抗震设计方法

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇抗震设计方法范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

抗震设计方法范文第1篇

关键词：斜张桥　 抗震　 技术 设计

0 引言

斜张桥也称斜拉桥。用锚在塔上的多根斜向钢缆索吊住主梁的桥。斜张桥是第二次世界大战以后新发展起来的重要桥梁之一，因主梁为缆索多点悬吊，内力小，建筑高度低，施工方便，跨越能力大，现跨度已建到465米。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人行桥以及管造桥等。同时，现代斜张桥的抗震问题已受到关注，美国1978年建成的帕斯卡-开讷维克(Pasco-Kenewick)预应力混凝土斜张桥位于强震区，它是典型的三跨斜张桥。主梁在塔柱位置，无竖向支承，仅有侧向约束，锚固墩上，一端为固定支座，另一端设置伸缩缝。当遭遇超过抗震设计要求的纵向地面加速度的强烈地震时，设在固定支座上的钢杆就被剪断，此时主梁仅由拉索悬挂于塔上，在地震荷载作用下，主梁呈纵向悬浮状，在悬浮过程中消耗了能量，加大了振动周期，减小了结构的反应，这就是现在应用十分广泛的“悬浮体系”。它的减震作用是明显的，但结构的纵向位移也是相当可观的。这种设计构思很快被世界各国桥梁工程师接受，在我国地震地区大部分斜张桥都设计为悬浮体系。

1 桥梁抗震设计的总体思想

在以上各国的抗震规范中，其共同点是在强震情况下不容许出现坍塌，但一定程度的损坏是可以接受的，即我们所说的“大震不倒，中震可修”，AASHTO规范中定义了可接受的破坏程度，即指柱子中的挠曲屈服(没有剪力破坏)，而且此破坏必须是可以检测及修复的(在地面及水平线以上)，所有其它的破坏(指基础、桥台、剪力键、连接构造、支座、上部结构的梁及桥面板的破坏)都是不能接受的。这一定义被其它规范广泛采用，尤其在挠曲破坏的类型方面。然而一些规范放松了对位置的要求，特别是容许在桩身、桩排架、桥台台背翼墙处的屈服。对强震的定义，即使在AASHTO规范中都很模糊，但一般认为是475年一遇的地震可称为强震。在频繁出现但规模小得多的情况下，要求桥梁基本上保持弹性运营状态(无破坏)，对于这种状态没有特别的校核规定。

我国现行的桥梁抗震设计规范还很不完善，无论是铁路桥或公路桥，还是采用基于强度设防基础上的设计方法，即根据折减后的弹性地震反应进行抗震设计，而结构的延性要求没有明确规定，仅从墩柱的箍筋配筋率及构造方面提出要求，以保证结构的延性。因此对我国现行震规进行修订和补充，使其提高到一个新的先进水平已是刻不容缓。90年代初在上海南浦大桥的抗震设计中，首次提出了二水平的抗震设计方法。之后，用同样方法先后对20余座大桥、城市立交桥和城市高架桥进行了抗震研究，20余年来积累了很多科研成果，对桥梁抗震的设计思想也日趋成熟。在此基础上于1998年开始，范立础教授将正式主持“城市桥梁抗震设计规范”的制订工作。

减震和隔震设计思想是利用材料或装置的耗能性能，达到减小结构地震反应的目的，是一种经济有效的方法。近年来世界各国在结构的减隔震设计方面也做了很多研究，如弹性支座隔震体系是目前能采用的最简单的隔震方法，其中普通板式橡胶支座构造简单、性能稳定，已在桥梁上广泛应用，法国跨度320m的伯劳东纳(Brotonne)预应力混凝土斜张桥的两个塔墩顶上各用了12块橡胶支座，该桥已通车20年，使用情况良好。

2 斜张桥梁抗震设计方法

常用的结构抗震设计方法有震度法和动态分析法两种，动态分析法中又包括反应谱法和时程分析法。

动态分析法比震度法有了较大的改进，它同时考虑了地面运动和结构的动力特性。其中反应谱方法中一个重要概念是动力放大系数，或称标准化反应谱。其定义为：β(ω，ξ)=|U+Ug|max/Ug，max

