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摘要：本文综合整理美国ATC-40及国内许多专家学者在这方面的研究成果，简要介绍分析流程，并以ETABS 8.51 Nonlinear Version版作为分析程序，进行推垮分析（Pushover）法的实务探讨，主要介绍常用耐震能力评估法的原理背景、评估流程及方法，并探讨其评估结果的准确性。
关键词：建筑工程；基础施工；耐震能力；评估
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、建筑工程耐震评估理论概述
（一）强度韧性法概述
建筑物抵抗地震力的模式是以其强度与韧性来抵抗地震力。在强震作用下，抗弯矩构架首先用强度来抵抗地震力，随着地表的加速度逐渐增大，结构杆件受力便由弹性行为逐渐进入降伏状态，继而进入塑性行为，然后以本身的塑性变形能力来消散地震能量，当韧性用尽后结构物就会破坏，此时对应的地表加速度Ac值就是建筑物的耐震能力。
强度韧性法首先要利用ETABS程序计算地表加速度0.1g时的弹性地震力分析，求得梁柱墙构件的内力，并计算实际尺寸与配筋的构件的弯矩强度、剪力强度及韧性后，便可判定构材破坏的模式：如剪力破坏、弯矩破坏及破坏时对应的韧性比，并依此計算各半层破坏时的崩塌地表加速度Ac，取当中的最小值为该方向的Ac，最后比较X向及Y向两个方向的最小值，即为建筑物耐震能力Ac。
（二）非线性静力推垮分析
非线性静力推垮分析，是在建筑物施加一适当的水平地震力，依比例渐增，直到建筑物达到破坏机制为止，便可求得建筑物屋顶层位移与基底剪力的关系曲线。该曲线即为建筑物的容量曲线，其代表的意义为建筑物的抗震能力，将容量曲线转换成ADRS（Acceleration-Displacement Response Spectra）格式，即容量震谱。利用容量震谱法就可计算出建筑物崩塌地表加速度Ac值，也即建筑物的耐震能力。美国ATC-40规范采用了此种方法，作为建筑物耐震能力评估的标准程序。
（三）评估依据
ETABS 8.51 Nonlinear程序与SAP2000 的Pushover分析程序，是依据ATC-40及FEMA-273规范发展而得。分析内容中包括了材料非线性与几何非线性二种理论。
1、FEMA-273
FEMA-273是美国对于钢结构，钢筋混凝土结构、石造及木造建筑物以其性能表现为基准所发展出的耐震能力评估法，其主要目的系为了建筑物耐震补强提供一套分析方法及可接受的标准，它依照不同的地震大小等级与不同的建筑物性能表现等级制定出不同的修复重建目标。性能等级共分为四级：（1）正常运作；（2）可立即使用；（3）人命安全；（4）建筑物不倒塌。
2、ATC-40
ATC-40 以容量震谱法进行静力非线性分析，当建筑物进入非线性范围时，建筑物因构件降伏导致强度及劲度衰减，而使得整体建筑物的振动周期拉长。非弹性变形所形成的等效阻尼会消散部份地震能量，进而折减设计需求震谱。当折减后的非弹性需求震谱及容量震谱，所产生的交点称为功能绩效点，即代表该建筑物所能承受的最大位移及地震强度。
二、建筑工程基础施工的耐震能力评估模型
（一）刚性楼版与剪力变形结构
刚性楼版与剪力变形结构，即假设结构物强梁弱柱。从震灾调查中发现，破坏案例几乎均由垂直构件的柱及墙先产生破坏，很少先由梁发生破坏现象。梁本身加上楼版及窗台所具有的强度及劲度相当大，若原设计未考虑这些效应，要达到强柱弱梁几乎不可能，所以对一般低楼层建筑物，强梁弱柱的假设应相当符合一般低层建筑物现况。
（二）R.C.W.分析模型
第一，根据日本建筑学会的建议，模拟R.C.W.在结构物中的非线性耐震行为，可将两侧边界柱设定为两根具有轴向抵抗力的轴向弹簧，而R.C.W.则可置换为一根具有挠曲、剪力、轴向抵抗力的中央等值宽柱，此时假定轴向力由R.C.W.与两侧边柱共同承担，侧向力只由R.C.W.来承受。在ETABS进行等值宽柱模拟R.C.W.时，需依实际R.C.W.尺寸，决定等值宽柱的断面尺寸。其材料参数及配筋也按实输入，R.C.W.顶部梁则以刚性梁模拟。由于R.C.W.的破坏模式几乎为剪力破坏，故可在等值宽柱中间设定剪力塑铰。
第二，根据我国学者的研究成果，可将R.C.W.模拟为等值柱，分析步骤如下：计算剪力墙的等值柱的断面尺寸与材料性质；R.C.W.以等值柱取代，并置于空构架的中点；依照剪力墙的实验数据扣除R.C.空构架贡献，并乘上韧性修正因子，找出R.C.W.的剪力与位移关系；设定等值柱塑铰性质，并在等值柱两端设定挠曲塑铰，中间设定剪力塑铰。
