桥梁的总体布置
1立交匝道桥的特点
互通立交的匝道桥，受地形、地物和占地面积等影响，其总体布局跟其它桥梁相比，有以下特点：
（1）由于互通立交区匝道的最小平曲线半径可达30m，如果桥梁刚好位于小半径平曲线上，则该桥就可能做成曲线梁桥，且往往超高值较大，故桥梁的横坡较大。
（2）由于要在短距离内实现高差，匝道桥往往纵坡较大。
（3）桥面较窄。
（4）匝道桥有时候需要跨越主线或其他匝道，以及非机动车道，因此匝道桥的单跨跨径受到限制，不能减小。
由于匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点，属于不规则桥梁，在地震作用下的响应相对比较特殊，其抗震设计将更复杂，不仅要满足常规桥梁所规定的构造，而且在某些方面需要提出更高的要求。震害表明，曲线梁桥具有较高的地震易损性，薄弱环节较多，因此其抗震概念设计就显得尤为重要。
2上部结构
由于匝道桥很多是弯、窄桥，其在荷载作用下，包括静力荷载和动力作用，上部结构的扭矩较大，上部结构受力处于弯扭耦合状态，故需要采用抗扭刚度较大的截面，且桥梁上部结构的整体性要好。因此，对于匝道桥，特别是在小半径曲线上的匝道桥，宜采用箱形截面（跨度相对较大时）或者实心截面（跨度相对较小时）。也正是因为如此，为增加刚度和稳定性，上部结构宜采用结构连续。所以，对于匝道桥，上部结构采用连续箱梁或者连续实心板，将有效地提高其抗震性能。
3下部结构
3．1桥墩的形式
匝道桥一般相对较窄，桥墩一般采用双柱墩或者独柱墩，桥墩的刚度相对较小。在地震作用下，墩身的弯矩和剪力一般不大，但是位移相对较大，如有较好的限位措施，对于抗震来说，未必是不利的。而对于小半径匝道桥来说，地震作用下，可能会导致桥墩产生较大的扭矩，故桥墩的墩身宜采用抗扭刚度相对较大且整体性较好的结构，如独柱实心墩或者空心墩。如采用双柱式墩，应对其进行全桥空间地震响应分析，对关键部位进行加强。
3．2桥墩的刚度
对于连续梁桥，同一联内各桥墩的高度不同而导致其抗推刚度相差较大，则水平地震力在各墩间的分配不均衡，刚度大的墩将承受较大的水平地震力，严重时可能导致刚度较大的桥墩发生破坏，从而导致全桥的损毁。如果刚度扭转中心和质量中心偏离，上部结构还将伴随产生水平转动，又可能导致落梁或者上部结构的碰撞。而匝道桥恰好容易符合这两个条件：纵坡较大，桥墩高差将会比较大；在小半径曲线上，地震作用下可能会出现上部结构的水平转动。
虽然匝道桥的桥墩高度相差较大，可以通过改变桥墩截面的形式或大小来对其抗推刚度进行调节。对于相对较高的桥墩，可以采用刚度较大的截面形式，或者增加其截面尺寸。如此一来，可以使得地震作用下各桥墩的水平地震相应达到均衡。
如桥梁位于小半径曲线上，地震来临时，桥墩承受的水平力方向是不确定的，且有扭矩的存在。因此，桥墩截面的刚度在各个方向大致相同将会是比较好的处理方法，如采用独柱墩或者空心薄壁墩。
3．3桥墩的配筋方式
近年来，桥梁结构的稳健性（robustness）越来越受到重视。稳健性的意思，即当参数摄动时，仍能保持整体稳固性的能力，故亦称为“参数摄动不敏感性”。对于工程结构，则指意外作用下的结构的整体牢固性，或者说结构破坏的后果与原因的不对应（不相称）时的牢固性。桥梁的抗震设计，除遵守通常规范的承载力准则外，还需力求避免意外的次生损毁、再次垮塌，缩小损毁范围以及损坏的可修复、快修复性。匝道桥一般相对较窄，其桥墩要么是独柱墩，要么是双柱墩，没有“冗余约束”，从结构本身来看，其稳健性相对较差。故需通过配筋来提高其在地震作用下的稳健性。
提高桥墩的延性，是提高其稳健性的有效方法之一。配置数量足够的、锚固合理的横向钢筋，对于墩柱来说，可以起到3个方面的作用：约束塑性铰区域内的混凝土，提高混凝土的抗压强度和延性；提高抗剪能力；防止纵向钢筋压曲。因此，箍筋或螺旋筋的间距小一些。各国抗震设计规范对塑性铰区横向钢筋的最小配筋率都进行了具体的规定。对于尺寸较大的墩柱，除须配置间距足够小的箍筋或螺旋筋外，还应配置横向加劲钢筋甚至是双层箍筋，以满足其对核心混凝土的套箍作用（如图1所示），以提高桥墩的延性，从而提高其地震作用下的稳健性。
其他构造
1支座
为保证桥梁刚度均衡，设计时应优先考虑采用等跨径、等墩高、等桥面宽度的结构形式。如不能满足，也可通过调整墩的截面形式和尺寸，或者调整支座等方法来改善桥墩的刚度均衡情况。其中，调整支座可能是最简单易行的办法，效果也很显著。当采用橡胶支座后，由墩和支座构成的串联体系的组合抗推刚度为：式中：kt是墩和支座的组合抗推刚度，kz和kp分别为橡胶支座的剪切刚度和桥墩的水平刚度。如地震作用下，桥墩仍处于弹性状态，其水平地震力就是按墩的组合抗推刚度的比例分配的，从上式可以看出，调整支座的刚度可以有效地改善桥的刚度均衡状况。
另外，如果地震设防烈度较高（超过8度），须考虑将支座设计成抗震支座，以达到减、隔震的目的。
2墩梁连接方式
一般情况下，桥墩跟上部结构之间，采用支座连接。但是，有些情况下，可以将抗推刚度较小的桥墩和上部结构固结来考虑，刚度较大的桥墩与上部结构之间通过支座连接。如此，一方面可以增加桥梁的整体稳定性，另一方面，也可以让桥墩之间的抗推刚度均衡。
3限位装置
对于桥墩刚度较小的情况，由于地震作用下的墩顶水平位移较大，限位装置是不可或缺的。横桥向的限位措施主要有剪力键和防震锚栓，纵向限位措施包括剪力键、防震锚栓、链索式和拉杆式限位器等（如图2所示）。限位装置应允许梁体在小范围内自由移动，该自由移动范围的大小一般以不影响支座的正常变形为宜。为减小碰撞力和碰撞损伤，限位器常在梁间和主梁与剪力键间设置橡胶等缓冲材料。