式中，右端项的分子为单质点体系动力反应的绝对加速度反应，分母为地面加速度反应的峰值。

应用反应谱计算结构地震反应，首先要计算结构的动力特性和各阶振型参与系数，然后按各阶振型对某项反应的贡献程度进行线性叠加，得到这项反应的最大值。我国“震规”中的验算方法就是建立在反应谱理论的基础上的，但反应谱理论在大跨度桥梁抗震验算上的应用还存在一些问题，如“震规”中加速度反应谱，或桥址场地设计加速度反应谱的适用范围大都在5s以内，而大跨度桥梁是长周期结构，它们的基本周期大都大于5s，在长周期范围动力放大系数β的取值对大跨度桥梁的地震反应的准确性至关重要。项海帆教授早在八十年代初就对公路工程抗震设计规范中的反应谱提出了长周期部分的修正意见，王君杰副教授也提出了“长周期地震反应谱的取值和规范化应以强震记录位移反应谱的统计结果为依据”的观点，并以此为基础提出了对当前公路工程抗震设计规范中的反应谱的长周期部分的修正和补充方法，增加了表达长周期地震反应谱特性的参数；其次大跨度桥梁地震反应组合中，如何考虑地震动的空间变化也是一个需要考虑的问题，因为对于大跨度桥梁，地震动的空间变化效应是不可忽略的。另一个在大跨度桥梁抗震分析中需要解决的问题，就是在多分量地震动作用下振型组合问题，目前常用的组合方法有SUM法(最大值绝对值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平稳随机振动理论导出的完全二次组合法)等。由于CQC方法计入了振型间的相关性，较好地考虑了密集振型间的强耦合性，而大跨度桥梁的动力特性具有自振周期长、频率密集和阻尼较小的特点，因此CQC方法对大跨度桥梁的地震反应分析更为适用。除此以外，在反应谱分析中给出的反应值基本上还是弹性反应，不能做到真正的非线性分析。总之，反应谱方法在大跨度桥梁的方案设计阶段，对结构的抗震性能进行粗略的评估还是可行的，但是对于重要结构或大跨度桥梁的地震反应分析则应进行专题研究。

抗震设计方法范文第2篇

[关键词]冻土区；桥梁设计；抗震性；破坏形式；

中图分类号：U442.5+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0222-01

一、桥梁抗震概念设计

抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。而在冻土区进行桥梁设计更应该充分考虑其在不同季节所产生的地质情况，这样才能有效提高其抗震性..我国著名的青藏铁路，就是在冻土区修建的，这里的其中的清水河大桥在修建的过程中就运用了科学的设计方法提高其抗震性。

二、桥梁结构地震破坏的主要形式

根据桥梁过去的地震破坏情况，除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外，混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种：

2.1 弯曲破坏

结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：第一、当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；第三、随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；第四、钢筋压屈（或拉断）和内部混凝土压碎、崩裂。

12.2 剪切破坏（弯剪破坏）

在水平地震倚戟作用下，当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：第一、截血弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；第三、局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；第四、发生脆性的剪切破坏。

2.3 落梁破坏

当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩（台）的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。

2.4 支座损伤

上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。

三、冻土区桥梁抗震设计原则

合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行。冻土区对桥梁扛着设计的影响是非常大的，尤其是图纸变化最大的夏冬两季，在设计的过程中必须要坚持以下原则：

第一、场地选择。除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。第二、体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。 第三、提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。第四、能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用"强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件"的设计思想。第五、多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构，桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。

四、结束语

综上所述，冻土层对桥梁地震反应的影响是非常明显的。与融土情况相比，冻土层的存在可能增大也有可能减少桥墩的地震反应。所以，在对冻土区进行桥梁设计时应该充分考虑到冻土层对其抗震性所造成的影响，不能按照一般土层的设计方法进行设计。在季节性冻土及多年冻土区，不同季节时的桥墩地震反应是不同的，如果都按照统一季节的情况进行设计，可能是不安全的，应该充分结合夏冬两个季节的情况进行设计。

参考文献

[1] 郑孝强，邹文芳.提高桥梁抗震能力的设计方法研究[J].科协论坛（下半月）. 2009.01：33-35.

[2] 张彬，包寰宇.桥梁结构地震反应分析方法[J].山西建筑.2009.07：19-21.

