作者：Nadine M. Post

通过基于建筑性能的抗风设计（PBWD），结构工程师正在努力提高建筑物的效率、可靠性和弹性。尽管PBWD可能需要十年或更长时间才能成为从业者的主流，但今年首次发布两个PBWD文件，起草者将它们誉为里程碑。

“PBWD为具有非典型形状或空气动力特性的建筑设计独特的结构系统提供了机会，这些结构系统不符合规范的抗风系统的约束条件”，PCS结构解决方案高级主管唐纳德·斯科特在2019年结构大会上说。

此次会议由美国土木工程师协会(ASCE)的结构工程研究所(SEI)承办，于4月24日至4月27日在奥兰多举行，吸引了1058名注册者参与。

斯科特是由14名结构专家组成的团队的首席研究员，他撰写了《基于建筑性能的抗风设计试行标准》，这是有史以来第一份有助于PBWD研究的文件。五位同行评审者目前正在对最终草案进行审查。由查尔斯·潘科夫基金会资助15万美元形成的美国土木工程师协会/结构工程研究所文件将于7月底在潘科夫基金会和美国土木工程师协会/结构工程研究所（ASCE/SEI）网站上免费下载。

作为PBWD试行标准，该文件最终将被纳入建筑规范范本——为设计者提供一个规范或经规范批准的替代方案。

在此之前，ASCE/SEI高层建筑抗风设计和建筑性能委员会正在编写自己的标准规范。此外，由八位专家撰写的《高层建筑的抗风设计与建筑性能》也是同类规范中的第一部，它汇集了高层建筑设计的最佳实践，以达到特定的抗风要求和性能目标。它意味着设计公司、风力工程师和学术界形成共识。

据Skidmore、Owings & Merrill公司的副董事兼委员会主席Preetam Biswas说，该文件描述了许多规范没有具体说明的抗风设计和建筑性能方面的内容。他说，标准的起草者正在协调他们的工作。

草案已完成95%，预计今年底将出版电子版。2020年4月5日至4月8日在圣路易斯举行的结构大会上应该会有印刷版。

动量是为所有基于建筑性能的设计而建立的，这是一种复杂的工程方法，它依赖于先进的分析和设计方法，使工程师能够在无论是风、地震还是火灾的情况下，可靠地预测结构在任何规定载荷下的表现。

获得PBWD批准的唯一方法是通过规范条款的替代方式和方法。但很少有人这么做，因为不熟悉PBWD的行业官员不愿意批准这些设计。此外，PBWD需要同行评审。这意味着一个更长且潜在的、更模糊的审批过程，这会让许多业主犹豫不决。

辛普生·甘珀兹和海格公司的高级主管罗纳德·汉布格尔说，任何形式的基于建筑性能的设计“都需要专业技能和专业知识”，他是20年来建筑改造方面，基于建筑性能的抗震设计(PBSD)方法的创始人。“不是每个人都能胜任”，他补充道。

工程师们一致认为，要使PBWD项目激增，不仅要教育工程师，还要教育建筑师、开发人员、其他利益相关者，尤其是行业官员，让他们了解这种方法的潜在优势和风险。相关人士表示，这些指导方针旨在帮助建立审慎的实践手段，并在法律责任方面为预期绩效提供一些保护。

两份文件的起草者异口同声地说，对于许多从业者和业主来说，PBWD的好处是显而易见的，但可能需要去说服一些人。斯科特说，首先，业主和设计师需要被引导，按照建筑规范的规定要求进行设计的表现可能是不够的。

“许多项目利益相关者认为，如果他们的建筑是按照建筑规范的规定设计的，那么它将经受住所有的风况并保持运行；然而，建筑规范只是基于对生命安全的要求”，他补充说。

斯科特说，告诉利益相关者预先为建筑物支付一点额外费用是有好处的，以便在风力事件中获得比预期更好的性能——例如连续运行以避免在风暴和飓风之后的商业损失——这所面临的障碍类似于当时引入基于建筑性能的抗震设计(PBSD)的那些人所面临的，而抗震设计现在已经成为全世界的主流设计实践。

