021-54787089

談?wù)劇朵摻Y構設計標準》（GB 50017-2017）（簡(jiǎn)稱(chēng)“鋼標”）的抗震設計，也稱(chēng)之為“鋼結構抗震性能化設計”，這是鋼標相對于《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）（簡(jiǎn)稱(chēng)“鋼規”）變化最大的一部分內容。

鋼標的抗震性能化設計具體怎么做，包括設計軟件中如何操作，已經(jīng)有一些文章進(jìn)行了詳細闡述。本文并不準備去重復那些內容，而只是打算就抗震設計的原理性問(wèn)題以及幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行澄清，幫助你從概念層面的深入理解，以免給程序玩死（換句話(huà)說(shuō)，看本文之前，應該好好看過(guò)鋼標）。

另外還是得說(shuō)明（雖然本該是結構工程師的常識），程序是程序，規范是規范，程序僅僅代表了編程人員對規范的理解，可能對，也可能錯。倒是，規范理解不到位，做設計容易給程序玩殘。經(jīng)常有人問(wèn)我，某某軟件計算結果紅了，怎么調？我一般回答，程序的操作問(wèn)題，去問(wèn)軟件客服。紅了綠了的事，用規范語(yǔ)言來(lái)描述，我才能跟你討論（似乎開(kāi)篇說(shuō)了一些廢話(huà)，抱歉抱歉……）

一、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，原理上的差異是啥？

在本公眾號發(fā)表的前幾篇解讀文章中已經(jīng)談到，鋼標的抗震性能化設計描述為：

“在能量輸入相同的條件下，結構延性越好，彈性承載力要求越低，反之，結構延性差，則彈性承載力要求高，本規范簡(jiǎn)稱(chēng)為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設計思路，均可達成大致相同的設防目標。結構根據預先設定的延性等級確定對應的地震作用的設計方法，本規范稱(chēng)為‘性能化設計方法’……”

即，抗震并不是非得延性，高延性和低延性，都能實(shí)現抗震設防目標，可以進(jìn)行選擇，怎么合理怎么做。從地震工程學(xué)的理論看，實(shí)際上就是下圖表達的等能量原理，結構可以可以按照圖中不同的路徑抗震，不同曲線(xiàn)和橫坐標圍住的面積相同（即地震能量）即可。不同路徑對應不同的彈性承載力和延性。

傳統的抗震設計是什么思路呢？抗規抗震設計的思路是，結構在設防地震作用下會(huì )進(jìn)入彈塑性。因此，基于基于延性耗能的原則，設防烈度高需要耗能多點(diǎn)，延性要求就高。所以抗規的抗震構造就根據建筑高度和設防烈度決定的抗震等級來(lái)確定（等級高延性要求就高，當然也不盡然）。

所以，鋼標的抗震性能化設計，實(shí)際上是在常規抗震設計方法（考慮一定的延性，大致屬于中到高延性）的基礎上還給了另一個(gè)低延性的抗震設計途徑，從而能適用于更多的情況。

二、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，具體設計流程上的區別在哪兒？

常規的抗震設計方法，按照小震地震作用計算+抗震構造要求進(jìn)行設計。

抗震性能化設計則是小震設計后，再進(jìn)行中震設計。中震設計時(shí)，是在承載力和延性之間的平衡和選擇，實(shí)際上可能處于一個(gè)迭代循環(huán)過(guò)程，即假定塑性耗能區承載性能等級（與塑性耗能區的延性等級直接掛鉤，設防類(lèi)別高的提高一檔），得到地震作用效應，再進(jìn)行構件承載力抗震驗算（鋼標17.2.1~17.2.3條），以及機構控制驗算（17.2.4~17.2.12條），如有問(wèn)題則進(jìn)行調整，循環(huán)計算。

塑性耗能區承載性能等級則與延性措施對應，選擇了什么等級則要求在設計時(shí)采用對應的抗震措施（17.3節）。需要注意的是，抗震措施不再是一刀切，而是對應不同的等級采用對應的措施，這是與常規抗震設計方法最大的區別，也是體現其設計合理性的地方。

抗震性能化設計中，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如塑性耗能區、性能系數，塑性耗能區在前文中解讀過(guò)，這兒說(shuō)說(shuō)性能系數。

性能系數是啥？性能系數是構件的計算參數，按鋼標（17.2.2-1）計算。注意要區分塑性耗能區構件和非塑性耗能區構件。

看一下17.3.2條就明白，性能系數是計算地震作用效應時(shí)候水平地震作用效應的系數。另外需要注意，用來(lái)計算的地震作用是設防地震下的，即“中震”，換句話(huà)說(shuō)，性能系數其實(shí)就是地震作用的折減系數（參見(jiàn)前面的強度-延性示意圖）。

還有一個(gè)實(shí)際性能系數，按下式計算，這是用來(lái)檢查你設定的性能系數是否合理的。需要注意，公式（17.2.2-2）中有印刷錯誤，水平地震和豎向地震在公式中搞反了。實(shí)際性能系數的物理意義，以框架為例，是結構的屈服承載力扣除重力荷載代表值以及豎向地震作用效應后，與設防地震（中震）產(chǎn)生彎矩的比值，即達到中震的多少分之一時(shí)屈服，1.0表示在中震時(shí)剛好屈服。顯然，實(shí)際性能系數不能小于設定的性能系數。

那么，對于支撐結構，實(shí)際性能系數的物理意義，你看明白了嗎？

三、抗震性能化設計vs傳統抗震設計，能帶來(lái)什么好處？

抗震性能化設計相對于傳統抗震設計，帶來(lái)的最大的好處，就在于設計的靈活化，而不是固定不變的強制性抗震措施。相信各位在以往的設計中，因為各種抗震措施（尤其是構造措施）的要求導致你自己都覺(jué)得設計很不合理的情況比比皆是。而這些，都將是抗震性能化設計的用武之地。也就是說(shuō)，抗震措施的區別化對待（包括各種抗震措施免除條件），是抗震性能化設計的優(yōu)勢所在。

舉個(gè)栗子：

鋼標的17.1.4條3款：

“3）其他構件承載力標準值應進(jìn)行計入性能系數的內力組合效應驗算，當結構構件延性等級為Ⅴ級時(shí)，無(wú)須進(jìn)行機構控制驗算；”

條文說(shuō)明解釋如下：

“當按本規范進(jìn)行性能化設計，采用低延性-高承載力設計思路時(shí)，無(wú)須進(jìn)行機構控制驗算，本規范第17.2.4條至17.2.12條為機構控制驗算的具體規定，但當性能系數小于1時(shí)，支撐系統構件尚應考慮壓桿屈曲和卸載的影響?！?/em>

好好去看看鋼標的17.2.4~17.2.12,有哪些內容，就明白了。強柱弱梁？強節點(diǎn)弱構件？柱腳極限承載力？這都不是事。

是不是覺(jué)得，原本要給玩死的設計，用抗震性能化設計似乎有戲了？恭喜你，你似乎找到門(mén)道了。如果這篇文章就這么一丁點(diǎn)對你有用，我都覺(jué)得值了。我就不再去多說(shuō)啥寬厚比、長(cháng)細比、節點(diǎn)域、支撐結構等等這些帶來(lái)的不同了。希望你能在鋼標中有新的發(fā)現。如有疑問(wèn)或者新發(fā)現，歡迎來(lái)一起分享和討論。