工程实例
1工程概况
云南某高速公路的互通立交区桥梁，位于平曲线半径42m的匝道上，超高0．08，最大纵坡5％，桥宽7．75m，设计采用3～20m现浇箱梁，下部结构采用桩径1．4m独柱墩，①号桥墩墩高8m，②号墩高13m。其立面图如图2所示。
原设计未进行概念设计。桥墩高度不同，而截面相同；未设限位装置。现将原设计做局部修改，增加防震销，桥墩截面随高度增加，使其抗推刚度接近一致。对该桥的原设计方案和按照本文前述内容进行修正后的方案进行地震响应分析，比较其地震响应的区别。
2有限元模型
取全桥为分析模型，主要分析纵桥向的地震响应。墩底为完全固结。根据桥址的场地土条特性，选用El－Centro波作为非线性时程分析地震输入，因该桥抗震设防烈度为8度，故将El－Centro波水平地震加速度峰值调至0．2g。计算模型如图3所示。3．3地震响应分析本文对优化前后的桥梁地震响应进行分析和比较。
设置限位装置之后的墩顶位移与原设计墩顶位移对比分析：①号墩仅有微小的变化，②号墩位移相比原来小了14．27％，抗震性能提高明显。可见，限位装置效果的体现对较高的柔性墩有明显的影响。
（2）统一桥墩抗推刚度后的影响（见表2）②号墩直径加大，使其刚度与①号墩一致，计算结果分析对比：桥墩底的内力均有不同程度的改善，其中②号墩改善最显著，墩底内力与墩顶位移均有大幅度的提高。
①号墩也有相对②号墩较小的变化。可见，让各墩的刚度尽量相等，对整座桥桥墩的内力和位移都有影响，优化之后的①、②号墩刚度趋向于一致，使全桥的内力分配更均匀，从而提高的桥梁的抗震性能。
选址与结构体系选择
应通过合理的规划选址，避开地质灾害发生地段和活动断层，确保场地的安全性，避免在抗震不利的地段上建造。选择合理的结构体系，采用对抗震有利的建筑平面、立面布置。平面布置应力求简单、规则，尽量避免应力集中的凹角和收进；避免建筑物竖向体型复杂、外挑内收变化过多，力求刚度均匀，避免产生应力集中。平面或竖向不规则的建筑结构，其计算模型有特别要求，计算工作量大，计算难度提高且并不能保证其计算结果的准确性，造成结构安全度难以控制。因此，设计中应尽量避免采用不规则的方案。
结构构件应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；尽量减轻结构自重，减小地基土压力，降低地震作用，对可能出现的薄弱部位，采取措施提高抗震能力，确保节点的承载力大于构件的承载力；从构造上采取措施，防止地震作用下节点的承载力和刚度过早退化。
由于地形及建筑功能布局的原因，教学楼平面不规则、体型复杂，在一些不影响建筑使用和立面效果的部位设置防震缝，具置设在1号教学楼、2号教学楼、实验楼的教师办公、通用技术教室、连廊等不同使用功能、不同柱网的建筑单体之间，从而形成了6个单独的、较规则的抗侧力结构单元，有效地解决了可能产生的过大的内力和变形问题以及抗震问题。防震缝宽度取值比规范规定值大50mm，以避免地震中可能发生的碰撞。教学楼结构单元划分如图2所示。
刚度与承载力分布
结构需具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。结构布置应使结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度和抗震能力，同时还应具有抗扭转刚度和抵抗扭转振动的能力。由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定基础上，设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力，并与竖向结构有效连接，从而保证梁、板、柱、墙能协同工作。
由于报告厅与食堂的使用功能相对独立，利用中间庭院天井设置伸缩缝，划分成两个独立的结构单元：报告厅单元和食堂单元。报告厅结构单元在二层标高处仅在观众厅两侧、门厅区域有楼板，其余部位均为楼板大开洞,形成空旷大空间，且由于建筑使用功能和隔声的要求，北侧柱较密，柱网开间较小，南面部分柱稀少，刚度分布不均匀，对抗扭不利。通过在适当的部位布置少量剪力墙，调整结构的整体刚度，使各项计算指标能满足规范要求。报告厅、食堂平面图如图3所示，报告厅剖面如图4所示。
设置多道抗震防线
框架结构尤其是教学楼、报告厅这种大开间、大柱网、纵横向刚度不均匀的结构，应合理布置柱间支撑或柱翼墙，增加结构纵向刚度，加强结构的空间整体性，使结构具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。
延性结构设计
结构的延性是结构抗震设计中一个很重要的概念。结构的延性一般用延性系数来表示，它表示结构极限变形与屈服变形的比值。其值越大，则结构的延性越好，在地震作用下，结构已无强度安全储备，结构的抗震性能主要取决于结构的变形能力。因此，一个结构的变形能力越大，在地震作用时，就能更好地消耗地震能量，保证结构的可靠度。钢筋混凝土结构是由各种钢筋混凝土构件组成，组成结构的各构件延性越大，整个结构的延性就越好，结构的延性越好，结构的抗震能力也越好。在大震下，即使结构构件达到屈服，仍然可通过屈服截面的塑性变形来消耗地震能量,从而避免发生脆性破坏。当地震后的余震发生时，由于塑性铰的出现，结构的刚度明显变小，周期变长，所受的地震力会明显减小，震害减轻。延性结构设计的具体内容有以下几点。