撇开挑战不谈，PBSD高楼之父罗恩·克莱门奇称，基于建筑性能的设计非常“有趣”。马格努松·克莱门奇协会主席兼首席执行官克莱门奇说：“你可以利用物理、数学和其他东西来建造更好的建筑。”

“对PBSD来说，我们先实践，然后写了这本书。对于PBWD，我们正在写这本书，然后再去做”，克莱门奇补充说。他也是潘科夫基金会的主任。

这些文件介绍了非线性动力分析在抗风设计中的应用、主要抗风系统元件的有限非线性、基于系统的性能标准以及建筑围护结构的实质性能要求的改进。

试行标准描述了实现PBWD的三种可能的方法，这些方法的复杂性和严密性各不相同。

具体而言，试行标准将提供一个可替代方案，替代美国采用的《建筑物和其他结构的最小设计荷载和相关标准》(ASCE/SEI7)和《国际建筑规范》中包含的规定程序。试行标准的目标受众包括结构工程师、建筑师，以及从事建筑抗风设计和审查的行业官员。

起草者说，如果实施得当，这份文件将使建筑能够可靠地实现ASCE/SEI 7规定的抗风性能目标，而且在许多情况下，展现优越的性能。“对风力工程有所了解的个人用户可以调整和修改标准，作为旨在实现比具体预期更高的风力性能目标的设计基础。”

斯科特说，PBWD还为建筑围护结构设计师提供了机会，以加强围护结构和其他建筑围护结构系统设计，从而显著限制风吹雨打和水渗透对建筑造成的损害。不过，斯科特说，建筑围护结构系统使用PBWD要求建筑围护结构制造商提高产品性能，以满足规定的标准。

另一个好处是，PBWD可以在遭受多重灾害的建筑设计中找到可能出现冲突的解决方案。斯科特说，例如，在高层建筑设计中同时使用PBSD和PBWD时，就会产生冲突。

抗震效应将控制建筑低层的设计，而抗风效应将控制高层设计。因为PBWD的规定要求结构的所有元件在风荷载下保持弹性，并返回到它们的预载状态；PBSD规定允许选定的元件在罕见的情况下失去弹性——而不是100%回弹。这种冲突降低了建筑物的整体抗震性能。

斯科特说，PBWD的使用将允许非弹性行为，将允许这种冲突得到解决，并使设计能够改善建筑的整体性能。

ASCE/SEI的高级工程经理珍妮弗·古皮尔表示，在ASCE7成为标准条款之前，PBWD的几个方面需要进一步开发，并在建筑设计中进行测试。ASCE7-22风力负荷小组委员会的PBD委员会正致力于开发这类设计的各个方面。

该委员会正在研究16栋建筑，以确定标准条款的适用性，并为使用PBWD设计的建筑开发可靠的总体目标系统。其中一座建筑是850英尺（约259米）高的雷尼尔广场塔，由MKA设计，正在西雅图建造。

古皮尔说，这项工作的完成和评估至少还需要一年的时间。她说，经过评估后，该行业正在使用试行标准，“我们可以讨论制定标准的时间框架”。

与此同时，正如PEER TBI高层建筑PBSD目前被推广使用，并为许多官员所接受一样，PBWD试行标准的制定者的目标是与业主和官员讨论基于建筑性能的抗风设计方法。

标准起草者异口同声地说，实施PBWD所需的先进分析和设计方法将挑战工程师的技术能力。随着工作量的增加，风力顾问将面临特别的挑战，因为PBWD需要风洞试验和风力工程师输入载荷历史，这与地震学家为PBSD提供特定场地的地面运动记录相类似。

但克莱门奇坚持认为，“PBWD的影响力将远胜于PBSD，因为美国和世界各地更多的建筑将受益于这一方法，这将带来更高效、更可靠和更具弹性的设计。”