第 1 章 绪论
1.1 引言
地震是一种破坏性很强的自然灾害。我国是地震多发国，做好结构的抗震设防工作具有重大意义。由于地震灾害具有突发性、难预测性，因此对结构进行多水准的设防很必要。当前，在国际上一般采用的设防思想为：小震下结构不损坏，中震后经过简单修复可投入使用，大震后结构不倒塌。这种设防在一定程度上能够减少损失，确保结构的安全。 近年来的震害资料表明，在现有技术水平下，单纯满足结构安全性已不是抗震设计应解决的主要问题，而由地震导致的结构修复费用成为了当前所面临的主要问题。对于基于性能的抗震设计而言，与传统设计的不同之处主要表现在进行结构设计时，主要从两个方面进行综合考虑：（1）针对每一个选定的性能目标，都有不同的性能水准与之对应，每一性能水准都对结构构件可以接受的承载力和变形有具体的要求；（2）在保证其安全性的前提下，综合业主观念和经济需要等因素，能够满足有特殊需求的业主以及重要建筑物较高水平的设计要求，也能够拓宽设计人员的思路和提高设计的积极性，对新技术的研发和应用提供了便利条件。 其实，我国目前的设计思想，也是一种基于性能的设计思想。只不过基于性能的抗震设计，性能目标的要求更为具体、更为全面，也可以满足特殊性的需求。基于性能的抗震设计已经在很多复杂建筑结构中得以应用，如在上海中心、北京国贸大厦、天朗海峰国际中心等超高层建筑中均有应用。基于性能的抗震设计可应用的泛围很广，运用基于性能的抗震设计思想对不同的结构形式进行设计，能够为结构抗震设计提供更为先进的设计理念，也能够为设计人员提供更好的设计素材。
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1.2 现行结构抗震设计的特点与不足
目前，国内外普遍采用“三水准设防，两阶段验算”的抗震设计思路，具体内容为:（1）首先对结构在小震（常遇地震）作用下进行弹性分析，来获得结构的内力和位移，再对构件的截面进行验算；另外也要对非结构构件进行使用阶段的位移验算，防止其发生破坏。依据验算的结果对结构采取必要的措施以确保结构的延性与耗能需求；（2）对于特别重要和在地震中易于发生倒塌的建筑，需要对其薄弱层进行弹塑性变形验算，依据验算的结果采取必要措施，进而减小其水平位移。
1.2.2 现行抗震设计方法的不足
（1）我国现行的抗震设计采用三水准地震设防，保证结构在小震下满足不受损坏或不需修理；力争在出现中震时，结构虽然出现一些损坏但经过检修后能够继续使用；确保在发生大震时，结构不会发生倒塌，保证人们的生命安全。基于以上设防规定，由于表述不够明确，使得设计者在设计过程中很难把握； （2）设计目标为保证生命安全； （3）线性状态的假定与实际不符：当前的结构设计理念，在其结构抗震中注重承载力的设计，而采取的验算方法仍然是层间位移角的验算。当结构处于线性状态时，其结果与实际情况相符；但当结构处于弹塑性状态时，由于这种设计并不能对结构屈服后的变形情况和实际的承载能力进行预测，显然计算结果与实际的非弹性状态是不相吻合的； （4）反应谱分析只能反映大地震下结构的最终反应，而不能够对结构反应的全过程以及构件破坏程度进行显示。
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第 2 章 基于性能的抗震设计理论与方法
2.1 引言
对地震灾害的调查研究发现，大地震后的结构损害不易恢复，从而造成了非常大的经济损失。特别是近现代的几次较大地震，如美国 Loma Prieta、Northridge到日本神户、土耳其 Izmit、台湾集集以及中国汶川地震等，通过对这些震灾情况的调查发现，由于地震造成的建筑物的破坏和生命财产损失较为严重。可以看出按照现行的抗震设计理念，虽然在一定程度上确保了人们的生命安全，但是造成的经济损失非常严重。在上个世纪末，美国科学家率先提出了基于性能的结构抗震设计理念，近年来，各国都纷纷展开研究并已在很多复杂、超限建筑中应用。这种设计理念树立了结构抗震设计的里程碑，也是未来结构抗震设计的重要方向。
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2.2 基于性能的抗震设计基本内容
该方法的意义在于，在结构抗震的设计过程中，对可能遇到的地震水平下的结构反应和破坏程度进行预防，旨在确保结构的安全下，使可能承受的损失降到最小。主要思想为：通过确定合适的性能目标，确定在不同地震水准下结构可以接受的破坏程度，并以结构变形和构件的破坏程度作为控制指标，来评价结构是否能够满足性能目标的要求。基于性能的抗震设计需对结构在多水准地震作用下的响应进行评估。地震设防水准也称地震风险水平，是用来衡量未来可能作用于建筑场地地震作用大小的标准，常以一个基准期内的某个超越概率来限定，我国抗规的规定见表 2-1[14] ：性能水准是用来描述在不同地震设防水准下结构破坏程度的量化指标，性能水准的制定，主要参考了结构的损伤程度，因此可以通过强度、变形、耗能量、速度、加速度等极限值作为评定的标准。对于基于性能的抗震设计而言，结构构件与非结构构件通常具有不同的性能水准，应分别详细列出。目前，位移指标是比较常见的评价指标。
