超高层建筑抗震韧性国内外评价方法对比研究

A Comparative Study of Chinese and Foreign Seismic Resilience Assessment Methods Based on a Super High-Rise Building

摘要

高层和超高层建筑在震后会造成严重的经济损失和社会影响。然而，现有的建筑抗震韧性评价方法在超高层建筑上的适用性还有待探讨。本文采用国内外建筑抗震韧性评价方法（即《建筑抗震韧性评价标准》（GB/T 38591—2020）（下文简称“《国标》”）和Seismic performance assessment of buildings （FEMA P-58）对一幢超高层办公楼进行抗震韧性评价，探究两种评价方法得到的评价结果的不同之处、对超高层建筑进行韧性评价的适用性以及目前将其用于超高层建筑所存在的不足，并提出相应的改进措施。研究结果表明：两种方法在韧性指标计算方法上有一定差异；两种方法均考虑了规模效应对修复费用和修复时间的折减，而FEMA P-58折减相较于《国标》更为显著；构件尤其是结构构件较高的修复工时和总工作量折减上的差别使得《国标》计算得到的修复总工时较高；尽管FEMA-58给出的结构构件建造成本较低，但在韧性指标计算上的差别使其总修复费用高于《国标》。在应用《国标》对超高层建筑进行抗震韧性评价时，应当对目前的楼层影响系数、层内和层间的修复策略进行修正，并规定更明确的工人数量确定方法，以获得更合理的修复时间值。

Abstract

High-rise and super high-rise buildings can cause serious economic losses and negative social impacts after an earthquake. However， the applicability of the existing seismic resilience assessment methods for super high-rise buildings remains to be explored. A case study of a super high-rise office building was conducted in this paper by adopting the Chinese （“Standard for seismic resilience assessment of buildings” GB/T 38591—2020） and the US （“Seismic performance assessment of buildings” FEMA P-58） seismic resilience assessment codes. The applicability and the existing deficiencies of the two codes to assess the seismic resilience of super high-rise buildings were then discussed. Some measures to improve the usability of the codes were also proposed. The results show that there are some differences between GB/T 38591—2020 and FEMA P-58 in terms of the calculation methods of the resilience indexes. Both codes take into account the scale effect by reducing the total repair cost and repair time to some extent. Resilience indexes computed using FEMA P-58 are lower partially because the FEMA P-58 has averagely greater reduction rates. Because of the higher repair labor hours of components， especially structural components， and the lower reduction rate of the workload， total repair hours computed according to GB/T 38591—2020 are longer than that of FEMA P-58. Although the construction costs of structural components provided by FEMA P-58 are lower， differences in resilience index calculation methods make the total repair cost higher than that of GB/T 38591—2020. To get more accurate and reasonable resilience indexes when applying the Chinese code in assessing the seismic resilience of super high-rise buildings， the coefficient of floor height and the current intra- and inter-story rehabilitation strategies should be revised. A more distinct calculation method should also be proposed to determine the number of workers more precisely and to calculate the repair time closer to reality.

Graphical abstract

关键词

抗震韧性 / 超高层建筑 / 韧性评价方法 / 韧性指标 / 对比分析

Key words

seismic resilience / super high-rise building / seismic resilience evaluation method / resilience index / comparative study

0 引 言

随着工程抗震理论的发展，当前基于延性的抗震设计方法虽然已经可以有效防止建筑倒塌，但发生塑性变形的结构构件与震损的非结构构件仍需大量的修复费用与漫长的修复时间。而现代社会更需要的是建筑可以在震后保持正常运转或维修时间和成本尽量小的工程解决方案^［1］。由此业界便提出了建筑的抗震韧性，其是指建筑受到地震灾害影响后功能基本不中断，并且快速恢复到原有状态的能力^［1］。相比于传统的抗震设防，抗震韧性更多地考虑到建筑的震后恢复时间与费用、功能中断带来的经济损失与负面影响^［2］。高层建筑及超高层建筑由于规模庞大、功能复杂以及居住负荷较大，其在受损后需要更长的修复时间、更高的修复费用，造成更严重的社会影响^［3］。因此，对高层及超高层建筑进行合理且精确的抗震韧性评估是非常有必要的。