（1）强柱弱梁。控制塑性铰在框架中出现的位置，塑性铰出现的位置或顺序不同，将使框架结构产生不同的破坏形式。塑性铰应先出现于梁端部，使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，因而具有较好的抗震性能。
（2）强剪弱弯。控制梁柱构件的破坏形态，使其发生延性较好的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现后也不会过早剪切破坏。
（3）强节点、强锚固。由于节点区受力状态非常复杂，所以在结构设计时只有保证各个节点不出现脆性的剪切破坏，才能使梁柱充分发挥其承载能力和变形能力。即在梁柱塑性铰出现之前，节点区不能过早破坏。
（4）严格控制梁的配筋率。钢筋混凝土的破坏分为受拉钢筋达到屈服状态的延性破坏和混凝土先被压碎或剪切破坏等脆性破坏两种形式。设计时应按计算或构造选取适宜的配筋率，避免出现梁受拉钢筋过多或出现超筋现象，使结构发生脆性破坏。应选取适宜的梁截面尺寸，严格控制梁截面相对受压区高度。规范规定，对于一级抗震，相对受压高度不大于0．25，二三级抗震不大于0．35，且受拉钢筋最大配筋率不大于2．5％。同时控制受拉钢筋的最小配筋率，保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时就屈服甚至拉断。此外，梁上部钢筋间距不宜太密，否则会造成混凝土浇筑困难，从而造成混凝土缺陷。
（5）梁受压区配置适量受压钢筋，可提高梁的延性。
（6）加密箍筋。可提高箍筋对混凝土的约束力，避免梁的纵向受压钢筋产生弯曲，从而提高梁的延性；同时，还可提高梁的抗剪强度，防止剪切脆性破坏的发生。
（7）柱轴压比限制。对不同烈度下有着不同延性要求的结构会有不同的轴压比限制。设计时应严格控制柱的轴压比，尽量避免采用短柱，因为短柱的破坏是脆性破坏，加密柱箍筋采用复合箍，都可提高对混凝土的约束力，以防柱受压钢筋被压曲，从而提高柱的延性。另外，柱端箍筋用量的控制不是简单的配箍率，而是有配箍特征值，它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配筋量的影响。
抗震构造措施
在青川中学的结构抗震设计中，应吸取汶川地震建筑震害的经验教训，特别重视结构抗震的构造措施。
（1）框架结构节点钢筋须满足锚固要求（图5），梁柱箍筋按规范要求加密，注意箍筋和纵筋的比例，填充墙不到顶形成短柱时，框架柱应全高加密，从构造上保证强剪弱弯、强节点、强锚固。
（2）突出屋面的楼梯间、水箱、女儿墙等附属物，由于沿房屋高度的刚度骤减而产生“鞭梢效应”，从而加大了地震作用，对出屋面建筑本身和主体建筑物的抗震都非常不利。在出屋面建筑的设计中，宜通过综合考虑来选择其适当的平面位置，并尽量降低其高度，减轻重量，使屋顶建筑结构的重量和刚度分布较均匀，并与主体结构有可靠连接，从而使其具有良好的抗震性能。
（3）位于建筑物出入口上方的挑檐、雨篷、玻璃幕墙、吊顶、构架等非结构构件应与结构主体有可靠连接，且具有良好的变形能力，避免地震时脱落。
（4）由于楼梯段侧向刚度较大，山墙较高，休息平台与楼层存在错层，地震时最易破坏，作为逃生通道，对楼梯间的抗震设计应予以充分重视。支撑楼梯的框架柱应考虑楼梯休息平台板的约束作用和可能引起的短柱，按短柱的抗震要求进行加强。楼梯间两侧的填充墙与柱之间加强拉结。楼梯间的混凝土梯段、梁、板应参与计算，并按规范要求设置构造柱和拉结钢筋。楼梯梯段板采用现浇钢筋混凝土，梯段板采取双层双向配筋。
（5）教学楼、报告厅、图书馆等的屋顶均为坡屋面，在阁楼层标高处设置了框架拉梁，以加强结构的整体性。
（6）在框架结构中，填充墙的构造措施很重要（图6，7）。在水平地震作用下填充墙与框架是共同作用的，一方面墙体受到框架的约束，另一方面框架受到填充墙的支撑，由于填充墙的侧向刚度较大，所受到的地震作用大，而填充墙的抗剪强度又较低，变形能力小，所以填充墙在地震发生时易出现裂缝。因此，填充墙与框架的连接除按国家有关规范的要求设置构造柱、拉结筋和水平拉梁外，还应按西南标准图集《框架轻质填充墙构造图集》（西南05G701）相应的构造措施进行加强。
关键词：建筑工程；地震安全性评价；峰值加速度；地震影响系数；抗震设防
中图分类号：TU99文献标识码：A
一、前言
北京作为首都，是全国的政治、文化中心和国际交往的枢纽，也是一座著名的历史文化名城。因此，北京市的抗震设防参数的选取尤为重要。
抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提，规范的科学依据只能是现有的经验和资料基础上编制的。北京市的抗震设防是依据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》执行的，该规范是一般建筑物抗震设计的依据，是针对量大面广的一般建筑物编制的。但是，目前对地震规律性的认识还很不足，重要建筑（例如生命线工程、高层建筑等）的抗震设防都要进行工程场地地震安全性评价工作，并进行专门研究，并根据研究成果进行抗震设防。尤其是2008年汶川地震以后，政府部门对于这项工作更加重视，对每项重要工程的设防参数都进行严格审查，并根据工作成果进行批复，以此作为抗震设防的依据。
二、建筑工程抗震设防概况
