中美超限高层建筑性能化抗震设计方法对比分析_伍云天

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引言
基于性能的抗震设计方法始于 20 世纪 90 年代 。
议， 为美国基于性能抗震设计方法的制定提供了重 要参考 。TBI 被分为 12 个子课题， 共有 5 个方面的 研究内容， 即性能目标确定 、 地震动选取 、 分析方法 、 验收标准以及对土 基础 结构共同作用的考虑 。 1. 2 基于性能抗震设计流程 PEEＲ2010 建议的基于性能抗震设计方法分确
能水准组合及计算方法等基于性能抗震设计的关键内 容作出了明确规定。同年， 美国太平洋地震工程研究 中心（ Pacific Earthquake Engineering Ｒesearch Center ） ［7 ］ 《高层建筑基于性能抗震设计指南 》 也首次颁布了 （ 简称 PEEＲ2010 ） 。 该指南是“高层建筑推进计划 （ Tall Building Initiative， 简称 TBI） ” 的研究成果， 代表 了美国基于性能抗震设计研究的最新进展， 对于我 国基于性能抗震设计的理论研究与工程实践应用具 有重要借鉴意义 。 本文作者以美国“高层建筑推进计划（ TBI ） ” 为 基础， 介绍美国最新的基于性能抗震设计方法， 并将 《抗规 》 《高规 》 之与我国新颁布的 和 中规定的基于性 能抗震设计方法进行比较， 为我国基于性能抗震设 计的研究与应用提供参考 。
与常规抗震设计方法相比， 基于性能的抗震设计方 法是由定性描述的抗震目标向量化分析的多重性能 目标过渡， 强调对性能目标进行深入分析和论证， 有 ［1 ］ 利于新的结构体系 、 新技术 、 新材料的应用 。 我国基于性能的抗震设计方法的应用源于超限 高层建筑设计的复杂性， 借鉴国外的基于性能抗震 设计思路， 提出了适合我国国情的性能化抗震设计 ［24 ］ 。 基于理论研究和工 方法， 并在实践中不断完善 程实践经验， 总结出适合我国实际情况的基于性能 抗震设计方法， 并将这套方法纳入到 2010 年颁布实
“高层 介绍了美国太平洋地震工程研究中心主导实施的 摘要： 为了系统比较中美超限高层建筑基于性能的抗震设计方法， 2010 ） 《高层建筑基于性能的抗震设计指南 》 ， 建筑推进计划” 项目， 探讨了该项目的主要成果（ PEEＲ并结合算例将其建议 的基于性能抗震设计方法与中国 GB 50011 —2010《建筑抗震设计规范 》 和 GB 50010 —2010《高层建筑混凝土结构技术规 2010 与我国规范中分别建议的超限高层建筑性能化 程》 中规定的基于性能抗震设计方法进行对比。研究结果表明： PEEＲ2010 对性能 抗震设计方法在性能目标划分、 地震动选择、 荷载输入及对地基与结构相互作用的考虑上均存在差异 。 PEEＲ目标的划分相对更宽松， 建议的下一代选波方法能够考虑长周期超高层建筑的选波问题， 并对考虑地基与上部结构相互作 用有着较为明确的规定。 关键词： 高层建筑； 超限； 性能； 抗震设计 中图分类号： TU972. 9 文献标志码： A
Comparative study on performance-based seismic design of ＲC tall buildings beyond code limits in China and United States
2 Leabharlann Baidu 2 WU Yuntian1 ， ，JIANG Kaixuan3 ，YANG Yongbin1 ， ，LI Yingmin1 ， （ 1． College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045 ，China； 2． Key Laboratory for Construction and New Technology of Mountain Cities of China Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400045 ，China； 3． Chongqing Yuandao Architectural and Planning Design Company ，Chongqing 400000 ，China）
中美超限高层建筑性能化抗震设计方法对比分析
1， 2 3 1， 2 1， 2 伍云天 ，姜凯旋 ，杨永斌 ，李英民
（ 1． 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045 ； 2． 重庆大学 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045 ； 3． 重庆源道建筑规划设计有限公司，重庆 400000 ）
［5 ］ 施的 GB 50011 —2010《建筑抗震设计规范 》 （ 简称 《抗规》 ） 以及 JGJ 3 —2010《高层建筑混凝土结构技 ［6 ］ ） 中 。 这两本规范中引入的 术规程》 （ 简称《高规 》 基于性能抗震设计方法对地震动水准 、 性能目标 、 性
定抗震性能目标 、 初步设计以及性能评估三个步骤 。 具体流程见图 1 。其中抗震性能目标分为“最低性能 目标（ minimum performance objectives ） ” 和“增强性能 ， 目标（ enhanced objectives ） ” 设计应根据安全 、 经济 以及重要性程度与业主要求和专家意见， 综合确定 预期抗震性能目标 。 初步设计是通过合理的结构布 置、 预设的屈服机制以及细部的特殊处理等措施， 初 。 “ 步保证结构性能的实现 性能评估则是通过 正常 使用水准地震 （ service level earthquake shaking ） ” 和 “最 大 考 虑 地 震 （ maximum considered earthquake shaking） ” 两个地震水准对结构的弹塑性进行全面评 估， 以保证结构最终实现预设性能目标 。 1. 3 抗震性能目标 PEEＲ2010 给出了 “最低性能目标 ” ： 1 ） 承受多 （ “ ” ） 遇地震 正常使用水准地震 作用时， 结构仅产生 有限的损伤（ 即使不修复也不影响其继续承受“最大 考虑地震 ” 作用） ； 2 ） 通过构造措施， 可以使结构承 “最大考虑地震 ” 受 2 /3 倍 作用时不发生次生灾害； 3 ） 承受 “最大考虑地震 ” 作用， 结构全倒塌或部分倒 2010 中， “最 塌的概率不超过 10% 。