人们为了保障自身的安全，对此便有了更多的关注，对基于性能的抗震设计也更加重视起来，在此种方法下，会对设计者有所要求，那就是要对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出一定的评价。这种方法有很多好处，最主要的就是对于不安全的设计,能够正确的辨别出来，还可以提出一些方案来解决问题，使得建筑结构更加安全和经济。
1基于性能的抗震设计概念
以往提到的基于力的抗震设计或者基于位移的抗震设计，由于力和位移都是很明确的物理概念，可以被很容易地理解。但是基于性能的抗震设计，由于性能一词是一个宏观概念，不像力或位移可以直接成为设计参数，也可以直接应用到设计中去事实上，这里提到的结构性能往往可以与结构的破坏程度相关，而结构的破坏程度又可以由结构的反应参数来表示（如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标）。所以基于性能的抗震设计是比基于力或者基于位移抗震设计更为广泛的设计理念，更为直接地满足个人或者社会对建筑物的要求，即要求建筑物是否安全可靠，是否满足他们的使用需要，而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多强地震力，或者是变形控制在什么程度。
基于性能的抗震设计并不是一个全新的概念，尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究，也取得一些初步的成果，但是对于基于性能的抗震设计，现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC，ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中，对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和结构比例保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。一些学者也对基于性能抗震设计进行了描述，可见，尽管不同的机构或者个人对于基于性能的抗震设计描述不完全相同，但是这些论述中有一共同思想，就是基于性能抗震设计的主要思想：即结构在其设计使用期间内，在遭受不同水平的地震作用下，应该有明确的性能水平并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。
2 我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题
2.1我国现行的建筑抗震设计理论设计方法较为保守，缺乏新的设计理念，很大程度上阻碍了新的设计技术的实施。同时，在设计时候，缺乏对建筑结构性能的考虑，而只是根据我国一些曾经制定的抗震设计规范而行，只从刻板的标准出发，没有能综合考虑到各种实际状况。
2.2我国的设计理论和设计方法在很多抗震指标上规定不清晰，抗震设计理念不明确，加上很多建筑的使用者缺乏一定的抗震建筑知识，难以对所使用的建筑结构的抗震性能和抗震能力做出一个很明确的评判。
2.3目前，我国的建筑抗震设计多是重视对建筑的整体承载力和建筑的结构强度来进行，而忽视了对其他因素的考虑比如建筑结构的性能设计。同时，很多现行设计理论在进行建筑的设计时候，更多的注意着建筑的主题结构的抗震损失，而忽视了很多细节，对损失的控制力度不强。经济评估准则并没有在建筑业中得到广泛应用。
3 性能抗震设计理念的特点
通过对现行抗震设计理论的实践，可以对两者进行对比，以得到性能抗震设计理念的特点。
3.1多级设防。
相对于现行的三阶段设防目标(小震不坏、中震可修、大震不倒)，性能抗震设计注重多级设防，保护非结构件与内部设施，后者的设计理念既保证使用者安全，又减轻业主和社会的经济损失与压力。
3.2投资效益准则。
性能抗震设计偏重于安全、经济等多方面。在安全与经济之间找到合理、平衡的切入点，确定最佳方案，以优化设计为目的。
3.3自由度大。
相比较传统抗震设计刻板的被动状态，性能抗震设计可根据业主的要求确定目标，给设计带来新的动力。