抗震设计方法范文第3篇

关键词：建筑；钢筋混凝土结构；抗震；设计

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

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

0、引言

地震作为一种常见的地质灾害，它是由于地壳在运动过程中产生大量的能量并释放出来导致对地表的破坏的一种地质运动现象。据相关数据统计，在全球范围内，每年大概要发生550万次的各种级别的地震。导致地震发生的原因主要包括这样几种：其一，最多的一种是由于地层深处大块的岩石由于错动、破裂等而导致的构造性地震；其二，由于火山爆发而诱导产生的地震；其三，地下开挖的矿井或者是地下岩洞由于塌陷而导致的地震；其四，油田的注水以及水库的泄洪等引发的地震；其五，爆炸或者是地下的核爆炸实验等导致的地震。地震的发生将给地表建筑带来严重的破坏，为了保证居民的生命与财产安全，有必要对建筑的混凝土结构抗震设计进行研究，以提高建筑的抗震能力，保证人们生命与财产的安全。

1、钢筋混凝土结构抗震设计规范

当前，我国施行的是最新的《建筑抗震设计规范》( GB50011—2010)，它在对建筑的混凝土结构抗震设计进行规定时，要求：在对规范进行使用时，首先要确定规范所应用的有效范围和条件，之后要进行必要的结构计算与构造措施，对建筑的结构与构件进行设计，最终使之满足计算与构造的基本要求。总的来说，规范中要求的就是要采用小震弹性承载能力计算和抗震的延性结构构造相结合的方式来对混凝土结构进行针对性的设计，保证其抗震能力达到最优。

2、钢筋混凝土结构抗震设计的基本方法

2.1 钢筋混凝土结构抗震设计的基本途径

我国对于建筑结构的抗震设计基本途径以及概念设计是建立在钢筋混凝土结构的抗震设计基础之上的。它是结合地震的具体形式以及建筑的抗震设计等的相关工作经验而形成基本的设计理念与设计途径。抗震概念设计是根据地震灾难和工程经验等因素形成的基本设计经验和设计理念，最后结合相关必要的抗震计算以及构造等措施。通常而言，进行抗震的概念设计主要做到下面几点：

一，在进行建筑结构的抗震设计时，应该具有科学合理的建筑结构计算简图以及地震作用力的传递路径。尤其是在进行具体结构的布局时，尤其要避免局部构件的破坏而导致结构整体的坍塌等问题；

二，建筑的外形设计必须力求简单、对称和规则，而且要求其质量与刚度等的变化要均匀合理；

三，要保证建筑各个局部受力体之间要有可靠的连接，这样可以保证地震力能够进行有效的传递；

四，对于建筑中所包含的非结构型构件，诸如隔墙、维护墙要与建筑的结构主体有可靠的连接；

五，整个建筑的抗震结构在设计的过程中要保证其支撑系统在受到地震力作用时能保持良好的稳定性。

2.2合理选取钢筋混凝土结构抗震设计体系

在对钢筋混凝土结构进行抗震设计时，我们主要采用的结构体系有：框架结构、抗震墙结构以及框架-抗震墙结构。

其中，框架结构的特点是结构自身重量轻，适合于要求房屋内部空间较大、布置灵活的场合。整体重量的减轻能有效减小地震作用。如果设计合理，框架结构的抗震性能一般较好，能达到很好的延性。但同时由于侧向刚度较小，地震时水平变形较大，易造成非结构构件的破坏。结构较高时，过大的水平位移引起的P-效应也较大，从而使结构的损伤更为严重，故框架结构的高度不宜过高。

抗震墙结构的特点是侧向刚度大，强度高，空间整体性能好。然而，由于墙体多，重量大，地震作用也大，并且内部空间的布置和使用不够灵活。此结构比较适合于住宅、旅馆等建筑，因这类建筑墙体较多，分隔较均匀，使承重结构和围护结构达到较高程度的统一。

而框架-抗震墙结构是将前面两种结构相结合，形成一种能同时承受竖向荷载与侧向力的抗震结构体系。框架结构易于形成较大的自由灵活的使用空间，以满足不同建筑功能的要求；抗震墙则可提供很大的抗侧刚度，以减少结构在风荷载或侧向地震作用下的侧向位移，有利于提高结构的抗震能力。总而言之，框架-抗震墙结构的特点是在一定程度上克服了纯框架和纯抗震墙结构的缺点，发挥了各自的长处，刚度较大，自重较轻，平面布置较灵活，并且结构的变形较均匀。因此，框架-抗震墙结构具有很宽的适用范围，在办公楼、旅馆等公共建筑中得到了广泛的应用。