就定义塑铰性质而言，可利用ETABS预设值或使用者自行定义。就指定塑铰性质而言，结构专业工程师可依理论及经验指定塑铰性质，包括：柱杆件指定P-M-M塑铰性质；梁杆件指定M3塑铰性质；斜撑杆件指定P塑铰性质；剪力墙指定V塑铰性质。
三、结论与建议
本文主要介绍强度韧性法及推垮法的耐震能力详细评估，并比较其差异性，获致下列结论。
（1）依统计资料显示，采用推垮分析法较强度韧性法评估所得之的Ac值约为高1.5倍以上。然而，推垮分析的成果均是依据ATC-40及FEMA273所建议的构材塑性绞的设定而获得。
（2）依据国家地震局相关试验及评估文件发现，评估结果显示推垮分析法所得的崩塌地表加速度Ac值虽较强度韧性法的评估结果为高，但仍低于国家地震局试验所得的结果。这证明强度韧性法过于保守，而推垮分析法则较能适切的反应建筑物耐震能力与行为。
（3）强度韧性法因未考虑到建筑物的变形，未将构件的非线性变形能力纳入计算，且该评估法是以各楼层独立分开计算，并未考虑到各楼层之间的互相影响关系，这是耐震能力评估结果偏低的主要因素。
（4）不论采用何种评估方法，评估结果即使耐震能力符合现行耐震规范之的安全规定，结构专业工程师仍应依自己的专业知识及经验，检查结构系统的传力路径及接合细部是否合乎耐震规范要求，并针对现况损坏调查结果作适当的改善与补强。总之，简单规则匀称的结构系统，是建筑物最佳的耐震保证。
（5）建筑结构物一旦须要补强，除补强工程费花费很大，造成资源及财务浪费外，且补强工程也会造成结构体伤害，以及补强构件佔据部分使用空间，施工期间也无法正常使用。因此，若能采用更准确的耐震能力评估法，便可避免不必要的补强工作，更可节省数目可观的费用支出。
参考文献：
[1]杨仕升，秦荣，赵小莲，谢开仲.建筑结构抗震能力评估技术的研究及应用[J].世界地震工程，2004年第4期.
[2]黄超，季静，韩小雷，郑宜，何伟球，戴金华.基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究[J].地震工程与工程振动，2007年第5期.
[3]邢燕，牛秋涛.基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2005年第1期.
关键词：建筑工程；基础施工；耐震能力；评估
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、建筑工程耐震评估理论概述
（一）强度韧性法概述
建筑物抵抗地震力的模式是以其强度与韧性来抵抗地震力。在强震作用下，抗弯矩构架首先用强度来抵抗地震力，随着地表的加速度逐渐增大，结构杆件受力便由弹性行为逐渐进入降伏状态，继而进入塑性行为，然后以本身的塑性变形能力来消散地震能量，当韧性用尽后结构物就会破坏，此时对应的地表加速度Ac值就是建筑物的耐震能力。
强度韧性法首先要利用ETABS程序计算地表加速度0.1g时的弹性地震力分析，求得梁柱墙构件的内力，并计算实际尺寸与配筋的构件的弯矩强度、剪力强度及韧性后，便可判定构材破坏的模式：如剪力破坏、弯矩破坏及破坏时对应的韧性比，并依此計算各半层破坏时的崩塌地表加速度Ac，取当中的最小值为该方向的Ac，最后比较X向及Y向两个方向的最小值，即为建筑物耐震能力Ac。
（二）非线性静力推垮分析
非线性静力推垮分析，是在建筑物施加一适当的水平地震力，依比例渐增，直到建筑物达到破坏机制为止，便可求得建筑物屋顶层位移与基底剪力的关系曲线。该曲线即为建筑物的容量曲线，其代表的意义为建筑物的抗震能力，将容量曲线转换成ADRS（Acceleration-Displacement Response Spectra）格式，即容量震谱。利用容量震谱法就可计算出建筑物崩塌地表加速度Ac值，也即建筑物的耐震能力。美国ATC-40规范采用了此种方法，作为建筑物耐震能力评估的标准程序。
（三）评估依据
ETABS 8.51 Nonlinear程序与SAP2000 的Pushover分析程序，是依据ATC-40及FEMA-273规范发展而得。分析内容中包括了材料非线性与几何非线性二种理论。
1、FEMA-273