4 建筑结构基于性能的抗震设计方法
作为性能设计理论的重要内容，基于性能的抗震设计方法显得尤为重要。那么怎样合理的运用基于性能抗震设计理念则引起了人们的广泛关注，为了能够把它有效地运用到实际中来，有很多学者都对此进行了思考，但是却还没有统一的认识，通过他们的总结，我们可以知道让性能设计思想运用到实际设计中来主要有以下步骤和方法：
4.1性能抗震设计阶段
4.1.1概念设计。根据用途和业主的要求，合理确定设防目标，通过场地、建筑平面等进行初步设计。
4.1.2 计算设计。根据预定的设防目标，计算出能影响各类因素的抗震参数，参数与预定目标不符要及时修改，直至满足参数需求。以基于位移的抗震性能设计为例，主要包括步骤有确定不同强度地震作用下性能目标；根据初步设计，确定结构内的位移的极限值；通过等效阻尼比等各类等效数值，确定等效刚度；设计采用必需的构造措施；评价结构强度要求和变形能力。以严谨、科学、合理的态度进行评估，如计算阶段有不符合，则需重复计算设计步骤，以不断完善结构设计。
4.1.3性能评估。通过各类的分析法得出设计结果来确定该建筑结构的性能。
4.2 性能抗震设计方法
目前大致主要有：位移影响系数、能力谱、直接位移设计等方法。
4.2.1位移影响系数法。基于结构性能设计方法，通过分析得出的最大期望位移值，利用等效方法、模态进行确定。以达到此系数的修正作用。此方法还存在着由于它是整体抗震评估方法，无法具体体现主要结构、楼层的损坏情况与抗震水准等问题。
4.2.2能力谱法。1975年被提出，随后不断改进。能力谱设计是将能力谱曲线与地震反应谱转化而来的需求谱，进行比较来评估其抗震性能。此方法侧重对结构的实际性能进行验算、评估。另外，能力谱设计法比较适用于平面结构可简化且分布较均匀的结构，否将会产生不小的误差。
4.2.3直接位移设计法。侧重于结构性能设计，概念简单，根据地震等级来预期位移计算，使结构达到预定位移。此方法也存在着只能从建筑结构材料的极限变化得到数值，而不能考虑到预期以外的强震效应的不足。
5 结语
建筑结构基于性能的抗震设计是比较宽泛的体系，它是现行抗震设计的延续与发展，以结构性能分析作为基础，建筑物的性能目标以全面、科学的因素来确定，使建筑物在面对不同等级的地震时，能达到预期的抗震目标。与传统抗震设计相比，优点明显：基于性能抗震相较于以往更系统化；性能抗震设计的适应性、连贯性更好，应用意义更大；灵活性的加大，使设计人员能发挥创造性，增加对新技术、新材料的推广应用等。性能抗震设计方法也需要解决一些设防水准数据化的划分，合理的参数取值范围介定等问题，才能更好的服务于社会经济建设，达到符合我国国情的设计规范。
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关键词：结构性能 抗震设计 位移 位移延性系数 能力需求曲线
Discuss on Aseismatic Design Based on Structural Performance
Abstract: Aseismatic design based on structural performance was put forward firstly in 90’s of last century. It was a reform of design ideas . This paper introduced the background、content and process of the design theory. The method of design based on displacement which has been applied widely was emphasized. At the end of this paper, the development of the design was analysed.
Keywords: structural performance, aseismatic design, displacement, modulus of displacement ductibility, curve of capability demand.