抗震韧性最早在2003年提出^［4］，Bruneau等^［5］给出了能够定量测量社区韧性的框架，Francis和Bekera^［6］基于该框架进一步地考虑了构件的识别、易损性分析、韧性目标确立和管理决策等多方面的影响，更为具体地表示了系统的恢复过程^［1］。

2012年，美国联邦紧急事务管理署（Federal Emergency Management Agency，FEMA）提出了新一代建筑抗震性能评估方法FEMA P-58（Seismic Performance Assessment of Buildings）^［7］，能够对建筑的抗震韧性进行量化评估，韧性指标采用了兼顾结构安全和功能的修复费用、修复时间、人员伤亡和震后危险等级。FEMA P-58建立了建筑结构韧性指标的系统方法，也是建筑结构抗震韧性评价理论的重要突破。基于FEMA P-58，Arup公司进一步考虑了组织韧性和环境韧性^［8］提出了REDi体系^［9］。

由于FEMA P-58与我国的现行标准存在差异，2020年我国发布了适合中国国情的国家标准GB/T 38591—2020《建筑抗震韧性评价标准》^［10］。《国标》提供了适合我国国情的评估方法，能够对确定地震水准下建筑物的损伤状态、修复费用、修复时间和人员伤亡进行评估，并根据评估结果对建筑物进行抗震韧性的等级评定^［11］。

目前国内外都有应用FEMA P-58或《国标》进行抗震韧性评估或根据评估结果对建筑抗震性能进行优化的研究。这些研究的侧重点并不在于如何防止现有建筑的倒塌，而是更多地集中于量化不同结构体系的抗震韧性^{［12，16］}；通过在结构或非结构构件层面对建筑进行改进^［13］、采用不同的抗震构造^［14-15］或优化震后的修复工作^［3］，降低震后的经济损失与修复时间。

现有的研究主要集中在使用抗震韧性评价方法对既有多层和高层建筑的抗震韧性进行分析与优化。目前还没有研究使用现有的抗震韧性评价方法对超高层建筑进行评价。现有抗震韧性评价方法对超高层建筑的适用性、韧性指标的合理性有待探讨。因此，本文首先比较了国内外建筑抗震韧性评价方法（《国标》和FEMA P-58）的流程和计算方法；然后分别使用《国标》与FEMA P-58对一座超高层办公楼进行抗震韧性评估，得到修复费用、修复时间和人员伤亡韧性指标，基于此对两种评价方法进行对比分析，探讨二者对超高层建筑的适用性与存在的不足，并提出相应的改进方案。

1 国内外建筑抗震韧性评价方法综述

《建筑抗震韧性评价标准》和FEMA P-58均以修复费用、修复时间和人员伤亡三个韧性指标作为评价建筑韧性的基础，根据建筑内构件的损伤状态计算获得^{［7， 10］}。尽管《国标》在韧性指标计算上与FEMA P-58有所不同，但二者采用的韧性评价方法都遵循着图1所示的评价流程。

1.1　构件统计

由于材料、荷载和地震破坏存在不确定性，同层同类构件受地震作用的损伤程度也可能是不同的。FEMA P-58和《国标》都使用易损性曲线来描述构件的不同变形程度和损伤状态的对应关系^［7，10］，描述了构件出现特定损伤状态的概率，并通过中位值θ与对数标准差β两个参数来确定。以FEMA P-58易损性数据库中的剪力墙构件B1044.091为例，其易损性曲线如图2所示。

在FEMA P-58中，结构构件不同的损伤状态是根据构件在不同损伤阶段的损伤形态进行区分的，不同的损伤形态也对应了不同的修复方法、修复时间和修复所需费用。而《国标》对于结构构件的损伤状态的判别是基于钢筋混凝土结构构件与钢结构构件的弯矩-转角四折线模型与剪力-转角的四折线模型，并根据模型中的名义屈服点B、性能点IO、峰值点C、性能点LS和极限点CP所对应的转角和标准差确定结构构件的损伤状态^［10］。

