18抗震性能设计

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1、抗震性能设计一、规范规定建筑抗震设计规范统一培训教材中指出：抗震性能化设计仍然是以既有的抗震科学水平和经济条件为前提的，一般需要综合考虑使用功能、设防烈度、构造的不规则限度和类型、构造发挥延性变形的能力、造价、震后的多种损失及修复难度等等因素。不同的抗震设防类别，其性能设计规定也有所不同。鉴于目前强烈地震下的构造非线性分析措施的计算模型和计算参数的选用尚存在不少经验因素，缺少从强震记录、设计施工资料到设计震害的具体验证，对构造性能的判断难以十分精确，因此在性能设计指标的选用中宜偏于安全某些。建筑的抗震性能化设计，立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性和灵活性。针对具体工程的需要和也

2、许，可以对整个构造、也可以对某些部位或核心构件，灵活运用多种措施达到预期的性能目的着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门规定。例如，可以根据楼梯间作为“抗震安全岛”的规定，提出保证大震下楼梯间具有安全避难通道的具体目的和性能规定；可以针对特别不规则、复杂建筑构造的具体状况，对抗侧力构造的水平构件和竖向构件分别提出相应的性能目的，提高其整体或核心部位的抗震安全性；对于地震时需要持续工作的机电设备，其有关部位的层间位移需满足设备运营所需的层间位移限值的专门规定；其她状况，可对震后的残存变形提出满足设施检修后运营的位移规定，也可提出大震后可修复运营的位移规定。建筑构件采用与构造构件柔性连接，只要可靠

3、拉结并留有足够的间隙，如玻璃幕墙与钢框之间预留变形缝隙，震害经验表白，幕墙在构造总体安全时可以满足大震后继续使用的规定。还可以提高构造在罕遇地震下的层间位移控制值，如国外对抗震设防类别高的建筑，其弹塑性层间位移角比一般建筑的规定值减少20%50%。抗震规范附录M对构造抗震性能设计的不同规定做了规定，分别给出在设防烈度地震、罕遇地震时，按照设计值和原则值进行计算的有关公式。高规3.11节最先提出构造抗震性能设计分为1、2、3、4、5五个性能水准，并对每一种性能设计水准规定了具体的计算公式和措施。广东高规3.11节对高规的五个性能设计水准给出了更明确的计算公式，例如广东高规规定了不同性能水准下的构

4、件重要性系数及承载力运用系数，特别是广东高规对第3、第4、第5性能设计水准不再像高规那样提出“应进行弹塑性计算分析”的规定，明确了可按线弹性有限元计算出的内力位移进行性能设计的公式，这些规定便于软件实现，使软件可以直接运用线弹性有限元成果进行性能设计。上海抗规附录L对抗震性能化设计做了规定。二、软件实现抗震性能设计的计算参数如图3.9.1所示。图3.9.1 性能设计对话框1、性能设计涉及中震、大震两种地震水准如果顾客在地震信息中勾选“考虑性能设计”参数，就意味着目前的设计计算需要按照中震或者大震的规定进行。勾选性能设计参数后一方面需要在中震和大震这两个地震水准项中选择，如图3.9.2所示。中震

5、、大震相应着抗震规范中设防地震、罕遇地震的概念。图3.9.2 地震水准顾客勾选中震或大震后，软件将自动按照抗震规范设防地震或罕遇地震规定的地震影响系数最大值调节参数max。软件提供按规范选择性能设计计算的措施，涉及抗规、高规、广东高规。无论按何种规范进行性能设计，均不考虑地震效应和风效应的组合，不考虑与抗震级别有关的内力调节系数。2、按抗震规范的性能设计抗震规范M.1.2-2：“构造构件承载力按不考虑地震作用效应调节的设计值复核时，应采用不计入风荷载效应的基本组合，并按下式验算。”抗震规范M.1.2-3：“构造构件承载力按原则值复核时，应采用不计入风荷载效应的地震作用效应原则组合，并按下式验算

6、。”抗震规范M.1.2-4：“构造构件按极限承载力复核时，应采用不计入风荷载效应的地震作用效应原则组合，并按下式验算。”这里提到了承载力计算三个不同层次的计算方式，相应设计值和基本组合、原则值和原则组合、极限值和原则组合。相应这三个不同层次的计算，软件提供了“弹性”、“不屈服”两个选项，中震或大震“弹性”大体相应抗震规范M.1.2-2按设计值和基本组合的承载力计算；中震“不屈服”大体相应抗震规范M.1.2-3按原则值和原则组合的承载力计算。大震 “不屈服”大体相应抗震规范M.1.2-4按极限值和原则组合的承载力计算。这里的参数“弹性”、“不屈服”的叫法是近年来在超限审查中专家对抗震规范M.1.