前言：
传统的抗震设计方法是以保证人的生命安全为原则的设计方法，依此思想设计的各种建筑物在地震作用下基本能够保证生命安全。近年来世界各国发生的大地震，特别是1989年美国Loma Prieta、1994年美国Northridge和1995年日本阪神地震的震害都表明，按现行建筑抗震规范设计的结构总体上基本保证了“大震不倒”的安全目标，但是造成的经济损伤极其严重。为了强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，美国学者Bertero等人提出了基于性能的抗震设计思想和方法（Bertero，1996；SEAOC，Vision 2000 Committee，1995）。随后这种抗震设计思想引起了整个地震工程界极大的兴趣。从各国抗震设计规范修订的动向看,可以说基于性能的抗震设计思路(Performance Based Seismic Design 简称PBSD)是21世纪世界抗震设计规范的大潮流，21世纪的地震工程将是基于功能的地震工程。
1DBSD设计理论
1.1 PBSD理论的研究内容
基于功能的结构抗震设计方法是以结构抗震性能分析为基础的设计方法。美国加州结构工程学会的放眼21世纪委员会(Vision 2000 Committee SEAOC 1995)明确提出了PBSD的理论框架，它应包括地震设防水准、结构抗震性能水准、结构抗震设计方法等三方面内容。
1.2地震设防水准的划分
PBSD 理论的实质就是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震功能,地震设防水准是指未来可能作用于场地的地震作用的大小。Vision 2000 Committee大会宣言称，基于性能的结构抗震设计理论追求能控制建筑物经历现场发生的所有地震波谱的破坏水准，为了实现这一方法，需要根据不同重现期选择所有可能发生的、对应不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为“地震设计水准”。放眼21世纪委员会在关于结构功能设计的研究报告中,建议设防地震等级由表一所示：
1.3结构抗震性能水准的划分及设防目标的建立
结构抗震性能水准表示建筑物在特定某一地震设计水准下预期破坏的最大程度。结构、非结构构件以及因它们破坏引起的后果，主要用结构破坏程度、结构功能和人员安全性来表达。结构在地震作用下的性能可以表现为位移、能量和地震损伤，性能水准应该表达为量化指标、工程术语,以便于工程设计和评估。结构抗震性能等级由表二描述。
结构抗震设防目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。美国学者建议，将结构抗震设防目标分为三类:基本设防目标、重要设防目标、特别设防目标。结构抗震设防目标与设防地震等级、抗震性能等级的关系（性
态控制图）见图一。
1.4DBSD理论的三种方法
基于位移的抗震设计大致可归纳为:按延性系数设计的方法、能力谱方法和直接基于位移的方法。
1.4.1按延性系数设计的方法
延性通常包括结构延性、构件延性和截面延性三个层次。结构延性可以用顶点位移延性(总体延性)或层间位移延性(楼层延性)来表达；构件延性与塑性铰区长度和截面延性等有关；截面延性与其几何形状、混凝土强度、轴压比、纵筋含钢率、含箍特征值等因素有关。对于一个给定的结构，截面的延性系数大于构件的延性系数；构件的延性系数大于结构的延性系数，两者的关系与结构的塑性铰机制等有关。对于梁铰机制的框架结构，总体延性系数为3～5时，楼层延性系数可能为3～10，而梁构件的延性系数可能为5～15或更大一些。
按延性系数设计方法的实质，是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变，从而使构件具有要求的延性系数。这种方法在新西兰等国家得到应用,并常称之为“能力设计”方法。
用位移延性系数描述构件的弹塑性变形能力的最大问题是如何定义结构或构件的屈服位移和极限位移,不同的定义得到的延性系数可能相差很大。
1.4.2 能力谱设计法
能力谱方法也可以称为非线性静力方法 (NonlinearStaticProcedure)或静力弹塑性分析(Push Over Analysis)，它是1975年由Freeman等提出来的，后来由众多学者如Fajfar等的发展、完善了能力谱法。这种方法目前仍处于不断的完善与改进之中。各研究者提出的计算方法不尽相同，但没有本质差别。其步骤如下:
按规范进行结构承载力设计；
对结构进行非线性静力分析 。用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性
分析(push over alysis)，计算结构的基底剪力 -顶点位移曲线。