在工程需求参数的选择上，FEMA P-58中部分结构构件和幕墙、填充墙类的非结构构件使用层间位移角计算损伤状态；剪力墙构件使用有效位移角、连梁构件使用节点转角计算；而大多数非结构构件均是使用楼层加速度。《国标》则将结构构件破坏形式分为发生弯曲破坏和剪切破坏两种，两种破坏形式的构件分别使用构件的转角和构件两端的相对变形角计算损伤状态，只有非结构构件才使用层间位移角与楼层加速度进行计算。精细化的工程需求参数选择有利于获得更为准确的构件损伤状态^［17］。

1.2　获取工程需求参数

原始工程需求参数由非线性时程分析获得。为考虑地震固有的不确定性，《国标》规定需要选择不少于11组且天然地震动数量占比不少于2/3的符合建筑场地条件与设计谱的地震动记录^［10］，通过蒙特卡洛模拟扩充原始工程需求参数并生成不少于1 000条实现（Realization）^［7］，每一条实现都代表了一种可能的结构地震响应结果，都包含了一组地震动对结构产生的一组完整的工程需求参数。

1.3　获取建筑内构件损伤状态

《国标》和FEMA P-58均使用生成随机数方法确定构件的损伤状态。具体来说，构件的易损性曲线描述了在给定的工程需求参数值下构件可能处于各个损伤状态的概率。生成随机数与构件处于各损伤状态的概率共同确定了构件的损伤状态。同样以B1044.091构件为例，图2中在给定EDP值（0.014）的条件下，生成0~1的随机数R，当P₁≤R≤1时，损伤状态为DS0；当P₂≤R≤P₁时，损伤状态为DS1；当P₃≤R≤P₂时，损伤状态为DS2；当0≤R≤P₃时，损伤状态为DS3。

1.4　计算韧性指标

FEMA P-58根据构件在不同损伤状态下修复费用、工时的概率分布，结合代表了规模效应的结果函数，使用生成随机数的不确定性方法得到每个实现下的韧性指标。对于建筑内的修复工作，FEMA P-58定义楼层内的修复工作全部串行，楼层间使用了全部串行或全部并行两种策略。虽然楼层间的这两种策略都不能代表建筑的实际修复进程，但是其为评估建筑的合理修复时间确定了上下界限^［7］。为计算人员伤亡，FEMA P-58将构件划分为可致伤亡和不致伤亡两类，但是只有少数构件被定义为可致伤亡的构件，这些构件主要为建筑内的非结构构件，如壁挂的电子设备、书架、杂物柜等。

《国标》在构件损伤状态的确定上与FEMA P-58使用了相同的不确定性的计算方法，而对于每个实现，其修复时间、修复费用和人员伤亡指标的计算是结合构件的损伤状态和系数确定性地计算得到的。在修复策略上，《国标》首先在楼层内将构件分为结构构件和非结构构件两类，先并行完成结构构件和楼梯修复，再并行完成非结构构件修复；不同楼层的修复工作也可以同时开展。计算人员伤亡时，《国标》根据楼层内构件的损伤程度和比例确定楼层的破坏等级，根据等级得到各楼层对应的名义伤亡率，结合楼层及建筑内的人数确定建筑整体的受伤率和死亡率。

1.5　获取建筑韧性评级

FEMA P-58并没有给出依照修复时间、修复费用和人员伤亡指标计算建筑韧性评级的方法，输出的结果为根据蒙特卡洛模拟得到的扩充后的工程需求参数矩阵计算得到的修复时间的分布、修复费用的分布以及人员伤亡的分布。《国标》则以建筑的修复时间T_tot、修复费用占建筑建造成本的比例κ、受伤率γ_H和死亡率γ_D作为评级指标，这些评级指标应采用由蒙特卡洛模拟计算得到的具有84%保证率的拟合值作为最终的评级指标^［10］。

