鋼結構性能設計方法的比較范文

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1美國規范中關于性能設計的規定

1.1抗震設防水準抗震設防水準指建筑結構遭遇不同水準的地震影響時，對結構、構件、使用功能、設備的損壞程度及人身安全的總要求。為了實現多級設防的設防目標，FEMA356對地震風險水平分為四個等級，建議的抗震設防水準：

1.2主要構件和次要構件美國規范中ASCE41-06中指出，所有對結構側向剛度有較大影響的構件，或者在結構側向變形下要承受荷載的構件，都應劃分為主要構件和次要構件。若結構需要某構件抵抗地震力從而實現預定的性能等級，則該構件為主要構件。反之，若結構不需要某構件抵抗地震力從而實現預定的性能等級，則該構件為次要構件。一般來說，當一個構件不能明顯地或者可靠地加強結構對地震的抵抗，就應該將其劃分為次要構件。需要指出的是，主要構件和次要構件的劃分主要根據抗側力而言。

1.3性能水準在給定的地震設防水準下，建筑物的性能用性能水準來表示。性能水準表示建筑結構在特定設防地震作用下所達到破壞的最大程度。美國規范ASCE41-06中，結構性能劃分為立即使用（ImmediateOccupancy，S-1），損傷控制范圍（DamageControlRange，S-2），生命安全（LifeSafety，S-3），有限的安全范圍（LimitedSafetyRange，S-4），防止倒塌（CollapsePrevention，S-5），不考慮（NotConsidered，S-6）六個性能水平。由于業主可選擇的結構性能水平范圍較廣，FEMA356中的S-1、S-3、S-5、S-6為大部分結構常用的性能水平，而S-2、S-4是允許有其他要求的用戶進行特殊定制的建筑物性能水平范圍，并且對立即使用（簡稱IO）、生命安全（簡稱LS）和防止倒塌（簡稱CP）的性能狀態有詳細的描述。立即使用（簡稱IO）：建筑的功能在地震中和地震后能夠繼續保持，結構沒有發生損害或者發生輕微的損害。因結構損傷對結構對于人的生命安全和財產損失造成的威脅的概率非常低，不需要修理建筑便可繼續使用。生命安全（簡稱LS）：建筑的功能在地震中和地震后造成了明顯損害，主體結構有較重破壞但不影響承重。地震時可能會造成人員的受傷，但總的來說由于結構損壞而對人員生命安全造成威脅的概率較低。建筑需要重新使用，必須要重新修理。防止倒塌（簡稱CP）：建筑的功能基本上喪失，主體結構收到了嚴重的破壞，但不至于倒塌。震后修理難度非常大，或者經濟上不允許，不建議繼續使用。

1.4性能目標結構抗震性能水準———是用來描述建筑物在一定地面運動作用下的損傷程度，它是結構性能、非結構構件和體系的性能以及室內設施性能的做好。結構抗震性能目標———是指在一定超越概率的地震發生時，結構期望的最大破壞程度，即性能目標是地震設防水準與結構性能水準的組合。確定結構的性能目標也就是如何根據結構的功能要求、使用情況以及設防地震水平來確定相應的最低性態目標。美國規范中，在每種性能水準下，對主要構件和次要構件的變形做出定量的規定。見圖1所示，地震作用下力-變形曲線及屈服變形θB或△B，極限強度對應的變形θC或△C，破壞變形θE或△E，可用標準化的力-變形曲線表達。美國規范ASCE41-06依據不同的性能水準和構件的主次要劃分，對構件的變形階段做出限制，如圖1所示。對于“立即使用”性能水準，要求主要和次要構件的變形僅可以少量超過屈服變形或者發生可見的破壞，并且小于極限強度對應的塑性變形（圖1中c點）0.5倍。對于“生命安全”性能水準，要求主要構件的變形可以大幅超越屈服變形，但需小于0.75倍極限強度對應的變形（圖1中C點），次要構件則允許突破強化段，需小于0.75倍破壞變形（圖1中E點）。對于“防止倒塌”性能水準，要求主要構件可以達到極限強度但小于0.75倍破壞變形（圖1中E點），次要構件則允許構件達到其破壞變形（圖1中E點）。

2結論

本文對比了美國規范和我國抗規及高規中關于性能設計方法的不同。指出我國規范中對性能水準的定義的不足在于在構件發生屈服后的描述，應通過構件變形而非構件承載力來驗算性能，進而詳細介紹了美國規范中關于性能水準及性能目標的概念及定義，為我國結構設計人員更好的應用性能設計的方法提供幫助。

作者：古娟妮鄭昊單位：廣東省城市建設技師學院廣東省建科建筑設計院