北京市的抗震设防依据是《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》确定地震基本烈度，并具体根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》中与之相对应的设防参数执行，建筑抗震规范中规定：北京市城区及房山、通州、顺义、大兴、平谷的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，地震影响系数为0.16；昌平、门头沟、怀柔的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震影响系数为0.08。这些参数都是一般建设工程抗震设防依据，重要工程需通过地震安全性评价的方法来确定设防参数。
北京市重要建设工程需根据京震联字【1999】1号文件中《北京市工程建设场地地震安全性评价管理办法实施细则》的规定进行工程场地地震安全性评价工作，进行地震安全性评价的工程需按照地震主管部门审批后的地震动参数进行抗震设防。2008年汶川地震以后，北京市地震主管部门更加重视地震安全性评价工作，明确了进行地震安全性评价的工程的抗震设防参数，应采用高于50年的地震动参数进行抗震设防。
近些年来，我们一直从事于重要工程的地震安全性评价项目，每项工程都按照相应规范的技术要求进行了钻探和活动断层的判定，本文统计了我们完成的北京市六环路以内有代表性的101个重要工程项目（见图1），累计完成钻探16000余米，完成浅层地震勘探等物探长度20km，这些项目中提供的抗震设防参数都通过了审批部门的审查，并取得了抗震设防的批复文件。通过对以上项目抗震设防参数的统计和分析，得到了北京市六环路范围内的重要工程抗震设防的基本参数及基本设防水准，为重要工程的抗震设防提供依据。
地震安全性评价报告共提供了地震加速度、特征周期、地震影响系数等抗震设防参数，但项目设计单位在工程的结构设计阶段，认为地震基本加速度和地震影响系数对工程的结构验算及工程造价起到决定性作用，他们认为这两个参数的取值非常重要，因此，我们选取这两个参数进行论述。
图1已完成的安评项目分布图
三、安评结果统计分析
根据建筑工程结构设计的需要，地震峰值加速度和地震影响系数是抗震设计中的一项重要地震动参数，其取值的高低直接影响抗震设防的标准和基本建设投资。工程地质条件和场地条件的不同直接导致了地震峰值加速度和地震影响系数大小的变化，文中统计的项目所处的地质条件、地质分区和场地条件各不相同，根据钻探和剪切波速测试结果，这些项目主要分布与Ⅱ类和Ⅲ类场地上。依据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》和《工程场地地震安全性评价技术规范（GB17741-2005）》以及主管部门的规定，所有项目都计算了50年和70年的地震动参数。本文对每项工程50年、70年超越概率10%的峰值加速度（图2、图3）和50年、70年的水平地震影响系数（图4、图5）进行了统计，并绘制了等值线图。
图250年超越概率10%地震峰值加速度等值线图（单位：gal）
从图2中可以看出，北京市的基本地震加速度度为0.20g，但城六区高于0.20g，酒仙桥一带达到0.22g，北七家和顺义都达到了0.21g。北东向的丰台-朝阳-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥一线是北京市的设防重点区域，其基本地震加速度都高于0.20g。
图370年超越概率10%地震峰值加速度等值线图（单位：gal）
从图3中可以看出，北京市70年超越概率10%地震峰值加速度与图2基本吻合，北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g，其它大部分区域也都达到0.23g。
图450年设防水平地震影响系数等值线图
水平地震影响系数是根据烈度、场地类别等确定的，图4对北京市50年设防水平地震影响系数进行了统计，从图中可以看出北京市的城六区及百善、回龙观、顺义和通州的地震影响系数都高于0.16的规范允许值，其它区域也都不低于0.16。这与基本地震加速度和场地类别的确定是密切相关的。
图570年设防水平地震影响系数等值线图
从图5中，我们仍可以看到，北京市70年设防水平地震影响系数都到达了0.20以上，北七家和顺义都达到了0.22以上，如果按照70年设防水平选取水平地震影响系数，说明北京市的抗震设防已经达到了一个新的高度。
四、结论
本文通过对北京市六环路范围内已经完成的101个安评项目进行了统计和分析，结合《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》和《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》的相关规定，主要结论如下：
（1）50年抗震设防基本地震加速度为0.20g，水平地震影响系数介于0.16～0.18之间。
（2）70年抗震设防基本地震加速度介于0.22～0.25g之间，北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g，其它大部分区域也都不低于0.23g；水平地震影响系数不低于0.20，北七家和顺义地区都达到了0.22以上。
（3）根据规范和政府主管部门的要求，重要工程按照安评结果设防并应适当提高设防水平，因此重要工程取70年或者更高的设防水准，说明北京市重要工程的抗震设防水准高于50年的基本设防烈度。
参考文献：
1、 GB500112-2010，建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
2、 GB177412-2005，工程场地地震安全性评价技术规范[S]. 北京：中国标准出版社，2005.