2 算例分析

2.1　工程概况

本文以位于乌鲁木齐绿地中心三期项目A幢塔楼为研究对象进行超高层建筑抗震韧性评价分析。塔楼建筑总高度为258 m，地上61层，地下3层，单塔地上建筑面积约11.5万m²。塔楼平面为带圆角的正方形，平面尺寸为44.5 m×44.5 m（图3）。建筑高度类别为超B级；抗震设防烈度为8度；抗震设防分类为丙类；设计基本地震加速度峰值为0.2g；场地类别为Ⅱ类；特征周期为0.40 s；弹塑性分析时结构阻尼比为0.05。建筑采用“型钢混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+黏滞阻尼器”的消能减震结构体系。型钢混凝土框架和钢筋混凝土核心筒组成主体结构的双重抗侧力体系，为结构提供抗侧刚度，抵抗侧向力^［18］。建筑的24层、36层和47层为伸臂阻尼层，设置有悬挑桁架与黏滞阻尼器^［19］。

2.2　构件统计与易损性参数获取

依照FEMA P-58所提供易损性数据库，将建筑内的结构构件与非结构构件按楼层、方向统计数量，结果见表1。由于结构在两个方向上的构件分布相差不大，在表1中构件的数量按楼层和方向取了平均值，带“*”楼层代表该构件并不是满布于该楼层范围。需要注意的是，该表只为展示各类构件在建筑内的粗略位置和数量，下文的韧性评价仍是采用未平均的、按楼层和方向详尽统计分组的真实统计结果进行计算。此外，FEMA P-58和《国标》中都没有给出型钢混凝土构件的相关信息，而从既有研究结果来看，超高层结构中型钢混凝土构件的宏观破坏特征与钢筋混凝土构件基本相同，因此本研究将所涉及型钢混凝土构件近似等同为钢筋混凝土构件进行计算^［21］。具体来说，首先使用Xtract软件计算型钢混凝土柱的峰值点M_p值，再根据《国标》中钢筋混凝土结构构件弯矩-转角模型计算型钢混凝土构件的易损性数据。

2.3　结构动力分析获取工程需求参数

本案例使用SAUSAGE软件进行结构弹塑性时程分析。对SAUSAGE模型进行模态分析，获得其前三周期值为6.08 s（沿X方向平动）、6.05 s（沿Y方向平动）和3.38 s（沿Z轴转动）。根据设计谱与《国标》中对地震动条数的要求，选取符合要求的12组地震动并调幅至罕遇地震动强度，地震动为双向输入，输入比例为1∶0.85，反应谱与罕遇地震设计谱的比较如图4所示。

12组罕遇地震动下结构X、Y向的各类构件及层间位移角平均值以及楼层加速度计算结果如图5、图6所示。需要注意的是，图5中的构件位移角是从SAUSAGE软件中直接提取的构件相应位移角，而非通过层间位移角扣除建筑的刚体转动换算得到，因此各类构件位移角均是其相应的有害位移角。可以发现除连梁构件以外，其余构件的位移角均小于层间位移角，这是由于层间位移角没有扣除楼层刚体转动的贡献。而对于连梁构件来说，其位移角是由其两侧的剪力墙的相对位移造成的，随着楼层的升高，楼层的刚体转动将会使两侧剪力墙的相对位移不断增加，从而使得连梁构件的位移角增大。

2.4　韧性评价流程搭建

本研究使用了基于Python的Pelicun函数包开展FEMA P-58的韧性评价工作。而由于《国标》还没有可用的计算框架，但在构件损伤状态的计算方面与FEMA P-58方法基本相同，韧性指标的计算方法也比较明确，编程的可行性较强。因此本研究主要基于Python的Pandas包，参考Pelicun的文件格式搭建了《国标》的计算框架。该计算框架可以根据输入的构件统计文件、易损性数据和原始工程需求参数完成建筑抗震韧性指标的计算，并获得建筑的韧性评级。对当前计算框架的通用性上进行改进后，其他建筑也可以使用这一框架完成基于《国标》的抗震韧性评价工作。

2.5　《国标》的构件成本计算

不同于FEMA P-58在数据库中给出了构件的成本信息，《国标》中构件的建造成本需要根据现行定额确定。因此，在确定结构构件建造成本时，首先根据《建设工程工程量清单计价规范》^［20］计算每个结构构件的工程量与工作内容，然后依照建筑和装饰工程预算定额获取相应的定额值，将各定额值乘以该定额对应的信息价并加和以得到构件成本。本研究没有获得非结构构件的真实建造成本信息，因此采用了FEMA P-58构件数据库中的构件成本信息作为《国标》统计非结构构件的建造成本。