3、提高钢筋混凝土结构抗震性能的策略

3.1 选择合适的场地

选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。

3.2 结构平立面布置要均匀、规则

建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。

3.3设计成延性结构

延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用不会很快上升。延性框架的抗震设计原则有强柱弱梁、强剪弱弯、强核心区、强锚固等，延性抗震墙的抗震设计原则有强墙弱梁、强剪弱弯、加强重点部位等等。除上述设计原则外，还要进行结构概念设计。可以说，从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤

都贯穿了抗震概念设计的内容。

3.4 设置多道抗震防线

在进行结构抗震设计时，除了合理选择结构体系外，还宜设置多道抗震防线。所谓多道防线，通常指的是：第一，整个抗震结构体系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起来协同工作。第二，抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的塑性屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。

3.5 重视薄弱层（部位）及非结构构件的设计

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，是提高结构总体抗震性能的有效手段。非结构构件的地震破坏会影响安全和使用功能，应进行抗震设计。处理好非结构构件和主体结构的关系，可防止附加灾害，减少损失。

3.6逐步推广抗震性能化设计

建筑的抗震性能化设计，立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性和灵活性。针对具体工程的需要和可能，可以对整个结构，也可以对某些部位或关键构件，灵活运用各种措施达到预期的性能目标——着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。

参考文献：

[1] 《建筑抗震设计规范》GB50011—2010

[2] 李国强等 《建筑结构抗震设计》[J] 中国建筑工业出版社

[3] 牛瑞富. 对于钢筋混凝土结构抗震设计的探讨[J]. 河南科技. 2010-07.

抗震设计方法范文第4篇

抗震设计思想大体经历了静力理论分析阶段、反应谱理论阶段以及动力理论阶段，三个阶段的发展并没有严格的分界点，而是相互联系、相互渗透的。静力理论阶段中应用的是基于承载力的抗震设计方法，它假定在地震作用下的结构是刚性的，建筑物上任一点的加速度都等于地震加速度。这种理论没有考虑到结构的动力特性，设计方法比较粗略。

到了1943年，美国的Biot教授提出了弹性反应谱的概念，反应谱是指按地震波作用在单质点体系上时，求得的位移、速度或加速度等反应的最大值与单质点体系自振周期间的关系。反应谱理论考虑了自振周期、振型和阻尼等动力特性以及共振效应，考虑到了结构在地震作用下的变形。至今它仍然是各国规范设计地震作用取值的基础。动力法把地震作为一个时间过程，将建筑物简化为多自由度体系，选择能反映地震和场地环境以及结构特点要求的地震加速度时程作为地震动输人，计算出每一时刻建筑物的地震反应。鉴于其优点，我国抗震规范[lj规定在计算结构罕遇地震作用下的弹塑性变形时可采用此方法。

新的抗震理论是基于对现有地震资料的总结的基础上提出的。1989年美国发生的I碑omaPrieta地震和台湾的集集地震等给人类带来了巨大的经济损失和社会灾难。这促使理论界和工程界对现行理论进行了反思。上世纪90年代初，由美国学者闭率先提出了基于位移的抗震设计理论，这种理论最早应用于桥梁设计中，并取得了一定的成果。此后，美国加州工程师协会等机构以报告的形式提出了PBSI)的设计思想和相关的建议。我国学者对基于功能的设计理论也进行了深人研究。同济大学、清华大学等院校的学者取得了一定的成绩[5，们，为PBSD的推广和发展作出了重要的贡献。

2PBSD的特点

目前，世界各国主要采用两水准或是三水准设防的设计思想，不同的是各国在对结构弹塑性的考虑上根据各国的实际情况对弹性反应谱的折减有所不同。

3甚于结构性能的抗越设计理论的主要内容

基于结构性能的抗震设计理论的主要内容应包括确定地震设防水准、结构性能水准、结构抗震性能目标、结构抗震分析和设计方法等方面。

3.1地震设防水准

地震设防水准是指工程设计中如何根据客观的设防环境和已定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数。我国现行规范采用“三水准”的地震设防水准。它的问题在于虽然考虑了基于性能理论中的多级设防水准，但是由于第一和第二水准的重现期和超越概率相差很大，那么在处于二者中间的重现期和超越概率的房屋设计就变得不经济或者是不安全。美国加州结构工程师协会的放眼二十一世纪委员会建议采用新的地震设防水准[2〕。