（3）建立能力谱曲线对不很高的建筑结构，地震反应以第一振型反应为主
可用等效单自由度体系代替原结构。因此，可以将-曲线转换为谱加速度 -谱位移曲线，即能力谱曲线:
式中、分别为结构第一振型的振型参与系数和模态质量。
建立需求谱曲线若采用规范的加速度反应谱作为结构的地面运动输
可以用式将其转换为-谱曲线,即需求谱曲线:
（4）确定结构的等效阻尼比或等效延性比
检验结构的抗震能力将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一
坐标系中，若两条曲线没有交点，说明结构的抗震能力不足，需要重新设计；若两条曲线相交，交点对应的位移即为等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移。将谱位移转换为原结构的顶点位移，根据该位移在原结构-曲线上的位置,即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、截面边缘混凝土的压应变等,综合检验结构的抗震能力。
《日本建筑标准法》和美国ATC－40都采用能力谱法作为基于位移抗震设计的分析方法。
1.4.3 直接基于位移的方法
直接基于位移的方法步骤如下:
⑴ 由规范加速度反应谱或地震加速度时程建立不同阻尼比的设计位移反应谱。
(2) 计算结构等效单自由度体系的目标位移
式中, 和分别为结构第层的质量和在某一水准地震作用下第层的层间位移。
(3)确定等效单自由度体系的等效质量和等效阻尼比:等效质量可以用下式计算
等效单自由度体系的位移延性系数, 式中取为。由延性系数和结构体系,可由等效阻尼比与延性系数的关系确定等效阻尼比。
(4)确定等效单自由度体系的等效刚度
式中,为等效单自由度体系的周期,根据等效单自由度体系的和确定。
(5)计算设计基底剪力和水平地震力:等效单自由度体系的位移、刚度确定后,等效单自由度体系的地震作用 (图4(b)),即原结构的设计基底剪力由下式确定
水平地震力沿原结构高度的分布(图4(a))可以用下式计算:
⑹ 计算原结构的水平地震作用效应:在水平力作用下的结构分析,应采用
结构顶点位移达时的杆件刚度。直接基于位移的抗震设计根据在一定水准地震作用下预期的位移计算地震作用,进行结构设计,以使构件达到预期的变形,结构达到预期的位移。用这种方法确定目标位移和将多自由度体系等效为单自由度体系的前提是结构中可能形成塑性铰的部位同时达到屈服,显然这在实际结构中是难以实现的。
2需要解决的几个问题
基于结构性能的抗震设计理论尚不成熟，要广泛应用于设计存在一定的困难，有一些问题尚应进一步展开研究：
在结构性能方面，对结构抗震性能的描述不宜采用“不坏”、“可修”和
“不倒”等模糊的定义，应采用量化的数据指标以便用于工程设计；
完善能力谱方法,考虑高振型的影响,研究如何模拟剪力墙等抗侧力元，
以保证对体型复杂及高层、超高层的建筑结构适用；
DBSD设计方法都是用静力方法去解决在地震作用下的结构设计问题,不
考虑诸如地震持续时间、结构往复弹塑性变形和累积耗能等因素的影响,这是方法本身固有的不足；
建筑结构在罕遇地震作用下具有一定的破坏,这些状态可以用破坏指标
来度量。常用的破坏指标有:延性系数指标、能量耗散指标、位移指标、位移能量双重指标、考虑能量耗散的位移指标。应进一步研究哪种破损指标才能真正地表现地震作用下的破坏性能；
建立层间位移与构件变形的关系，构件变形与纵向配筋、轴压比及含箍
特征值等的关系，建立考虑构件的弯曲、剪切变形、塑性铰区长度、结构塑性铰机制等与结构位移的关系，以便广泛地应用于工程设计；
结构构件屈服进入弹塑性后，构件滞回耗能产生的滞回阻尼可以用等效
粘滞阻尼比表示。构件滞回耗能的大小主要与构件的弹塑性位移比（即延性比）有关。建立构件、结构的滞回耗能与等效阻尼比的关系，是基于位移抗震设计的关键之一；
建立位移谱最简单和直接的方法是根据谱位移与谱加速度的关系,从现
行规范所用的加速度反应谱导出。但是,国际地震工程协会(IAEE)的研究表明这种方法并不合理。国外一些学者建立了不同阻尼比的位移谱和不同延性比的弹塑性反应谱，这些谱未反映中国地震地面运动的特征，因此有必要建立中国自己的位移谱和弹塑性反应谱。
3结语
基于结构性能的抗震设计理论（Performance Based Seismic Design 简称PBSD）是以结构抗震性能分析为基础的结构设计，是设计理念的一次变革，涉及结构抗震设计的各个方面，对工程结构的设计和发展具有重大意义。目前关于PBSD理论的研究大部分还处于定性方向阶段。与国外相比，我国还处于刚起步阶段，可谓任重道远。总之，PBSD理论的研究与发展有待国内外土木工程学界和地震工程学界的共同努力。
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