3 韧性评价结果

取美元与人民币汇率为7.2，依照FEMA P-58计算得到的总修复费用分布在3.2×10⁷～4.3×10⁷元间［图7（a）］，修复费用主要用于非结构构件。取84%保证率值，构件总修复费用为3.97×10⁷元，其中结构构件修复费用占比为11.4%（4.54×10⁶元），非结构构件修复费用占比为88.6%（3.52×10⁷元）。

依照FEMA P-58所给出的两种修复策略计算修复时间，楼层间串行修复总工时分布在4 000~5 800人·日之间［图7（b），84%保证率值为5 200人·日］，且同样以非结构构件的修复为主；并行修复工时分布在120～1300人·日之间［图7（c），84%保证率值为782人·日］。取FEMA P-58默认的楼层工人数量上限（1.076×10^-2人/m²），得到串行和并行修复时间分别为248天和38天。在使用FEMA P-58进行韧性评价时，本研究所统计的非结构构件在FEMA P-58数据库中只有吊顶构件可致人员伤亡，且该构件在模拟中未达到致伤亡损伤状态阈值（DS3），因此没有出现人员伤亡。

需要注意的是，图7所给出的韧性评价结果是不包含砌体墙构件的，这是由于尽管《国标》与FEMA P-58所考虑的非结构构件基本相同，但是《国标》并不包含砌体墙构件，FEMA P-58数据库中却是包含的。由于《国标》无法获取包含砌体墙构件的韧性评价，为提高两方法的可比性，使用FEMA P-58分别考虑不包含砌体墙（图7）和包含砌体墙（图8）两种情况。

图8为包含砌体墙构件的修复费用（a）、串行修复工时（b）和并行修复工时（c）的计算结果。可以发现，考虑砌体墙后修复时间和修复费用均明显升高。取84%保证率拟合值，修复费用上升至2.11×10⁸元、串行修复工时上升至23 934人·日、并行修复工时上升至1 101人·日，相比于不考虑砌体墙（图7）的情况分别上涨431%、360%和41%。这说明砌体墙构件对震后修复和韧性指标均有重大影响，对于本研究所涉及的案例建筑来说，其更是在所有震损构件的修复中占到了最大比重。这也说明了《国标》应当将砌体墙构件纳入非结构构件并提供相应的韧性指标计算系数的必要性。

依照《国标》计算得到的修复费用分布如图9（a）所示，84%保证值为2.97×10⁷元，其中结构构件修复占比为35.4%（1.05×10⁷元），非结构构件修复占比为64.6%（1.92×10⁷元）。串行修复总工时分布如图9（b）所示，84%保证值为6 615人·日。

《国标》中规定了不同修复工作的工人数量需求和楼层内工人上限数量。本研究搭建的《国标》计算框架依照各并行工作的工作量对各项工作的工人数量进行调整，优先满足修复工时需求最多的工作，实现了在满足《国标》规定的前提下的最快完成修复工作的工人组合，并以此为基础得到建筑的实际修复时间分布如图9（c）所示，84%保证值为19日。

图10（a）、10（b）分别为依照《国标》计算得到的人员受伤与死亡数量分布，其集中在几个值的分布特点与《国标》中定义楼层破坏等级及名义伤亡率有关。《国标》中以震损构件占比划分楼层破坏等级（Ⅰ~Ⅴ共5级），人员伤亡率逐级上升。本研究中，大部分楼层在不同实现下处在相同的损伤状态，只有少部分楼层由于结构响应的随机性而在不同实现中达到了不同的破坏等级。少量楼层破坏等级的变化使得建筑总伤亡人数尽管在统计上呈现出对数正态分布的形状，但其取值是较为重复的，大量实现都有着相同的受伤与死亡人数。各韧性指标数据的均值、标准差、84%保证率拟合值及韧性评级见表2。

进一步分析可以获得，本研究依照《国标》得到建筑的修复费用指标为建筑成本的3.68%，这一值尽管满足了三星级，但值是偏保守的。由于没有获得建筑总成本，这里是采用所有参与韧性评估的构件的总成本作为建筑建造成本，但并不是建筑内的全部构件都参与了韧性评估，实际的建造成本会大于目前的构件总成本，修复费用指标也会相应下降。