在 PEEＲ严格按 低性能目标 ” 进行设计的结构性能至少能达到 ASCE 7［9］中Ⅱ 级的水平， 相当于中国规范的丙类建筑， 其 抗震性能与 JGJ 3 —2010《高层建筑混凝土结构技术 “最低性能目 规程 》 中的 D 级性能目标相当 。对不以 标” 进行设计的建筑， 可以与业主和专家商定按“增 强性能目标 ” 进行设计， 并通过修改建议中的各项条 款， 确保目标的实现 。具体修改条款如下： 1） 对 “正常使用水准地震 ” “最大考虑地震 ” ， 和 都要选择超越概率更小的地震动作为设防目标； 2 ） 选择更为严格的验收标准， 包括侧向位移限值、 延性构件滞回应变限值以及非耗能构件的安全储备； 3 ） 使非结构体系能承受比规范要求更高的地震 作用和更大的层间位移限值； 4 ） 限制结构的残余变形以便其震后修复； 5 ） 使用在地震作用下不易产生承载力退化或永 久变形的结构构件； 6 ） 使用包括隔震装置 、 耗能装置以及主（ 被） 动 控制装置在内的反应调节装置来限制结构反应 。 这种只给出最低要求的开放式性能目标， 使结 、 构设计具有更大的创作空间， 促进新结构体系 新技 术以及新材料的应用 。
Abstract： The performancebased seismic design method was codified and introduced in the latest Code for seismic design of buildings （ GB 50011 —2010 ） and Technical specification for concrete structures of tall building （ JGJ 3 — 2010 ） of China in 2010． Key decisions for performancebased design in terms of the earthquake ground motions， performance objectives，performance levels and analysis method are specified． The Pacific Earthquake Engineering Ｒesearch Center，in cooperation with other research agencies，initiated a research program called the Tall Building Initiative （ TBI） aiming to summarize the latest research results in performance based seismic design and convert them into practically usable alternative design approach for new tall buildings （ ex． buildings beyond code limits） ． Based on the Guidelines for Performancebased Seismic Design of Tall Buildings，published in 2010 as the main outcome of TBI program，and a practical design project in Los Angeles，the performancebased seismic design methods in USA and China was compared． The results indicate that the suggested performancebased seismic design method in PEEＲ2010 and latest Chinese codes are different in terms of performance objectives definitions， earthquake ground motion selection ，load input and soilsuperstructure interaction． Compared with the provisions in Chinese codes，performance objectives in PEEＲ2010 are less stringent． Its suggested earthquake ground motion selection procedure can better satisfy the need for super highrise buildings with long period． In addition ，the way of considering soilsuperstructure interaction is more implicitly specified in PEEＲ2010． Keywords： tall building； tall building beyond code limit ； performancebased ； seismic design
建筑结构学报
Journal of Building Structures
第 36 卷 第 2 期 2015 年 2 月 Vol. 36 No. 2 Feb． 2015
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文章编号： 1000-6869 （ 2015 ） 02-0019-08
DOI： 10． 14006 / j． jzjgxb． 2015． 02． 003
西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室开放基金（ SKZ20122003 ） 。 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 51108484 ） ， mail： yuntianw@ cqu. edu. cn 湖南常德人， 工学博士， 副教授。E作者简介： 伍云天（ 1979 — ） ，男， 收稿日期： 2014 年 3 月