3、 GB18306-2001，中国地震动参数区划图[S]. 北京：中国标准出版社，2001.
4、胡聿贤. 地震安全性评价技术教程[M]. 北京：地震出版社，1999.
关键词：建筑抗震；设计规范；发展
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：
建筑抗震设计规范作为建筑抗震工作的重要依据，在很在程度上影响着人们的生命财产安全，因此，抗震工作人员必须根据本国的经济发展水平和科技发展水平，制定出科学合理的建筑抗震设计规范，有效地保障人们的生命财产安全。
一、当代建筑抗震设计规范的内涵
建筑抗震设计规范是指为了减轻地震对建筑的破坏程度，减轻人员伤亡和经济损失对建筑建设规范作出的要求和规定。它包括对地震所产生的作用的客观分析、由各方制定的关于建筑建设活动的规定文件、对建筑的结构抗震性能的分析、对不同的建筑物和建筑场地的地基分析，以及建筑抗震方法策略经验的总结。建筑抗震设计规范受国家经济水平和科学技术水平的影响较大，因此，它能够反应一个国家的经济技术发展状况和抗震理念，有很重要的研究价值。
二、当代建筑抗震设计规范的发展趋向及问题
随着抗震理论的不断提高，当代建筑抗震设计规范也不断的发展。目前建筑抗震设计规范的发展现状是反应谱理论在设计规范中的应用比较全面，但是动力理论尤其是非线性动力理论的应用还有待完善。应用抗震设计规范的对象一般都是数量较大、面积较广的结构物，一些比较复杂的设计规范必须进行精简，形成具体简单地设计方法，才能够被更好的利用。在当代建筑设计规范的发展中，主要涉及到以下几个问题：
1、建筑抗震设防标准
地震的发生规律是不可预测的，当代建筑抗震设防标准是根据对地震发生概率的分析，采用了“大震、中震、小震”三个标准。大震是指大于当地抗震设防烈度的地震，也叫做罕遇烈度的地震；小震指小于当地抗震设防烈度的地震，也叫众值烈度的地震；中震是指等于当地抗震设防烈度的地震，也叫基本烈度地震。抗震设防是为了尽量减少地震对建筑的破坏和人们生命财产安全的危害，对于大小不同的地震，要根据建筑的重要性和人口的集中度，给与不同标准的设防，可以概括为“大震不倒塌，中震能修补、小震不损坏”。我国是一个人口众多、面积辽阔的国家，而且各地区的地理条件差别很大，地震给不同地区带来的危害，差别也很大。在制定建筑抗震设防标准的过程中，需要根据不同地区的实际情况，制定合理的建筑抗震设防标准。
2、建筑物的设计结构
建筑结构的体系类型、建筑的施工因素以及建筑结构的使用功能都在很大程度上影响结构地震的反应。当代建筑抗震设计规范对此有不同的规定。对于建筑结构的使用功能的重要程度，建筑抗震设计规范给出了不同分类，对不同的类型给予不同的抗震措施。在建筑的结构体系方面，对于平面或立面不规则等复杂的的平面结构的建筑结构，要考虑扭转振动效应，进行水平地震的计算和内力调整；对于比较均匀和对称的结构要运用通过地震的作用效应来实现扭转效应。但是现实中，那些均匀结构的建筑，也存在扭转破坏的情况，由于地震自己可以产生扭转的作用，有时会使结构的扭转作用变大。所以，当通过地震的作用效应来考虑扭转效应时，要注意结构的平面大小对扭转效应的影响，进行不同的调整。
3、地震的作用
有很多因素会对地震的作用产生影响，地震的作用可以表示成地震发生的概率的一个函数，如果将地震的作用用参数来表示，要考虑地震发生的一个概率，通过地震的频谱特征、地震的强度和持续时间来表示，地震的大小、发生地的地理情况、震中距等都会对地震的作用有很大程度的影响。因为地震的发生的持续时间也不能确定，而且震级较小但持续时间较长的地震破坏力比震级大但是持续时间较短的地震破坏力更大，对于这种情况，往往通过调整地震的频谱特征和强度来表示。在时程分析法中才能考虑地震的持续时间对结构的影响，用拟静力理论的振型分解法和底部剪力法也可以反映地震的持续时间，今后，运用地震的持续时间来调整地震的作用也需要给予重视。
4、场地和地基
当选择建筑场地时，应该先了解场地的地质结构和地震活动情况，总结出抗震的有力地段、不利地段和危险地段，尽量避开不利和危险地段。场地和地基常常通过场地的土分类和它们的特征周期值来影响地震，当代建筑抗震设计规范，运用运用场地土覆盖层的厚度以及剪切波速来划分场地的类型，但是这在表示场地土层对地震的影响上并不全面，党对场地图层进行分类时，还要考虑到承载力、基数等的变化对分类的影响，并且要在构造方法、计算方法和概念的设计上加以分析。在当代建筑抗震设计规范中，对于场地条件在地震影响上的研究还有待完善，应该在抗震设计规范中进行必要的修正。
三、对建筑抗震设计规范的完善
针对当代建筑抗震设计规范发展中的一些问题，必须采取适当的措施加以解决，使建筑抗震设计规范更为完善。
首先是对于建构抗震设防分区的完善，地震对建筑所在地的影响，应该运用地震动强度以及设计反应谱来反映。其次是对于场地地基和基础抗震设计的完善，包括根据不同场地的类型采取抗震构造措施的措施，对建筑场地类型划分的部分调整，以及在地基基础抗震设计和岩土勘察上的完善。还有就是对于不同结构的建筑在抗震方法上的完善，钢筋混凝土结构的建筑要在框架结构上进行调整；砌体结构的建筑要注意，在层数和总高度上同时控制砌体建筑的使用范围，在一个墙段内要有多个芯柱和构造柱。