结构构件建造成本由于截面尺寸随楼层高度的降低而降低；非结构构件的建造成本在所有楼层上较为相近，但由于电梯、设备层的存在，部分楼层的非结构构件建造成本有明显升高（图11）。图12、图13为结构构件与非结构构件的修复费用84%保证率拟合值。从图12不难发现，构件的修复费用以非结构构件为主。结构构件的修复费用随楼层升高呈现先上升后下降的趋势，构件的位移角随楼层增加，构件破坏程度上升，修复费用随之增加；在较高楼层，构件位移角变化较小，结构构件的截面面积不断减小，修复费用随着建造成本的下降而降低。

大多数楼层非结构构件的修复费用是由填充墙的破坏控制的。1层和30层由于电梯的存在，修复费用有不同程度的升高。值得注意的是，部分楼层的非结构构件修复费用很低，这些楼层是设备间，尽管设备间中有大量的机械设备，由于其有不同程度的抗震构造，在各实现中并未损坏。而对在本案例中占《国标》非结构构件主要建造成本的玻璃幕墙来说，其以层间位移角作为工程需求参数，各损伤状态的中位值θ远大于本案例非线性时程分析得到的层间位移角结果，因此并没有损坏。

4 韧性评价结果对比分析

4.1　易损性构件与易损性信息

易损性构件的统计需要根据《国标》和FEMA P-58给出的构件类型和易损性数据库进行。二者的易损性构件种类存在差别，例如，FEMA P-58的易损性数据库中包含了砌体墙构件，但在《国标》中是缺失的，而通过图7和图8的比较不难发现，砌体墙对韧性评价结果有很大影响，因此在《国标》中增加砌体墙构件的易损性数据和用于计算韧性指标的相应系数是有必要的。此外，《国标》和FEMA P-58方法均缺少型钢混凝土类构件的易损性数据以及型钢混凝土构件的易损性数据计算方法。既有研究虽已发现其在超高层建筑中的破坏模式与钢筋混凝土构件相近，但从通用性和准确性上来说仍应给出目前广泛用于建筑结构中的型钢混凝土及钢管混凝土类构件的易损性数据及计算方法。

4.2　修复时间

4.2.1　修复工时对比

《国标》与FEMA P-58在修复工时以及构件占比上的差别与二者在结构构件识别、统计与易损性数据方面有较大差别有关，且《国标》中结构构件对应的易损性数据相比FEMA P-58偏小，更容易被判定为破坏和更高的破坏等级，两方法在修复时间计算上也有所不同，这使得二者可比较性较差。

4.2.2　《国标》用于超高层修复时间计算的不足

《国标》通过楼层影响系数考虑楼层高度对修复工作的负面影响，当楼层高度超过12层时，楼层影响系数只取1.10定值。但是超高层建筑远不止12层，过高的楼层会给物料运输、工人就位、施工机械的使用造成困难，影响系数在12层以上也应继续升高。此外，由于《国标》规定的并行的层间修复策略，两修复阶段内工人总数分别为2 513人和1 106人。不合理的工人数量是层间并行的修复策略和超高层建筑的楼层数量共同导致的，应当通过限制建筑内工人的总数量或限制并行修复楼层的数量来使工人数量及修复流程更合理。

作为一种替代方法，本研究尝试使用F-Rec框架^［22］对《国标》的修复策略进行改进，结构构件四层为一个单位并行修复，非结构构件两层为一个单位并行修复。由此得到楼修复时间、每日修复工人总数如图14所示。

该改进方法得到建筑总修复时间为153天，结构构件修复阶段单日最高修复工人总数为220人，非结构构件修复阶段则不超过50人。改进方法有效限制了工人总数，但是大幅延长了建筑修复时间的计算值，已无韧性评级。但也需要认识到，现有的修复时间韧性指标用于超高层建筑时相当于将修复时间最长楼层的修复时间作为建筑整体修复时间，这显然是不合理的。《国标》也应提供更合理的修复策略以及韧性等级与修复时间的对应关系，以便获得更合理的修复时间韧性评价。《国标》在规定工人数量需求的参考值与楼层工人容量以外，还应提供一个更为合理的工人数量计算方法，从而在缺少真实人数信息的前提下得到单层内修复工人数量的合理估计，以进一步得到修复时间的合理结果。