3.2结构性能水准

结构性能水准是指结构在特定的某一级地震设防水准下预期损伤的最大程度。2004年，我国研究机构和学者在积累总结以往世界各国的大震经验的基础上，参考了相关外国文献，结合本国的实际情况，编写了《建筑工程抗震设计性态通则(试用)广〕。《通则》对结构性能水准提出了新的建议，这表明我国在考虑结构性能水准上从原来的定性考虑逐渐向定量考虑过渡，其发展的方向将逐渐与国际接轨。但是，该《通则》所建议采用的结构性能水准仍然没有对结构或者构件的具体力学指标以及具体设备的运行情况给出明确的说明，只给出了一般性的建议。按照美国联邦紧急救援署提供的资料建议，基于性能的抗震研究可以采用四个性能水准:水准1基本完好:无永久侧移;结构基本保持原有强度和刚度;结构构件以及非结构构件基本不损坏。所有重要设备仍正常工作。水准2，轻微破坏:无永久侧移;结构基本保持原有强度和刚度;结构构件与非结构构件有轻微破坏。电梯能够重新启动，防火措施得力。水准3，生命安全: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;有永久侧移。隔墙破坏，建筑修复费用可能很高。水准4，不倒塌: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;有大的永久侧移。每个性能水准都对应了具体的控制指标，如:结构的侧移、刚度、强度，结构和非结构构件的损伤情况，设备的运行情况[4J。

3.3结构抗震性能目标

结构性能目标是针对某一级地震设防水准而期望建筑物能够达到的性能水准或等级。性能目标的建立需要综合考虑人员居住情况、场地效应、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益，社会公众的反应以及业主的承受能力。它是抗震设防水准与结构性能水准的综合反应。加州工程师协会的VisionZo00报告建议将结构性能目标划分为3个等级(基本目标、重要目标、最高目标)[2〕。

3.4基于性能的结构抗震设计方法

基于性能的抗震设计方法自提出以来，在国内外都受到广泛重视和研究。但是怎样把基于性能的抗震设计思想合理并且简单有效地应用到实际设计中，目前尚无统一方法和标准。目前，基于性能的抗震设计方法主要有承载力设计方法、基于位移的抗展设计方法、能量设计法。

当前，基于承载力的设计方法被世界各国规范所采用。以我国为例，它的设计思想是:第一阶段:对于一般结构在中、小地震作用下采用弹性计算方法，可根据结构的具体情况采用底部剪力法或者是振型分解反应谱法计算地展力，并与其他荷载通过分项系数法进行组合，计算截面的承载力和构件的配筋，对于较高的建筑物还要控制其侧向变形。第二阶段:对于有特殊要求的结构采用弹塑性计算方法。可根据结构的具体情况采用简化的计算方法、静力弹塑性分析法或者是弹塑性时程分析方法，验算其基本烈度相对应的罕遇烈度地展作用下结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求，防止机构由于薄弱部位产生的弹塑性变形，导致结构构件破坏甚至引起房屋倒塌。

基于位移的设计方法是基于性能设计理论推荐的配套设计方法。它以位移为设计起点，以层间位移或者其他变形作为抗震设计的控制因素，进行结构的截面设计和配筋，这与传统的基于承载力的设计方法在设计顺序和控制因素的选取上有很大的区别，这也说明了该方法的出发点更接近于地震作用下结构的实际运行状态。能量法最初是由Housner于上世纪50年代末提出。它的基本假设是:结构的总体破坏是由于地展输人的总能量造成的，结构及内部设施的破坏程度是由地展输人的能量和结构消耗的能量共同决定的。该方法的优点在于能够直接估计结构的破损状态，但是由于在参数的选取、能量的计算方法等方面没有一个确定的、合理的标准，所以这种方法还有待深人的研究。