总之，在对建筑物进行抗震设计时，主要要有一些设计概念：1.选择对抗震有利的场地，避开对抗震不利的地段；2.建筑形状力求简单、规则；3.利用多道抗震防线；4.加强结构的延性，防止脆性破坏；5.非结构构件应满足抗震要求。
结束语：
由于地震严重威胁人类的生命财产安全，而地震的发生有不可预测，所以，抗震工作十分重要。建筑抗震设计规范对抗震工作的实施有很好的规范和指导作用，随着抗震理念的不断发展，建筑抗震设计规范也不断完善，必然会在指导抗震工作上发挥更大的作用。
参考文献：
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关键词:结构抗震设计 基于性能 能量分析方法
中图分类号:TU375.4 文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-004-02
由于社会的发展,近年来地震造成的损失和伤亡越来越难以估量,例如,1994年美国加州北岭发生6.9级地震,伤亡数百人,损失300亿美元;1995年日本阪神7.2级,伤亡5500人,损失1000亿美元;2008年中国汶川8.0级,伤亡14866人,损失8451亿元人民币。这些震害表明,地震动特性和强震作用下的结构反应由现存的力或位移延性指标来确定不够完善。在此背景下,美国学者在20世纪90年代初期首先提出了抗震设计的新理论―基于性态的抗震设计理论(Performance-Based Seismic Design),认为是未来抗震设计的主要发展方向。
1基于性能的抗震设计的提出
1992年美国加利福尼亚结构工程师学会成立Vision 2000 Committee SEAOC建立了新的结构性能设计体系。美国联邦紧急救援署(FEMA)和国家自然科学基金会(NSF)对基于性能的抗震设计进行了基础性研究。日本在1995年成立了三个分委员会和社会机构对基于性能的抗震设计理论进行了研究。英国等欧洲国家和智利等拉美国家也对基于性能抗震设计进行了研究。1996年的中美抗震规范学术讨论会此理论进行了交流,基于性能的抗震概念开始受到我国学者的关注,适合国情的基于性能的抗震抗震设计理论也是我国发展的趋势。
2基于性能的抗震设计的理论框架
美国加州结构工程学会Vision 2000 Committee SEAOC 1995明确提出了基于性能的抗震设计主要内容,地震设防水准、结构抗震设防目标以及抗震设计方法等几个方面内容。
2.1地震设防水准
地震设防水准是实质上就是根据抗震设防的对象选择的地震强度大小。与我国《建筑结构抗震设计规范》(GBJ11.89)相比较,我国规范中的“大震、中震、小震”的定义对应了目前提出的基于性能的抗震设计思路的地震设防水准,Vision2000建议的地震设防等级划分如表1所示。
表1 Vision2000中地震设防等级的划分
2.2结构性能水准
结构性能水准指所设计的建筑物,在可能会遇到的特定设计地震作用下所规定的最大容许破坏,或容许的极限破坏。这里的建筑物包括整体结构、结构构件、非结构构件、室内物件和设施以及对建筑性能有影响的场地设施等。与基于性能的抗震设计思路相对比,我国现行的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防水准对应了其中的结构性能水准。即“不坏、可修、不倒”三个性能水准,虽然定义有些模糊,但是在含义中已经包含了性能水准的划分。
2.3结构抗震设防目标
社会的发展使人们不再满足于现有的抗震设防目标,那么综合考虑了众多因素,例如建筑结构的功能、收益,震后损失和重修,以及业主的个人要求等等,而达到的某种建筑结构破坏程度的限定,即结构抗震设防目标。由于诸多的不确定因素,目前关于结构抗震设防目标在国内外的划分种类不易于达成统一的认识。我国工程建设标准化协会标准《建筑工程抗震性态设计通则》(试用CECS 160:2004)划分了各级地震动水平下的最低抗震形态要求,把抗震建筑使用功能划分为多遇地震下的基本运行和充分运行,抗震设防地震下的生命安全、基本运行、运行、充分运行四类,罕遇地震下分为接近倒塌、生命安全、基本运行、运行四类。
3结构抗震设计方法
3.1基于能量的设计法
结构的耗能能力和地震动的输入能之间的关系可以直观的体现结构的抗震性能,并且利用能量的原理设计结构可以体现地震动三要素的影响。因此,可以用能量的方法对地震作用下的结构反应做分析,从而对结构进行设计使其满足相应的抗震要求。对单自由度的能量分析法的基本原理做如下简述。
动力方程可写为:
(1)
其中:m――结构体系的质量
c――结构的粘滞阻尼系数
fs――滞变恢复力
――地面运动加速度
对在地面运动的持续时间上对公式中的dx积分可以定义公式(1)的积分表达方式:
(2)
公式的右边是地震动输入能E,利用地面运动加速度写成:
(3)
公式左边定义分别为结构动能Ek
(4)
公式(2)的左边第二项结构阻尼耗能Ed
(5)
第三项是弹性变形能Ees和结构的非弹性塑性耗能Eh之和:
(6)
在任意时刻,结构的总能量保持平衡,且平衡方程
(7)
由公式(7)可知,在地震的情况下,结构用自身的耗能来平衡地震输入的能量。地震动总输入能、地震动瞬时输入能,结构塑性耗能、结构极限耗散能力等之间的关系的研究是用能量方法进行结构抗震设计的研究内容之一,能量的计算应综合考虑场地特征、结构动力参数以及地震动特性等多种因素,才可以建立可靠的能量设计准则。
能量分析方法的基本原理可以概括为:
输入能量≤耗能能力
物理意义:在整个地震过程中,输入结构的能量不超过结构所允许的耗能能力。由于地震反应结束后,结构的动能趋于零,结构的阻尼耗能再总耗能中所占的比重较小,可以忽略不计,则方程式(7)简化为:
(8)
则能量准则相应可以写为:
(9)
该式的物理意义:如果结构的弹性应变能和滞回耗能的能量大于地震动输入能,那么在地震的过程中结构不会损坏,按能量的指标控制结构也能够满足业主要求的设防目标。
3.2其它设计方法
3.2.1基于位移的设计法
基于位移性能的抗震理论是以结构的目标位移为性能参数,在一定水准的地震作用下设计结构构件,使结构达到该地震水准下的性能要求。目前,基于抗震性能分析方法强调了结构位移性状和非线性弹塑性静力、非线性弹塑性动力分析,沿用了现行的结构体系的分析方法,实质上是基于位移的抗震分析方法为主。基于位移的分析方法目前的研究现状可以归纳为以下四种:(1)延性系数法,(2)能力谱法,(3)直接基于位移法,(4)非线性动力增量分析(IDA)方法。
3.2.2综合设计法
按照业主的要求使建筑物达到一定的性能目标是综合设计法的基本理念,这种方法也是最全面的结构基于性能的抗震设计方法,能够最大程度的提供最优方案。但是,由于考虑因素过多,涉及面广,设计过程复杂,具体实施面临较大困难。
4总结
基于性能的抗震设计工程结构的设计和发展有重要的理论和实际意义。它强调的结构设计满足了社会多种设防需求,发挥了设计人员的主动性,使业主有了自主性的选择。但是,设计方法的复杂性大大的增加了。目前对结构性能提出全面、清晰的要求和量化,以及通过合理的抗震分析和设计方法实现基于性能的抗震设计理念是21世纪的设计标准所需要的。
参考文献:
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一、工程概况
市二二三地质队实验学校教学楼工程位于市月区二二三队大院西侧，工程为一幢六层属多层的条形建筑，其建筑面积为3971m2；建筑高度为23.4m，独立基础，框架结构，结构安全等级二级，6度抗震设防，设计基本加速度值为0.05g，抗震等级为四级，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组，场地分类为Ⅱ类，结构的设计合理使用年限为50年。本工程由华昌地质工程勘察有限公司进行地质勘察，圆方建筑设计院有限公司设计。
二、地质基础概论
根据华昌地质工程勘察有限公司为市二二三地质队实验学校教学楼工程项目提供的岩土工程勘察报告，勘察场地属第四系粉质粘土和白垩系细砂岩等组成，现分述如下：1）杂填土.2）粉质粘土.3）强风化细砂岩.4）中风化细砂岩.5）微风化细砂岩等五个土岩层，无断裂构造。场地下层未发现滑坡、岩溶等不良地质作用。本工程采用的独立基础形式，可视为适合本工程合理的基础形式。
据《中国地震动参数区划图、《建筑抗震设计规范》版）等的划分，区内抗震设防烈度小于6度，无须抗震设防。
根据府厅发[]1号文件精神，该工程为人员密集型工程，应纳入抗震设防专项审查范围，建议进行6度抗震设防专项审查工作。
根据岩土工程分析与评价，场地内土岩层分布简单、稳定，工程地质条件较好，适宜进行本工程建设。
三、总评与建议
本工程属教育部门的自救能力较弱人群使用的教学建筑工程项目，应按照省人民政府办公厅《关于进一步做好防震减灾工作的若干意见》的要求，参照《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223—第4.0.3条，进行丙类抗震设防。经专家讨论，本工程为六层教学楼建筑，建筑面积为3971m2，建筑高度为23.4m，可不进行地震作用的计算，但应强调抗震概念设计，本工程抗震措施符合抗震设防烈度为6度的要求，使建筑具有一定的抗震能力。经讨论研究，专家组认为本工程结构基本具备6度抗震设防的要求。
建议：
1、轴5～轴6和轴1/5～轴1/4的楼梯间休息平台梁处，应设钢筋砼构造柱，并始于基础；
2、所有框架柱、构造柱均应沿柱高筋与墙连结，伸入柱两边墙内长度≥500。
关键词：建筑结构；基于性能；抗震设计；要点
引言