4.3　修复费用

FEMA P-58与《国标》由于在韧性指标的计算上的差异，修复费用的计算值也有差别，这主要体现在结构构件上。两方法在结构构件的类别、统计、成本上均存在差异，且FEMA P-58中结构构件建造成本由统计得来，而本研究中《国标》统计的结构构件建造成本是根据构件种类、尺寸对应的工程量、工作内容和定额计算得到的。

《国标》在超高层建筑构件的修复费用计算上相比于FEMA P-58有更好的适用性。超高层建筑中大尺寸的剪力墙、连梁、巨柱构件已经超出了FEMA P-58易损性数据库中的构件尺寸范围，其构件成本也将是偏低的；《国标》中结构构件成本是根据构件尺寸计算得到的。此外，《国标》中部分结构构件的易损性数据也是依照构件尺寸计算得到的，可以更准确地拟合构件的实际破坏情况。

但不论是修复时间还是修复费用，都应当考虑超高层建筑过大的结构构件尺寸对修复工作带来的额外不利影响。《国标》在结构构件的修复时间和修复费用的计算上也应当考虑根据构件尺寸对损失系数、修复系数和修复工时进行修正。

5 结 论

本文为对比国内外抗震韧性评价方法《建筑抗震韧性评价标准》和FEMA P-58以及二者对于超高层建筑的适用性，以乌鲁木齐绿地中心三期项目A幢塔楼为研究对象进行超高层建筑抗震韧性评价分析。对FEMA P-58及《国标》得到的韧性指标进行了对比分析，探讨二者用于国内建筑韧性评价的适用性以及二者用于超高层建筑评价的可行性，并根据构件数据库、指标的计算方法及计算结果讨论了二者目前用于超高层建筑所存在的不足和需改进的方面。研究主要结论如下：

（1） FEMA P-58与《国标》在构件损伤状态计算上采用了相似的随机数生成的方法。FEMA P-58沿用了不确定性的方法计算韧性指标，而《国标》是结合构件的损伤状态和系数确定性地计算得到的，且可以给出建筑韧性评级。

（2） 乌鲁木齐绿地中心三期项目A幢塔楼获得建筑韧性二星评价。其中修复费用指标获三星、修复时间和人员伤亡指标获两星。但需要注意的是，修复时间指标的两星评价是基于楼层间完全并行的修复策略进行的，这一策略对于超高层建筑并不合理。

（3） 两种方法计算得到的韧性指标均表明修复工作主要用于非结构构件。由于两方法在结构构件的识别、易损性数据的取值、构件的建造费用上所存在的差别，两方法计算得到的韧性指标在结构构件部分有较大差异。而由于《国标》对于结构构件的易损性数据和建造成本依照构件尺寸确定，其在具有大尺寸结构构件的超高层建筑的结构构件修复费用计算上将有着更好的适用性。

（4） FEMA P-58和《国标》尽管均通过楼层影响系数考虑了楼层高度对修复工作的不利影响，但两方法分别在11层、12层以上取定值1.16、1.10并不适合超高层建筑，系数应随着楼层的增加继续升高。两方法在韧性指标计算、结构构件识别、易损性数据上的差异也使得计算结果有所不同。

（5） 在应用《国标》评价超高层建筑时，应当考虑对楼层影响系数、修复策略进行修正；对各修复工作的工人数量有更明确的限制，从而得到更合理的修复工人的数量，进而对建筑的实际修复时间有更准确的预估，并相应调整修复时间与韧性等级的对应关系。对于大尺寸结构构件应当考虑根据其尺寸对损失系数、修复系数和修复工时进行修正以考虑构件尺寸对修复工作的不利影响。此外，砌体墙构件、型钢混凝土构件、钢管混凝土构件也应给出易损性数据或计算方法以及用于计算韧性指标的相应系数，从而获得更精准的评价结果。

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基金资助

国家自然科学基金项目(52378182)

国家自然科学基金项目(52308195)

上海市科技计划项目(23XD1430200)