3.2　性能设计发展现状

3.2.1　性能化抗震设计的三个阶段

基于性能抗震设计（PBSD，Performance-BasedSeismic Design）思想起源于20世纪90年代的美国，发展至今，这一设计理念历经了三个时代。第一代起始于1992年，美国联邦紧急救援署（FEMA）为降低现有工程地震风险而准备了一系列基于性能抗震设计方法，并最终汇总发布FEMA 273/274报告。随后，加州结构工程师学会发布SEAOC Vision 2000报告，对新建建筑物的性能化抗震设计概念进行了系统表述。第一代发布的这些文件论述了关于损伤和危险性等级等相关内容，介绍了一系列可用于模拟建筑物地震响应的分析办法。第一代性能设计办法是对当时的设计办法的重要提升。

基于性能抗震设计的第二代主要依据《房屋抗震加固预备规程及释义》FEMA 356给出的方法和条文执行。FEMA 356是对第一代FEMA 273性能设计的发展和改进。根据在实际工程采用办法的相关信息，以及《案例分析：对NEHRP房屋抗震加固指引的评估》FEMA 343报告（BSSC，1999年），FEMA 356对FEMA 273的分析要求和接受准则进行了技术更新。由于第二代性能设计方法的改进，参与实际工程的技术人员对其概念更为了解，其先进的非线性分析技术应用更为普及。

2006年8月，FEMA发布了用于新建和加固建筑的下一代基于性能抗震设计指引FEMA 445。这份报告指出了第二代性能设计方法中的局限性：（1）实际建筑结构地震响应分析的精准度；（2）设计准则的稳妥程度；（3）如何在新建筑的设计中确保经济安全；（4）需要更便于建筑物业主、设计工程师及保险公司等方面有效地沟通并作出决定的方法和途径。FEMA 445提出了关于修复费用、人员伤害以及人员占用的时间等方面的新的评估等级，建立了对新建和已建项目在这些方面的评估办法，构建与利益共享人性能评定的框架，以便更好地沟通并考虑其利益。

新一代性能设计的目标（不再是分立的目标水准）是要说明可接受的人员伤亡数量、直接的经济损失（修理费用），以及在修理或改建损坏的建筑物期间所造成的原建筑物中的商贸企事业中断业务带来的损失。新一代（第三代）建筑结构性能设计所需解决的问题：

一是，将目前分立的性能水准修改为新的性能度量方法（如震后修复、毁坏、伤亡、商贸业务中断等损伤），以便有关人员（业主、设计师、保险公司等）计算可能的损失，这是作出相关决定所必需的。

二是，为现有的及新建的建筑物设立毁坏、伤亡、商贸业务中断、震后修复等费用的估算方法和步骤。

三是，开发一个性能评估的平台，以便充分与有关人员进行交流，并说明地震灾害的不确定性及精准地预测地震响应的局限性。

3.2.2　我国性能设计的现状

我国对于结构抗震提出“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防三水准目标，这是最基本的抗震性能化设计目标。同时，我国根据结构的使用功能的重要性，按照甲、乙、丙、丁四类建筑对地震作用水平和抗震措施采用不同的措施。建筑物根据重要性的不同，将地震作用进行调整，从而产生不同的性能目标。但是达到哪一个目标是规范要求的，不可以根据业主的要求自行选择。如果业主愿意增加投资，可以提高抗震水平以换取震后较小的损失，目前的这种抗震设计方法是难以满足他们的要求的。从这一点上说，这与基于性能的抗震设计思想是有差异的。

而性能化设计的性能目标则是不仅要确保大震下不发生危及生命的严重破坏，还要达到提高结构抗震安全性或满足使用功能的专门要求等，其设防目标比“基本设防目标”更高。《建筑工程抗震性态设计通则》（CECS 160—2004）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）中提出建筑抗震性能化设计，对设计原则、地震动水准、性能目标、设计指标和计算要求进行了规定，在《建筑抗震设计规范》附录M中给出了实现抗震性能设计目标的参考方法。

《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）把结构的性能目标分为4个等级，提出的性能化设计基本思路是：“高延性、低弹性承载力”或“低延性、高弹性承载力”结构的弹性承载力高，可以延缓结构进入弹塑性阶段，从而提高了结构的抗震性能；反之，弹性承载力低时就要靠增加结构的延性达到提高结构的抗震性能的目的。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）（以下简称《高规》）按照结构构件（关键构件、普通竖向构件、耗能构件）的重要性和地震作用效应（轴力、弯矩、剪力），把结构的性能目标分为A、B、C、D4个等级；而根据结构构件预期震后的破损程度，用5个性能水准来表述。《抗规》使用不同的承载力和延性指标实现性能目标；《高规》使用结构构件不同的性能水准实现性能目标。《抗规》给出的性能目标可以针对结构的整体性能，从结构的变形和整体承载能力进行总体性能控制，也可以对局部构件进行分析；《高规》将性能目标进一步细化，A、B、C、D每一个性能目标在不同的地震水准下对应不同的性能水准，而且把它分解到不同的结构构件计算上，对设计来讲具有更强的可操作性，但整体分析很不方便。

我国关于性能化抗震设计目前正处于第二阶段。对结构整体性能设计仍限于一些超限或不规则的建筑物，大多数仍针对结构的关键构件和重要构件做承载力的性能目标设计。我国性能化抗震设计存在的主要问题有：（1）结构承载力性能要求按小震弹性地震作用考虑，不考虑不同延性结构对结构抗震承载力性能要求的区别；（2）结构构造要求与结构延性变形能力有关，但规范中的构造要求与抗震设防烈度及结构高度相关，不与延性变形能力相关；（3）对构件不同抗震性能水准的定义主要依据承载力水准，而不考虑构件延性变形能力的不同。

根据规范对性能设计的原则要求，各主流软件公司都为结构的性能设计分析提供了相应的分析模块，但由于对规范的理解和各自的侧重点以及软件的总体构架设计不同，导致性能设计的计算处理和分析结果有些差别。比较有代表性的软件有PKPM、广厦GSSAP、Midas Building的结构大师。