近年来，随着现代社会的快速发展，国内外地震发生的频率越来越高。从1978年中国的唐山大地震，到1994年美国的洛杉矶大地震，到1995年的日本阪神地震，再到2008年中国的汶川地震，再到2010年的海地地震，再到最近四川雅安大地震等等，一些列的大地震不仅对人们的生命财产造成了巨大的损失，同时对于整个国民经济的发展差生了严重的影响。历次的地震对我们所造成的影响一直在提醒我们，现有的抗震设计思想与方法均存在一定的问题，必须要对建筑结构在地震作用下的行为进行控制。因此，现行的抗震设计规范及方法需要进一步的完善，在此基础上本文提出了基于性能的抗震设计。本文首先对基于抗震设计的基本的概念进行了简单的介绍，接着就基于性能的抗震设计中的几个主要方面进行了阐述。在最后对全文进行了简单的总结。
一、基于性能的建筑结构的抗震设计概念
基于性能的抗震设计方法是一种基于“投资-效益”准则，兼顾结构抗震设计共性和个性要求的抗震设计方法，是抗震设计理论的变革。基于性能的抗震设计方法可以根据具体的情况，选取适当的设防目标，设计功能多样化的建筑结构，这样的设计方案就可以满足不同的设防目标。基于性能的抗震设计是比基于力，基于位移或者基于其他方面的抗震设计更为广泛的设计理念，基于性能的抗震设计可以更为直接的满足用户对于建筑的要求。
基于性能的抗震设计不是一个新的概念，目前对于这方面的研究也引起了人们的重视，并取得一定的成果，但是现在对于给予性能的抗震设计国际上还没有形成一个统一的定义。不同学者对于基于性能的抗震设计有不同的描述，但是大体上的意思都差不多，都传输了一个设计思想：建筑结构在正式使用的过程中，能够对于不同程度的地震有一定的抵御能力，建筑本身的性能能够应对相应程度的地震。基于性能的抗震设计的可行目标是在耗用资源最少的情况下，设计出能够抵抗最糟糕的情况的建筑结构，确保群众的生命财产，减少国民经济的损失。
二、基于性能的抗震设计主要内容
抗震性能目标是社会和住户所期望的的结构抗震性能，而结构抗震性能设计理论的基本内容主要包括地震设防标准、结构抗震性能目标、结构抗震设计方法等三个方面的内容。
1、地震设防标准
简单来说，地震设防标准是指未来可能作用于场地的地震作用大小。具体来讲，地震设防水准是指在抗震设防中如何根据客观的设防环境和已定的设防目标，同时考虑到具体的社会经济条件来确定采用多大的地址动参数。而目前对于地震动的研究还处于发展阶段，设防水准还只是基于地震动时的剧烈程度来进行设防的。但是根据实际情况，地震动所持续的时间以及其振动的次数对于建筑结构都会产生些相当大的威胁，所以要想更好的实现基于性能的抗震设计，对于地震动的持续时间，地震动的次数等参数对于建筑结构性能的影响都需要继续进行研究。目前，基于力和基于位移等结构性能的设防水准已被提出，其中基于位移的结构性能的设防标准最方便使用。结构抗震性能目标是指对某种程度的地震设定一定的标准，由该标准规定建筑结构在地震是所能承受的负荷，根据PBSD，可将其划分为五个等级，具体见下表。
2、基于性能的抗震设计的分析和设计方法
在强烈的地震的作用下，建筑结构一般都会出现一定程度上的损坏。在建筑结构抗震性能设计中，就必须要对建筑结构在强烈地震作用下结构本身所能承受的负荷范围进行一定的估计。一般而言，抗震性能分析方法有四种：线性静力分析方法、线性动力分析方法、非线性静力分析方法、非线性动力分析方法。其中线性静力分析方法一般适用于构件的截面设计，非线性静力分析方法是一种逐渐得到广泛应用的评估结构抗震性能的简化方法，非线性动力分析方法是一种弹性塑性时积分析方法。
抗震设计方法是基于性能的抗震设计理论的核心问题。建筑结构性能抗震设计的思想和现行的建筑结构设计思想以及具体的处理模式上均有所不同。但是这并不意味着建筑结构性能抗震设计完全不兼容现有的抗震设计技术以及其他方面的研究，他们只是在考虑具体的设计方案时所考虑的对象参数以及数量上有所区别。根据具体的地质条件设定多级地震设防水准、根据住户的具体要求设定抗震目标、确定具体的设计方案、组织人员进行施工以及后期的维修是结构性能抗震设计的过程的一般程序。实际中，基于性能的抗震设计方法主要有两种：一种是基于传统的设计方法。第二种是基于位移的抗震设计。这种设计方法是采用结构位移作为性能指标。与传统的设计方法相比，基于位移的抗震设计方法改变了已有的设计过程，直接以目标位移作为设计的变量。采用这种设计方法可以从一开始就明确设计的设防标准，从而避免了传统设计方法中因为重复设计而增加投入的弊端。基于位移的性能抗震设计方法实用性更高。
结束语
越来越频繁的地震对人民群众的生命财产所造成的损失，迫使广大学者不得不对建筑结构的抗震性能提出更高的要求。本文首先对基于性能的建筑结构抗震的概念进行了简单的介绍，接着又从多级地震设防水准和基于性能的抗震分析和设计方法两大方面对建筑结构基于性能抗震设计主要的要点分别进行了阐述。然而，现阶段，我国对于基于性能的抗震设计的研究还处于正在发展阶段，很多方面都还需要完善，特别是对于地震动中其他参数的影响还有待进一步的研究。但是我相信，在广大学者的共同努力下，基于性能的抗震设计会不断地完善。
参考文献：
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