鋼結(jié)構(gòu)·抗震性能化設(shè)計(jì)概念梳理

抗震性能化設(shè)計(jì)的內(nèi)容最早出現(xiàn)在2010版《抗規(guī)》和《高規(guī)》中，距今已十余年。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法（三水準(zhǔn)兩階段）相比，性能化設(shè)計(jì)的新概念、新內(nèi)容較多，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。盡管主要計(jì)算可交由電腦完成，但電腦只是個(gè)工具，人才是主角，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都要由人來(lái)引領(lǐng)。從出發(fā)點(diǎn)到目的地，路徑要清晰，邏輯要嚴(yán)密。現(xiàn)嘗試對(duì)性能化設(shè)計(jì)過(guò)程及基本概念進(jìn)行梳理。

一、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法VS性能化設(shè)計(jì)”：

1.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法是“低彈性承載力─高延性”的單一解決方案；性能化設(shè)計(jì)追求承載力和延性的最佳平衡，可提供“低彈性承載力─高延性”或“高彈性承載力─低延性”的多種解決方案。比如：對(duì)于“性能目標(biāo)1”，大震下基本處于彈性，則延性?xún)H需滿(mǎn)足最低要求即可；對(duì)于“性能目標(biāo)2”，大震可能屈服，則需滿(mǎn)足低延性要求……；對(duì)于“性能目標(biāo)4”，大震接近嚴(yán)重破壞，需滿(mǎn)足高延性要求。

2.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法不直接驗(yàn)算中震；性能化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是對(duì)中震的驗(yàn)算。可能是限于當(dāng)初計(jì)算機(jī)發(fā)展水平不方便進(jìn)行彈塑性分析，前輩們將設(shè)防烈度降低1.55度以后進(jìn)行彈性承載力和彈性變形驗(yàn)算。用“規(guī)則性控制+彈性計(jì)算+內(nèi)力調(diào)整+構(gòu)造措施”，間接實(shí)現(xiàn)中震可修和大震不倒。對(duì)于絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)只需做“兩水準(zhǔn)一階段”（小震、中震的彈性承載力和變形驗(yàn)算）設(shè)計(jì)即可，僅對(duì)少數(shù)建筑進(jìn)行彈塑性驗(yàn)算。

3.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法對(duì)同類(lèi)構(gòu)件采用統(tǒng)一調(diào)整系數(shù)和構(gòu)造措施，不分主次，不論應(yīng)力高低，堪稱(chēng)“普惠型”；性能化設(shè)計(jì)立足于承載力和變形能力的綜合考慮，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和靈活性，堪稱(chēng)“精準(zhǔn)投放、量體裁衣”。

4.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法的“中震可修”是通過(guò)放大小震的彈性?xún)?nèi)力而間接實(shí)現(xiàn)的，對(duì)“中震可修”沒(méi)有具體控制指標(biāo)，可操作性不強(qiáng)；性能化設(shè)計(jì)直接驗(yàn)算中震，對(duì)承載力和變形均有明確的控制指標(biāo)。

5.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法的著重點(diǎn)是大震不倒，不適用于要求震后連續(xù)使用的生命線工程；對(duì)超限工程也沒(méi)有具體設(shè)計(jì)方法。盡管根據(jù)建筑重要性分為甲乙丙丁類(lèi)，但彈性設(shè)計(jì)的本質(zhì)沒(méi)變。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法是高延性大變形，盡管避免了倒塌保存了結(jié)構(gòu)，但附屬設(shè)施破壞嚴(yán)重，對(duì)于使用功能不能中斷的建筑是不可行的。性能化設(shè)計(jì)可根據(jù)超限程度和震后使用功能要求，通過(guò)承載力、變形和構(gòu)造的綜合平衡，剛?cè)嵯酀?jì)，可實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)期性能目標(biāo)。

6.相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，性能化對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)更有用武之地。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般由地震設(shè)計(jì)狀況控制，所以性能化設(shè)計(jì)主要用于“超限”和更高抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。而鋼結(jié)構(gòu)由非地震設(shè)計(jì)狀況控制的工程很多，可以實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

7.傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法是久經(jīng)考驗(yàn)的安全可靠的主流方法。性能化設(shè)計(jì)是有適用范圍的，要謹(jǐn)慎使用。在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)不存在承載力儲(chǔ)備；而且，提高承載力，往往地震作用相應(yīng)增大，水漲船高。而高延性意味著結(jié)構(gòu)具有較高的變形能力，也就是消耗地震能量的能力，是抗震設(shè)計(jì)的主流方向。