4结束语

PBSD的出现是世界抗展史上一个新的里程碑，它真正达到了多级设防目标并考虑了具体量化的设防水准，其设计方法更加贴近于结构在地震作用下的真实表现，可以满足社会、业主等不同需求，为理论界和工程界提供了一种新的研究和设计理念。当前，各国研究机构和学者对PBSD的研究都没有完全脱离现有规范而单纯做PBSD的研究，这是因为:

(1)现有理论本身考虑了基于性能的设计。

(2)现有理论建立在大量的地震观测记录的基础上，贴近于工程实际。

抗震设计方法范文第5篇

关键词：建筑结构；抗震设计；发展与展望

引言

就目前而言，建筑结构的地震反应可以用不同的变量来体现，具体在抗震设计过程中采用何种设计变量则要根据结构自身类型、地震反应特性、地震破坏模式等因素综合考虑。依据结构抗震设计变量的不同对结构抗震设计方法进行分类，大致可分为基于承载力的抗震设计法、基于位移的抗震设计方法、基于能量的抗震设计方法和基于损伤的抗震设计方法。

一、分析现代建筑结构抗震设计方法

1.1 基于承载力的结构抗震设计

基于承载力的抗震设计，建立在静力分析理论之上，以惯性力的形式来反映地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应的大小、进行结构弹性位移验算，把结构构件的强度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。

1.1.1 设计地震作用的确定

在基于承载力的结构抗震设计方法中，设计地震作用取值由设防烈度的地面运动有效峰值加速度考虑放大效应和地震作用效应降低系数的综合影响后得来的，可以用如下公式表示：F = kβIG/R

式中：F―建筑结构总水平地震作用；

k―地震系数(不同地震分区所取的相当于设防烈度水准的地面运动有效峰值加速度或地面运动峰值加速度与重力加速度的比值，它反映了不同地区设防烈度地震的强弱)；β ―动力放大系数(对应于不同周期的结构反应峰值加速度与地面运动有效峰值加速度或峰值加速度比值的拟合值，它反映了不同周期体系对地震作用的动力放大效应)；

I―建筑重要性系数；

R―地震作用降低系数；

G―结构重力荷载代表值（取恒载和可能与设计地震作用同时出现的活载之和）地震系数k 反映的是不同地区设防烈度地震的强弱，根据各地区不同的地震危险性将其细分为不同地震区域，并对每个地区根据统计结果按475 年重现期给出其地震系数。动力放大系数β 反映了不同周期弹性单自由度体系的动力放大效应，它通常是从相对于地面运动有效峰值加速度作归一化处理后的多条弹性加速度反应谱曲线中经归纳和简化后得到的。加速度反应谱是确定的地面运动通过一组阻尼比相同自振周期不同的单自由度体系所引起的各体系最大加速度反应与相应体系自振周期间的关系曲线。

1.1.2 基于承载力结构抗震设计方法的研究现状

基于承载力的抗震设计法作为产生较早的方法，从50 年代中期开始广泛应用，经过多年的研究发展较之其他抗震设计方法相对成熟。目前加速度反应谱的短周期段的精度已基本满足工程使用要求，研究主要关注反应谱的不合理性。随着高层、超高层等长周期结构的发展，对反应谱长周期的研究也逐渐开展。考虑到现有的科技水平及设计习惯，弹性加速度反应谱仍是现阶段结构抗震设计计算的最基本依据，研究工作主要集中在结合场地影响、强震观测改进及结构时程分析对加速度反应谱的长周期段进行修正，以求使地震作用计算更加合理准确。另外对设计地震力―延性联合控制准则的核心内容R −μ 关系相关问题也展开了更广泛的研究：如把R −μ 关系与周期T联系起来，全面考虑震级、震中距和场地条件以及滞回性能的分析结果，提出针对不同延性水准和各类结构模型且与周期相关的R −μ − T 关系。考虑结构中存在的材料超强和整体超强效应，在某种程度上提高了结构的屈服水准或相当于减小了R值，寻找其对R −μ 规律的定量影响程度。

