鋼結構·抗震性能化設計概念梳理

抗震性能化設計的內容最早出現在2010版《抗規》和《高規》中，距今已十余年。與傳統設計法（三水準兩階段）相比，性能化設計的新概念、新內容較多，計算過程復雜。盡管主要計算可交由電腦完成，但電腦只是個工具，人才是主角，整個設計過程都要由人來引領。從出發點到目的地，路徑要清晰，邏輯要嚴密。現嘗試對性能化設計過程及基本概念進行梳理。

一、傳統設計法VS性能化設計”：

1.傳統設計法是“低彈性承載力─高延性”的單一解決方案；性能化設計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：對于“性能目標1”，大震下基本處于彈性，則延性僅需滿足最低要求即可；對于“性能目標2”，大震可能屈服，則需滿足低延性要求……；對于“性能目標4”，大震接近嚴重破壞，需滿足高延性要求。

2.傳統設計法不直接驗算中震；性能化設計的主要內容就是對中震的驗算。可能是限于當初計算機發展水平不方便進行彈塑性分析，前輩們將設防烈度降低1.55度以后進行彈性承載力和彈性變形驗算。用“規則性控制+彈性計算+內力調整+構造措施”，間接實現中震可修和大震不倒。對于絕大多數結構只需做“兩水準一階段”（小震、中震的彈性承載力和變形驗算）設計即可，僅對少數建筑進行彈塑性驗算。

3.傳統設計法對同類構件采用統一調整系數和構造措施，不分主次，不論應力高低，堪稱“普惠型”；性能化設計立足于承載力和變形能力的綜合考慮，具有很強的針對性和靈活性，堪稱“精準投放、量體裁衣”。

4.傳統設計法的“中震可修”是通過放大小震的彈性內力而間接實現的，對“中震可修”沒有具體控制指標，可操作性不強；性能化設計直接驗算中震，對承載力和變形均有明確的控制指標。

5.傳統設計法的著重點是大震不倒，不適用于要求震后連續使用的生命線工程；對超限工程也沒有具體設計方法。盡管根據建筑重要性分為甲乙丙丁類，但彈性設計的本質沒變。傳統設計法是高延性大變形，盡管避免了倒塌保存了結構，但附屬設施破壞嚴重，對于使用功能不能中斷的建筑是不可行的。性能化設計可根據超限程度和震后使用功能要求，通過承載力、變形和構造的綜合平衡，剛柔相濟，可實現不同的預期性能目標。

6.相對于鋼筋混凝土結構，性能化對于鋼結構更有用武之地。鋼筋混凝土結構一般由地震設計狀況控制，所以性能化設計主要用于“超限”和更高抗震設計標準。而鋼結構由非地震設計狀況控制的工程很多，可以實現更好的經濟性和合理性。

7.傳統設計法是久經考驗的安全可靠的主流方法。性能化設計是有適用范圍的，要謹慎使用。在強震作用下，結構不存在承載力儲備；而且，提高承載力，往往地震作用相應增大，水漲船高。而高延性意味著結構具有較高的變形能力，也就是消耗地震能量的能力，是抗震設計的主流方向。