談?wù)劇朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）（簡(jiǎn)稱“鋼標(biāo)”）的抗震設(shè)計(jì)，也稱之為“鋼結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)”，這是鋼標(biāo)相對(duì)于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）（簡(jiǎn)稱“鋼規(guī)”）變化最大的一部分內(nèi)容。

鋼標(biāo)的抗震性能化設(shè)計(jì)具體怎么做，包括設(shè)計(jì)軟件中如何操作，已經(jīng)有一些文章進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本文并不準(zhǔn)備去重復(fù)那些內(nèi)容，而只是打算就抗震設(shè)計(jì)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（換句話說(shuō)，看本文之前，應(yīng)該好好看過(guò)鋼標(biāo)）。

另外還是得說(shuō)明（雖然本該是結(jié)構(gòu)工程師的常識(shí)），程序是程序，規(guī)范是規(guī)范，程序僅僅代表了編程人員對(duì)規(guī)范的理解，可能對(duì)，也可能錯(cuò)。倒是，規(guī)范理解不到位，做設(shè)計(jì)容易給程序玩殘。經(jīng)常有人問(wèn)我，某某軟件計(jì)算結(jié)果紅了，怎么調(diào)？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(guī)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，抱歉抱歉……）

一、抗震性能化設(shè)計(jì)vs傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，原理上的差異是啥？

在本公眾號(hào)發(fā)表的前幾篇解讀文章中已經(jīng)談到，鋼標(biāo)的抗震性能化設(shè)計(jì)描述為：

“在能量輸入相同的條件下，結(jié)構(gòu)延性越好，彈性承載力要求越低，反之，結(jié)構(gòu)延性差，則彈性承載力要求高，本規(guī)范簡(jiǎn)稱為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設(shè)計(jì)思路，均可達(dá)成大致相同的設(shè)防目標(biāo)。結(jié)構(gòu)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延性等級(jí)確定對(duì)應(yīng)的地震作用的設(shè)計(jì)方法，本規(guī)范稱為‘性能化設(shè)計(jì)方法’……”

即，抗震并不是非得延性，高延性和低延性，都能實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)，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(dá)的等能量原理，結(jié)構(gòu)可以可以按照?qǐng)D中不同的路徑抗震，不同曲線和橫坐標(biāo)圍住的面積相同（即地震能量）即可。不同路徑對(duì)應(yīng)不同的彈性承載力和延性。

傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)是什么思路呢？抗規(guī)抗震設(shè)計(jì)的思路是，結(jié)構(gòu)在設(shè)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(shè)防烈度高需要耗能多點(diǎn)，延性要求就高。所以抗規(guī)的抗震構(gòu)造就根據(jù)建筑高度和設(shè)防烈度決定的抗震等級(jí)來(lái)確定（等級(jí)高延性要求就高，當(dāng)然也不盡然）。

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

二、抗震性能化設(shè)計(jì)vs傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)流程上的區(qū)別在哪兒？

常規(guī)的抗震設(shè)計(jì)方法，按照小震地震作用計(jì)算+抗震構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

抗震性能化設(shè)計(jì)則是小震設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行中震設(shè)計(jì)。中震設(shè)計(jì)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(qū)承載性能等級(jí)（與塑性耗能區(qū)的延性等級(jí)直接掛鉤，設(shè)防類別高的提高一檔），得到地震作用效應(yīng)，再進(jìn)行構(gòu)件承載力抗震驗(yàn)算（鋼標(biāo)17.2.1~17.2.3條），以及機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算（17.2.4~17.2.12條），如有問(wèn)題則進(jìn)行調(diào)整，循環(huán)計(jì)算。

塑性耗能區(qū)承載性能等級(jí)則與延性措施對(duì)應(yīng)，選擇了什么等級(jí)則要求在設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)應(yīng)的抗震措施（17.3節(jié)）。需要注意的是，抗震措施不再是一刀切，而是對(duì)應(yīng)不同的等級(jí)采用對(duì)應(yīng)的措施，這是與常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法最大的區(qū)別，也是體現(xiàn)其設(shè)計(jì)合理性的地方。