1.2 基于能量的结构抗震设计

1.2.1 基于能量的抗震设计方法概述

基于能量的抗震设计理论是从能量的角度考虑地震地面运动对于结构的作用，概念明确，能够较好的反映地震动强度、频谱、持时对结构破坏的综合影响，从输入能量和耗散能量的角度捕捉到结构在强烈地震作用下的非弹性变形历程。由于能量分析的复杂性，基于能量的结构抗震设计方法还处在理论研究阶段，能实际运用到工程设计中的能量设计法至今还未完整的建立起来。能量概念和破坏模型一直是抗震研究中的两个论题，特别是目前基于性能的抗震设计思路的提出，又对抗震结构的耗能能力及性能的研究提出了新的要求。基于能量抗震设计方法能够考虑结构滞形对结构破坏影响的这一特点对于实现基于性能的抗震设计理念很有意义，因此基于能量的抗震设计方法的研究对实现基于性能的抗震设计理念的进一步发展非常重要，成为了改进传统抗震设计方法的重要发展方向。

1.3 基于损伤的结构抗震设计

1.3.1 基于损伤的结构抗震设计的方法概述

近年来地震害经验和各国学者的研究表明：由于地震是一种往复运动，并且地震动持时一般较短，因此地震作用下的损伤不仅与最大变形有关，还与结构的低周疲劳效应所造成的累积损伤有关。用能够反映结构的变形和累积损伤效应的损伤性能参数可以更好地描述结构的非弹性性能，通过选取适当的地震损伤模型、按照结构在未来地震作用下的损伤允许值来进行抗震设计更为经济合理，由此产生了基于损伤性能的抗震设计思想。

由于损伤指数的计算以结构累积滞回耗能的计算为基础，而累积滞回耗能计算正是结构能量分析中的重点，所以也可以将基于损伤的设计方法视为能量法结合了性能设计思想的延伸应用方法。基于损伤的抗震设计就是反映结构损伤程度的损伤指数作为设计指标，选取适当的地震损伤模型计算出结构的损伤指数，验算其是否满足预定的损伤性能目标。

1.3.2 基于损伤的结构抗震设计的特点与研究趋势

采用基于地震损伤理论的损伤指数能够定量的描述结构在地震作用下的倒塌破坏情况，而且损伤指数物理意义明确。结构损伤的“三水准”性能目标反映了抗震设防水准和结构功能失效与倒塌限值，区别了不同重要性结构的性能目标，同时提高了结构抗震的功能要求。而且在基于损伤的抗震设计中用到等效位移延性系数，可以不需了解结构在动力荷载作用的时程反应而考虑结构往复弹塑性变形和累积耗能的影响。并从设计开始阶段就引入损伤指标，使损伤指标在设计过程中真正起到控制作用，体现了其方法上的先进性。由于结构的损伤机理较为复杂，许多问题还没有得到很好的解决，如结构的非弹性变形和积累滞回耗能指标确定和计算，损伤指数计算的进一步简化、准确化，结构损伤模型与结构的强度、刚度、延性等设计参数的关系分析，结构损伤谱的确定等。因此，尽管基于损伤的抗震设计方法在理论上有其合理之处，但直接采用损伤指标作为设计指标并不易为广大工程设计人员采用。

1.4 基于位移的结构抗震设计

1.4.1 基于位移的结构抗震设计概述

根据设计思路的不同，基于位移的结构抗震设计大致可分为三种方法：按延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法。他们之间的差别在于：直接位移法和控制延性方法是依据位移目标进行结构设计的方法，而能力谱法则更多的是一种位移验算方法。

1.4.2 基于位移的结构抗震设计有待进一步解决的问题

① 按延性要求设计的方法、能力谱法和直接基于位移的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，没有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。

② 更深入地研究表征结构性能状态的破损指标与结构位移的关系，有可能为确定结构的目标位移提供更完善和简便的方法。

③ 对能够应用于实际工程抗震设计的位移反应谱尤其是弹塑性位移反应谱的研究还有大量工作要做。

④ 基于位移的抗震设计中采用的静力弹塑性分析方法存在着如何选取合适的水平力分布模式和位移分布模式等问题。

1.5基于性能的结构抗震设计

1.5.1 基于性能的抗震设计概念

美国SEAOC 组织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”。ATC 组织对基于性能抗震设计的描述为“基于性能抗震设计是指结构的设计标准由一系列可以取得的结构性能目标来表示，主要针对混凝土结构并且采用基于能力的设计原理”。FEMA 对基于性能抗震设计的描述为“基于不同强度地震作用，得出不同的性能目标。