FEMA-273是美国对于钢结构，钢筋混凝土结构、石造及木造建筑物以其性能表现为基准所发展出的耐震能力评估法，其主要目的系为了建筑物耐震补强提供一套分析方法及可接受的标准，它依照不同的地震大小等级与不同的建筑物性能表现等级制定出不同的修复重建目标。性能等级共分为四级：（1）正常运作；（2）可立即使用；（3）人命安全；（4）建筑物不倒塌。
2、ATC-40
ATC-40 以容量震谱法进行静力非线性分析，当建筑物进入非线性范围时，建筑物因构件降伏导致强度及劲度衰减，而使得整体建筑物的振动周期拉长。非弹性变形所形成的等效阻尼会消散部份地震能量，进而折减设计需求震谱。当折减后的非弹性需求震谱及容量震谱，所产生的交点称为功能绩效点，即代表该建筑物所能承受的最大位移及地震强度。
二、建筑工程基础施工的耐震能力评估模型
（一）刚性楼版与剪力变形结构
刚性楼版与剪力变形结构，即假设结构物强梁弱柱。从震灾调查中发现，破坏案例几乎均由垂直构件的柱及墙先产生破坏，很少先由梁发生破坏现象。梁本身加上楼版及窗台所具有的强度及劲度相当大，若原设计未考虑这些效应，要达到强柱弱梁几乎不可能，所以对一般低楼层建筑物，强梁弱柱的假设应相当符合一般低层建筑物现况。
（二）R.C.W.分析模型
第一，根据日本建筑学会的建议，模拟R.C.W.在结构物中的非线性耐震行为，可将两侧边界柱设定为两根具有轴向抵抗力的轴向弹簧，而R.C.W.则可置换为一根具有挠曲、剪力、轴向抵抗力的中央等值宽柱，此时假定轴向力由R.C.W.与两侧边柱共同承担，侧向力只由R.C.W.来承受。在ETABS进行等值宽柱模拟R.C.W.时，需依实际R.C.W.尺寸，决定等值宽柱的断面尺寸。其材料参数及配筋也按实输入，R.C.W.顶部梁则以刚性梁模拟。由于R.C.W.的破坏模式几乎为剪力破坏，故可在等值宽柱中间设定剪力塑铰。
第二，根据我国学者的研究成果，可将R.C.W.模拟为等值柱，分析步骤如下：计算剪力墙的等值柱的断面尺寸与材料性质；R.C.W.以等值柱取代，并置于空构架的中点；依照剪力墙的实验数据扣除R.C.空构架贡献，并乘上韧性修正因子，找出R.C.W.的剪力与位移关系；设定等值柱塑铰性质，并在等值柱两端设定挠曲塑铰，中间设定剪力塑铰。
就定义塑铰性质而言，可利用ETABS预设值或使用者自行定义。就指定塑铰性质而言，结构专业工程师可依理论及经验指定塑铰性质，包括：柱杆件指定P-M-M塑铰性质；梁杆件指定M3塑铰性质；斜撑杆件指定P塑铰性质；剪力墙指定V塑铰性质。
三、结论与建议
本文主要介绍强度韧性法及推垮法的耐震能力详细评估，并比较其差异性，获致下列结论。
（1）依统计资料显示，采用推垮分析法较强度韧性法评估所得之的Ac值约为高1.5倍以上。然而，推垮分析的成果均是依据ATC-40及FEMA273所建议的构材塑性绞的设定而获得。
（2）依据国家地震局相关试验及评估文件发现，评估结果显示推垮分析法所得的崩塌地表加速度Ac值虽较强度韧性法的评估结果为高，但仍低于国家地震局试验所得的结果。这证明强度韧性法过于保守，而推垮分析法则较能适切的反应建筑物耐震能力与行为。
（3）强度韧性法因未考虑到建筑物的变形，未将构件的非线性变形能力纳入计算，且该评估法是以各楼层独立分开计算，并未考虑到各楼层之间的互相影响关系，这是耐震能力评估结果偏低的主要因素。
（4）不论采用何种评估方法，评估结果即使耐震能力符合现行耐震规范之的安全规定，结构专业工程师仍应依自己的专业知识及经验，检查结构系统的传力路径及接合细部是否合乎耐震规范要求，并针对现况损坏调查结果作适当的改善与补强。总之，简单规则匀称的结构系统，是建筑物最佳的耐震保证。
（5）建筑结构物一旦须要补强，除补强工程费花费很大，造成资源及财务浪费外，且补强工程也会造成结构体伤害，以及补强构件佔据部分使用空间，施工期间也无法正常使用。因此，若能采用更准确的耐震能力评估法，便可避免不必要的补强工作，更可节省数目可观的费用支出。
参考文献：
[1]杨仕升，秦荣，赵小莲，谢开仲.建筑结构抗震能力评估技术的研究及应用[J].世界地震工程，2004年第4期.
[2]黄超，季静，韩小雷，郑宜，何伟球，戴金华.基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术研究[J].地震工程与工程振动，2007年第5期.
[3]邢燕，牛秋涛.基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2005年第1期.