超限高层建筑结构基于性能抗震设计

超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究超限高层建筑的结构抗震设计中，采用基于性能要求的抗震设计方法，有助于提高高层建筑工程抗震设计的可靠性、避免抗震安全隐患，同时又促进高层建筑技术发展。

阐述基于性能抗震设计方法与常规抗震设计方法的比较；针对超限高层建筑结构的特点，提出结构的抗震性能目标、性能水准以及实施性能设计的主要方法，包括性能水准判别准则、性能目标的选用及结构计算和试验要求。文中还列举了应用性能设计理念和要求的部分工程实例。

基于性能的抗震设计理念和方法，自世纪年代在美国兴起，并日益得到工程界的关注。美国的ATC40（1996年）、FEMA237（1997年）提出了既有建筑评定、加固中使用多重性能目标的建议，并提供了设计方法。美国加州结构工程师协会SEAO于1995年提出了新建房屋基于性能的抗震设计。1998年和2000年，美国FEMA又发布了几个有关基于性能的抗震设计文件。2003年美国ICC（Internation-alCode Council）发布了《建筑物及设施的性能规范》，其内容广泛，涉及房屋的建筑、结构、非结构及设施的正常使用性能、遭遇各种灾害时（火、风、地震等）的性能施工过程及长期使用性能，该规范对基于性能设计方法的重要准则作了明确的规定。日本开始将抗震性能设计的思想正式列入设计和加固标准中，并已由建筑研究所（BRI）提出个性能标准。欧洲混凝土协会（CRB）于2003 年出版了“钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计”报告。澳大利亚则在基于性能设计的整体框架以及建筑防火性能设计等方面做了许多研究，提出了相应的建筑规范（BCA1996）。我国在基于性能的抗震设计方面也发表了不少论文加以研究和探讨。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是：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，业主（设计者）可选择所需的性能目标；抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证，有利于建筑结构的创新，经过论证（包括试验）可以采用现行标准规范中还未规定的新的结构体系、新技术、新材料；有利于针对不同设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。这一方法是一种发展方向。目前，这一方法在工程中还未得到广泛的应用，还有一些问题有待研究改进，诸如：地震作用的不确定性、结构分析模型和参数的选用存在不少经验因素、模型试验和震害

资料欠缺、对非结构和设施的抗震性能要求和震后灾害估计缺乏研究。但是，这一方法随着工程中的不断应用，必然会趋于成熟。

作者认为，我国的超限高层建筑工程设计比较适合采用基于性能的抗震设计方法。这些工程在房屋高度、规则性等方面都不同程度地超过现行标准规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段，按照建设部第111号部长令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，以及《全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等的要求，设计者需要根据具体工程实际的超限情况，进行仔细的分析、专门的研究和论证，必要时还要进行模型试验，从而确实采取比标准规范的规定更加有效的具体的抗震措施，业主也需要提供相应的资助，设计者的论证还需要经过抗震设防专项审查，以期保证结构的抗震安全性能。这个设计程序在某种意义上类似于抗震性能设计的基本步骤。

这些年来，高层建筑工程抗震设防专项审查实践表明，不少工程的设计和专项审查已经涉及到基于性能抗震设计的理念和方法。有的工程的设计者主动提出采用基于性能的设计理念和要求，有的工程在抗震审查中由专家组的专家提出某些基于性能的设计要求。

可以认为，目前在我国超限高层建筑工程中试点采用基于性能抗震设计的时机已经成熟。

本文阐述基于性能抗震设计方法与常规抗震设计方法的比较，提出超限高层建筑结构的抗震性能目标、性能水准、以及实施抗震性能设计的方法，并列举了应用性能设计理念和要求的部分工程实例。基于性能抗震设计与常规抗震设计的一些比较21我国常规抗震设计方法具有性能设计的雏形我国在上个世纪年代修订工业与民用建筑的抗震设计规范时，首次提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，采用“三水准两阶段设计”的设计方法，并于年以国家标准《建筑万方数据抗震设计规范》GBJ 11—89正式发布施行。这个常规设计原则的特点是：其一，对应于“小、中、大”的三个地震水准，通过全国主要地震区域65个城镇地震发生概率的统计分析，分别采用年超越概率63%、1O% 和2%和3%的概率定量指标，相应的地震影响系数最大值的比例约为1/2/8/4.5和6；衡量强烈地震后房屋建筑“不坏、可修、不倒”等破

坏程度，则依据《建筑地震破坏等级划分标准》（1990建抗字第337号），有明确的震害概念。其二，为实现上述三水准的设防目标，规范采用两阶段设计的简化方法。第一阶段设计是结构构件承载力验算，采用结构在小震下按弹性反应谱理论得到的地震作用标准值和相应的地震作用效应（内力和变形），在可靠度分析基础上用分项系数表达式进行结构构件抗震承载力的验算，一些刚度较小的结构还要进行层间变形的验算；然后通过与概念设计相关的内力调整放大和抗震构造措施来满足第二水准和第三水准地震的宏观性能控制要求。第二阶段设计是结构的弹塑性变形验算，对地震下易倒塌的结构和有特殊要求的建筑结构，要求其薄弱部位应满足在大震下不倒塌的位移限制，并采取相应的专门的抗震构造措施；这些结构的第三水准要求也有相对明确的位移指标。因此，可以认为，我国1989年抗震规范的设计方法和步骤已经具有性能设计的雏形，2001年抗震规范在概念设计、性能控制要求上又有进一步发展和具体化。

这个比较说明，基于性能要求的抗震设计方法是一个重要的发展，目前在超限高层建筑结构设计中应用是可行的，若要在所有建筑结构的设计中应用，还有待深入探讨及设计人员的理解和掌握。目前，也可此方法对按现行规范规程设计的结构所能达到的性能目标进行深入分析探讨，使经验性的增大系数和构造等规定与定量化的性能目标、性能水准有所比较，这是很有实际意义的。超限高层建筑结构的抗震性能目标建筑物抗震设计的性能目标指某一设定地震地面运动（如在给定年限内超越概率63%、10%和2%鶫3%的小震、中震和大震）下建筑的预期性能水准。建筑物的性能水准包括结构、非结构和建筑附属设施的性能水准的各种组合。当前，“超限”高层建筑工程指高度或规则性方面超过规范、规程适用范围的高层建筑工程。因篇幅所限，本文研究这些超限高层建筑的结构基于性能的抗震设计，着重提出结构的性能目标和水准。

结构的抗震性能水准，超限高层建筑结构在不同水准地震下的性能水准以及性能目标的示意图见图,1结构抗震性能可分为如下几个水准：1a：结构在地震后完好、无损伤，一般不需修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。2b：结构在地震后基本完好，仅有个别构件轻微裂缝，一般不需修理或稍加修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。2地震后结