抗震性能化設(shè)計(jì)中，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如塑性耗能區(qū)、性能系數(shù)，塑性耗能區(qū)在前文中解讀過(guò)，這兒說(shuō)說(shuō)性能系數(shù)。

性能系數(shù)是啥？性能系數(shù)是構(gòu)件的計(jì)算參數(shù)，按鋼標(biāo)（17.2.2-1）計(jì)算。注意要區(qū)分塑性耗能區(qū)構(gòu)件和非塑性耗能區(qū)構(gòu)件。

看一下17.3.2條就明白，性能系數(shù)是計(jì)算地震作用效應(yīng)時(shí)候水平地震作用效應(yīng)的系數(shù)。另外需要注意，用來(lái)計(jì)算的地震作用是設(shè)防地震下的，即“中震”，換句話說(shuō)，性能系數(shù)其實(shí)就是地震作用的折減系數(shù)（參見(jiàn)前面的強(qiáng)度-延性示意圖）。

還有一個(gè)實(shí)際性能系數(shù)，按下式計(jì)算，這是用來(lái)檢查你設(shè)定的性能系數(shù)是否合理的。需要注意，公式（17.2.2-2）中有印刷錯(cuò)誤，水平地震和豎向地震在公式中搞反了。實(shí)際性能系數(shù)的物理意義，以框架為例，是結(jié)構(gòu)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(yīng)后，與設(shè)防地震（中震）產(chǎn)生彎矩的比值，即達(dá)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(shù)不能小于設(shè)定的性能系數(shù)。

那么，對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)，實(shí)際性能系數(shù)的物理意義，你看明白了嗎？

三、抗震性能化設(shè)計(jì)vs傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，能帶來(lái)什么好處？

抗震性能化設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，帶來(lái)的最大的好處，就在于設(shè)計(jì)的靈活化，而不是固定不變的強(qiáng)制性抗震措施。相信各位在以往的設(shè)計(jì)中，因?yàn)楦鞣N抗震措施（尤其是構(gòu)造措施）的要求導(dǎo)致你自己都覺(jué)得設(shè)計(jì)很不合理的情況比比皆是。而這些，都將是抗震性能化設(shè)計(jì)的用武之地。也就是說(shuō)，抗震措施的區(qū)別化對(duì)待（包括各種抗震措施免除條件），是抗震性能化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)所在。

舉個(gè)栗子：

鋼標(biāo)的17.1.4條3款：

“3）其他構(gòu)件承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)進(jìn)行計(jì)入性能系數(shù)的內(nèi)力組合效應(yīng)驗(yàn)算，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等級(jí)為Ⅴ級(jí)時(shí)，無(wú)須進(jìn)行機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算；”

條文說(shuō)明解釋如下：

“當(dāng)按本規(guī)范進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，采用低延性-高承載力設(shè)計(jì)思路時(shí)，無(wú)須進(jìn)行機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算，本規(guī)范第17.2.4條至17.2.12條為機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算的具體規(guī)定，但當(dāng)性能系數(shù)小于1時(shí)，支撐系統(tǒng)構(gòu)件尚應(yīng)考慮壓桿屈曲和卸載的影響。”

好好去看看鋼標(biāo)的17.2.4~17.2.12,有哪些內(nèi)容，就明白了。強(qiáng)柱弱梁？強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)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(shè)計(jì)，用抗震性能化設(shè)計(jì)似乎有戲了？恭喜你，你似乎找到門道了。如果這篇文章就這么一丁點(diǎn)對(duì)你有用，我都覺(jué)得值了。我就不再去多說(shuō)啥寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比、節(jié)點(diǎn)域、支撐結(jié)構(gòu)等等這些帶來(lái)的不同了。希望你能在鋼標(biāo)中有新的發(fā)現(xiàn)。如有疑問(wèn)或者新發(fā)現(xiàn)，歡迎來(lái)一起分享和討論。