基于性能的抗震设计在建筑结构中的应用

摘要：基于性能的抗震设计作为现代建筑结构抗震理论的重要发展方向，能够精准反映建筑在地震作用下的实际表现，提升抗震设计的科学性与经济性。文章从设计理念的转变入手，分析其在建筑结构中具体应用的机制与优势，并结合结构构件性能控制、非结构构件响应调控等实际工程技术展开研究，提出推动其在建筑行业中广泛应用的策略，对实现建筑抗震安全与资源优化具有重要意义。

关键词：性能化设计；建筑抗震；结构响应控制

一、基于性能的抗震设计理念及其发展基础

（一）抗震设计理念的演进与性能化转向

传统抗震设计依赖规范设定的力学指标进行构件设计，未能充分反映建筑结构在地震全过程中的破坏机制及功能保持能力。随着工程需求的多样化和对建筑功能完整性的要求提升，设计目标从构件安全逐步向结构整体性能演化，基于性能的抗震设计应运而生。该方法强调建筑在地震不同烈度下的损伤状态与使用功能的关联性，制定明确的性能目标，以实现生命安全、结构修复性和功能延续性的综合控制，体现出从结构抗力到功能响应的设计思想变革。

（二）建筑结构可靠性评估方法的变革

建筑结构抗震性能的有效评估依赖于科学的分析方法与指标体系。传统方法以强度判据为主，未能兼顾结构延性、变形能力与震后功能。随着性能化设计理论的兴起，非线性动力分析、静力推覆分析及地震易损性分析逐渐成为主流评估手段，能够全面反映结构在不同震级作用下的响应过程。通过对结构关键部位塑性发展趋势及破坏机制的模拟，评估其达到不同性能目标的概率，从而实现抗震性能的定量评估，为设计与优化提供科学依据，强化设计与实际震害之间的匹配性。

（三）基于性能设计的规范体系构建

为推动基于性能的抗震设计在工程实践中的落地实施，构建相应的规范体系成为必然趋势。在国外，美国FEMA与ASCE标准体系率先形成完整的性能设计导则，而我国近年来在《建筑抗震设计规范》《高层建筑抗震设计技术规程》等中逐步引入性能化设计框架。在规范体系构建过程中，需明确不同使用功能建筑对应的性能目标与设计震级，界定构件性能等级及变形容许值，建立从设计方法到验算指标的完整链条，从而实现设计思维从规范控制向性能导向的深度转型，提升建筑结构抗震设计的适应性与精细化水平。

二、基于性能的抗震设计在建筑结构中的应用实践

（一）结构构件延性性能控制策略

建筑结构在地震荷载作用下的破坏控制依赖于结构构件良好的延性发展能力，基于性能的设计强调将延性作为控制地震能量释放与避免脆性破坏的关键指标。延性性能不仅体现在材料的塑性变形能力，也包括构件几何特性与连接构造的可调控性。在实际工程设计中，需根据目标性能要求，在梁柱节点、剪力墙边缘构件等关键部位施加特定延性增强措施。例如设置箍筋加密区以提升剪切性能，采用降伏强度较低的钢筋布置方式实现提前屈服等，这些设计策略均服务于结构的耗能能力提升。延性设计需与整体结构体系相协调，通过构件层级设计实现结构整体的均匀耗能分布，防止破坏集中。在不同性能目标等级下，对延性需求的差异要求设计者精确控制构件的塑性发展范围与变形能力，并结合结构非线性分析工具校核其实现程度，确保在设定震害情形下构件性能满足安全与可修复性的综合要求。

（二）非结构构件抗震性能调控路径

非结构构件虽不承受主要荷载，但在地震中的损害对人员安全与功能保持具有显著影响，基于性能的抗震设计将非结构构件纳入整体响应控制体系中予以规范。不同类型的非结构构件，如幕墙、吊顶、机电系统等，其动力特性与安装方式不同，易产生震动不协同现象，造成脱落、碰撞等风险。调控非结构构件的抗震性能，需要从支撑连接的构造优化、安装方式的柔性设计及材料吸能能力等方面协同考虑。以幕墙系统为例，宜采用滑动连接或可位移支撑装置，允许其随主体结构产生相对位移而不致损坏。在设备安装中，增加抗震支吊架、设限位器等可有效防止因晃动过大造成脱落。非结构构件的性能目标通常设定为功能保持或可快速修复，需通过震动台试验验证其构造措施有效性，并结合模拟分析确定其最大容许变形与安装刚度，进而实现建筑整体抗震性能在结构与非结构层面的协同控制。

（三）高层建筑结构体系的性能化设计实施

高层建筑结构体系在面临地震作用时响应特征复杂，其高柔性、长周期特性对传统抗震设计方法构成挑战。性能化设计强调依据建筑高度、使用功能与震区等级设定不同性能目标，采用非线性分析技术全面评估其变形模式、能量分布与破坏发展路径。在剪力墙-框架结构中，可通过提高核心筒刚度、增强周边框架延性来实现双重抗震防线。对于采用钢结构或钢-混组合结构的高层建筑，结合节点塑性设计与构件减震装置设置，可提升结构的能量耗散与震后恢复能力。高层建筑结构体系通常需要通过静力推覆分析与多工况动力时程分析，对设定性能目标下的响应指标进行核验，如顶层位移角、层间位移比及塑性铰发展程度。在设计过程中，还需考虑不同震级下结构的多级响应，以满足使用功能连续性和安全性要求。高层建筑的性能化设计不仅是工程结构方案的优化过程，也是建筑功能、施工经济性与使用安全性的平衡体现，推动其在城市复杂建筑环境中实现抗震目标的高效落实。

（四）减隔震技术与性能目标协同设计模式

减隔震技术作为提高建筑抗震性能的有效路径，在性能化设计中具有显著优势。通过在结构中引入隔震层或设置阻尼装置，可以大幅降低上部结构所受地震能量，改变其动力响应特性，使其在强震下保持较低的变形与加速度响应。隔震技术适用于对震后功能要求较高的建筑类型，如医院、数据中心等，其性能目标通常设定为震后立即可用状态。在设计过程中需根据结构类型与场地条件合理选择隔震支座参数，确保其在设计震级下发挥隔震效能。减震技术则多用于结构能量耗散的增强，通过在楼层间、节点处设置粘滞阻尼器、屈服型金属阻尼器等装置，使结构在弹塑性阶段逐步耗散能量，防止集中破坏。在性能设计框架下，减隔震技术的引入需要与性能目标匹配，通过响应谱分析与非线性动力模拟确定其协同效果。设计者需根据建筑使用需求与场地地震风险等级，制定多级性能目标，采用多种技术手段综合配置，形成结构功能、材料性能与技术手段三者协同的完整抗震设计体系。

结束语：基于性能的抗震设计理念为建筑结构抗震安全提供了科学、高效的设计路径，不仅拓宽了结构设计的目标空间，也促使建筑功能、施工经济与震后恢复能力实现系统整合。在未来建筑抗震工程实践中，应进一步完善设计标准，强化技术集成与实用性研究，推动其广泛应用于不同类型建筑结构中，全面提升建筑抗震能力与安全保障水平。

参考文献

[1]孙志刚.性能化抗震设计方法研究与实践[J].建筑结构，2023，43（02）：57-63.

[2]刘玉峰.基于性能的高层建筑结构抗震设计探析[J].工程建设与设计，2023，39（03）：45-49.