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第 3 章 工程实例设计与计算分析 ......... 15
3.1 单层钢结构厂房结构设计基本概念 ...... 15
3.2 SAP2000 软件简介 .... 18
3.3 工程概况 .... 18
3.4 三维结构模型的建立 .......... 19
3.5 模态分析 .... 21
3.6 反应谱分析 .......... 24
3.7 本章小结 .... 29
第 4 章 结构静力弹塑性分析与性能评估 ..... 30
4.1 引言 ........ 30
4.2 Pushover 分析方法的基本原理 .......... 30
4.3 Pushover 分析的侧向荷载模式 .......... 31
4.5 其他一些重要参数的设置 ...... 38
4.6 本文 Pushover 分析的步骤 ..... 39
4.7 本工程的性能目标 .... 39
4.8 大震下 Pushover 分析与性能评估 ....... 40
4.9 提高结构抗震性能的措施建议 .......... 43
4.10 本章小结 ........... 43
第 5 章 设置屈曲约束支撑对厂房结构的影响分析 ..... 44
5.1 引言 ........ 44
5.2 屈曲约束支撑简介 .... 44
5.3 屈曲约束支撑在 SAP2000 中的实现 ..... 49
5.4 不同方案模型的分析结果讨论 .... 51
5.5 本章小结 .... 58
第 5 章 设置屈曲约束支撑对厂房结构的影响分析
5.1 引言
基于性能的抗震设计是现代工程结构中应用越来越多的设计方法，一些复杂、超限建筑的应用尤为突出，而且设计的实现方法也多种多样，同时也促进了新产品的发明与应用。如第 4 章所述，提高结构抗震性能的措施有很多种，大体可以分为两类，一类为通过调节结构自身的强度和刚度来抵抗地震作用；另一类为通过设置阻尼器或耗能支撑耗能从而减小地震作用对其他构件的影响。 支撑在建筑结构中的应用较多，如中心支撑、偏心支撑等。通过设置支撑可以提高结构的侧向稳定性、刚度，减小结构的侧移，因此支撑在建筑结构中的作用比较重要。但普通支撑受压易屈曲，屈曲后强度与承载力都急速下降。因此针对普通支撑受压屈曲失稳的特点，人们提出了屈曲约束支撑的设计，这种支撑可以在屈曲后仍然不丧失稳定性，因此受到广泛的关注。 在钢结构厂房中柱间支撑也比较重要，起到传递纵向荷载、提供侧向刚度的作用。本章将在前文研究模型的基础上，将不同位置的普通支撑替换为耗能型屈曲约束支撑，并分析对整体结构的影响。
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结论
基于性能的抗震设计是现代建筑结构应用越来越多的设计方法，本文采用基于性能的抗震设计思想对某有格构柱的重型钢结构厂房进行了设计与抗震性能的分析。以 SAP2000 有限元软件为辅助工具，重点研究了结构在大震下的静力弹塑性分析，并采用能力谱法对结构进行了性能评估，得到以下结论：
（1）钢结构厂房的抗震性能较好，通过合理的设计，在大震下具有良好的抗震性能；
（2）静力弹塑性分析（Pushover 分析）是基于性能的抗震设计的一种有效方法，通过塑性铰的出铰顺序和铰的状态，可以发现结构的薄弱部位。本结构经Pushover 分析得到的结构破坏特点为：屋面支撑与柱间支撑破坏较多，另外在结构受力比较大的中柱以及与中柱柱顶相连的两侧梁端也出现了破坏，但均在性能目标的控制范围内。总体上本结构能够满足性能目标的要求，结构的抗震性能较好；
（3）通过对比十种不同的侧向加载方式下的 Pushover 分析结果，可知荷载的加载方式对结果的影响较大。为了获得比较可靠的结果，应采取多种加载方式进行对比分析，并取最不利结果作为参考，多振型加载方式由于考虑了高阶振型的影响相对比较合理；
（4）在原结构的合适位置设置屈曲约束支撑后，分析表明结构在大震下的破坏情况得以改善、层间位移角有所减小，说明屈曲约束支撑发挥了积极的作用。因此对于结构抗震性能较差、或对抗震有较高需求的结构，可以通过设置屈曲约束支撑来提高结构的抗震性能。但设置的位置需要经过分析与比较来确定，应尽量避免因设置屈曲约束支撑后局部刚度变化对整体结构造成的不利影响，均匀布置为佳。
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参考文献(略)