1.5.2 基于结构性能抗震设计的研究现状和应用前景

基于结构性能的抗震设计理论尚不成熟，要广泛应用于设计还存在一定的困难，尚需对以下问题展开研究：

① 在地震危险性方面，要实现由烈度向地震动参数区划的过渡，按重现期或超越概率重新定义地震危险性水平。

② 在结构性能方面，以结构性能为基础提出抗震设防水准，定义不同结构的性能目标。对于结构“不坏”、“可修”、“不倒”等模糊的定义，采用量化数据或具体化的定性数据来描述，例如对结构和非结构构件破坏的数量和程度等。

③ 研究和建立结构功能失效标准和结构破坏标准，将目前的以分项系数表述的极限状态表达式过渡到以可靠度指标来描述。

基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础的结构设计，是设计理念上的一次变革，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。利用该理论进行结构抗震设计，可充分发挥工程师的主动性，满足人们对结构性能的不同要求。从各国抗震设计规范修订动向来看，可以说基于性能的结构设计是21 世纪抗震设计规范的趋势。

二、比较结构抗震的设计方法

2.1 抗震抗震性能水平

结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度，结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构体系、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修、修复使用等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。我国规范中的提法“不坏”、“可修”、“不倒”其实就是对结构在地震作用下的性能水平的描述，具体叙述为“小震”对应一般不受损坏或不需修理可继续使用水平；“中震”对应可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震”对应不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这一提法已经包含了一定的性能设计思想，只是对性能水平的描述比较模糊，水平之间的界定不明确，在实际设计中很难实现对结构性能的有效控制。

2.2 结构的抗震性能目标

结构的抗震性能目标是指建筑物在各设计地震水准下期望达到的相应性态水准集合，应依据建筑物的重要性分类，结合社会、经济因素和业主意愿综合确定。三级性能目标与按重要性划分的三类建筑一一对应，取每级地震作用水准下的最低性能要求组合作为该类结构的规定最低性能水准目标。并且设计师也可以根据实际情况和业主要求提高目标性能水平进行结构设计，在一个或多个设计地震作用水准上选择更高的性能目标，虽然在一定程度上会提高建筑造价，却能减免以后可能会产生的损失。这种性能目标的制定方式充分体现了基于性能抗震设计的自主性和灵活性。

2.3 两种方法的设计过程

建筑结构基于性能要求的抗震设计多了以下几个步骤：性能目标的确定、抗震措施与计算分析方法的选择及目标评价等。性能目标的确定因素中多了业主决策和非结构构件分级性能水准。选择抗震设计（分析）方法也是基于承载力力的抗震设计过程中所没有的，通过不同的抗震性能水准量化数值对应了不同的结构反应参数和抗震设计准则，因此可以选择基于不同的结构反应参数的抗震分析方法。并且在设计完成后，基于承载力的抗震设计只对结构进行层间位移验算是否满足限值，而性能设计则需要对结构的地震反应性能水平进行全方位的检验和评估。

2.4 抗震措施比较

现行规范规定的构件截面的抗震构造措施，主要是根据结构类型和重要性、房屋高度、地震烈度、场地类别等因素确定，是对结构抗震性能水准的宏观定性控制，而不是对具体的结构性能和震害损失的定量描述。设计人员只需要按照规范采取对应的抗震构造措施，而在采取了这些措施以后结构在地震时的性能状态具体如何，设计人员并不能准确把握。这种做法的经济性和合理性都不足。基于性能的抗震设计是把结构在一定强度地震作用下的变形需求与抗震措施对应了起来，通过对构件截面进行变形能力设计，使结构具备与预期性能水平相符的变形和耗能能力，从而达到目标性能水平。这样使得结构的性能目标要求与抗震措施联系起来，是一种具体对应的定量的抗震措施。由于通过设计人员主动选择抗震措施来保证结构达到预期的抗震性能，因此对结构在未来地震时的整个反应过程比较清楚。这样制定抗震措施成为性能设计的重要组成部分，需要在设计的一开始确定性能目标时就考虑进去。

三、展望

抗震设计方法理论是一个非常庞大和复杂的课题，涉及面非常广泛，本文对这一理论的研究由于时间和能力的有限还不够深入和细致。在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨：

① 在对不同抗震设计方法里设计地震作用水准的确定和划分的进行比较时还应该对其所采用的地震危险性分析方法和地震动参数分区划分情况等方面进行分析和比较。