7、2中三个不同层次计算的习惯提法。在按抗震规范进行性能设计时，顾客还需要辨别正截面、斜截面，分别选择“弹性”或“不屈服”，这是为了适应顾客可分别对正截面、斜截面选择抗震规范M.1.2中三个不同层次的计算。选择中震或大震弹性、不屈服设计时，软件自动解决的内容如下：弹性：（1）不考虑风荷载参与地震组合；（2）不考虑与抗震级别有关的增大系数；不屈服：（1）不考虑风荷载参与地震组合；（2）不考虑与抗震级别有关的增大系数；（3）不考虑荷载分项系数；（4）不考虑承载力抗震调节系数；（5）材料强度：中震时为原则值，大震时为极限值；3、按广东高规的性能设计广东高规3.11节对构造的抗震性能设计给出了4个性能目的

8、及每个性能目的下不同地震水准相应的性能水准。与高规不同的是，广东高规规定了不同性能水准下的构件重要性系数及承载力运用系数，更便于软件实现。广东高规3.11.3 构造在小震作用下应满足弹性设计规定，构造构件的承载力和变形应符合本规程的有关规定。不同抗震性能水准的构造设计在中、大震作用下可按下列规定进行：1 第1性能水准的构造在中震作用下，所有构造构件的抗震承载力宜符合下式规定：SGEk+（SEhk*+0.4SEvk*）Rk （3.11.3-1）式中：Rk材料强度原则值计算的构件承载力；承载力运用系数，压、剪取0.6，弯、拉取0.69；SEhk*、SEvk*分别为水平和竖向中震作用计算的构件内力原

9、则值，不需乘以与抗震级别有关的增大系数；构件重要性系数，核心构件可取=1.05-1.15，一般构件可取=1.0，水平耗能构件可取=0.7-0.9。2 第2性能水准的构造在中震作用下，构造构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）的规定，式中承载力运用系数，压、剪取0.67；弯、拉取0.77。第2性能水准的构造在大震作用下，构造构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-2）的规定：SGEk+（SEhk*+0.4SEvk*）Rk （3.11.3-2）式中：Rk材料强度原则值计算的构件承载力；SEhk*、SEvk*分别为水平和竖向大震作用计算的构件内力原则值，不需乘以与抗震级别有关的增大系数；承载力

10、运用系数，压、剪取0.83，弯、拉取1.0； 3 第3性能水准的构造在中震作用下，构造构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）规定，承载力运用系数，压、剪取0.74；弯、拉取0.87；大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.11.3-3）。VGEk+VEk*fckbh0式中：VGEk重力荷载代表值作用下的构件剪力原则值；VEk*大震作用下的构件剪力原则值，不需乘以与抗震级别有关的增大系数；剪压比，取=0.133。4 第4性能水准的构造在中震作用下，构造构件的抗震承载力宜符合式（3.11.3-1）的规定，承载力运用系数，压、剪取0.83；弯、拉取1.0。在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜

11、满足式（3.11.3-3），取=0.15。5 第5性能水准的构造在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.11.3-3），取=0.167。从以上条文可以看出，广东高规明确了可按线弹性有限元计算出的内力位移进行性能设计的公式，这些规定便于软件实现，使软件可以直接运用线弹性有限元成果进行性能设计。图3.9.3 广东高规性能设计勾选“性能设计（广东规程）”后，须按性能水准选择，如图3.9.3所示。其中，中震时可选1、2、3、4，大震时可选2、3、4、5。其中，构件重要性系数可以在参数中设立，并可在特殊构件定义中交互修改，软件根据输入的构件重要性系数及性能水准自动按照规范规定的有关计算公式计算。构

12、件辨别核心构件、一般竖向构件和水平耗能构件，三类构件用构件重要性系数加以辨别。软件默认剪力墙为核心构件，柱、支撑为一般竖向构件，梁为水平耗能构件。如果实际设计的构件与默认不符，顾客可在【前解决及计算】的【重要性系数】中修改单构件的重要性系数，软件在计算前解决设立了【重要性系数】菜单，可对梁、柱、墙柱、墙梁、支撑按单构件分别设立重要性系数，如图3.9.4所示，就是配合广东高规的需要。重要性系数菜单仅当采用广东高规进行性能设计时起作用。图3.9.4 广东高规构件重要性系数设立菜单按照广东高规进行性能设计时，荷载效应均采用原则组合，材料强度以原则值为基准，对于广东高规公式3.11.3中的承载力运用系

13、数、竖向构件剪压比，选择不同性能水准的软件具体实现如下：中震性能:1：承载力运用系数，压、剪取0.6，拉、弯取0.69；中震性能2：承载力运用系数，压、剪取0.67，拉、弯取0.77；中震性能3：承载力运用系数，压、剪取0.74，拉、弯取0.87；中震性能4：承载力运用系数，压、剪取0.83，拉、弯取1.0；大震性能2：承载力运用系数，压、剪取0.83，拉、弯取1.0；大震性能3：竖向构件剪压比取0.133；大震性能4：竖向构件剪压比取0.15；大震性能5：竖向构件剪压比取0.167；4、按高规的性能设计高规初次提出了可按5个性能设计水准设计的具体措施，但是在高规3.11.3条中，对第3、第4

14、、第5性能水准的构造都一方面提到“应进行弹塑性计算分析”，因此在YJK的初期版本中没有提供专门按照高规的性能设计措施。广东高规取消了高规对第3、第4、第5性能水准的构造“应进行弹塑性计算分析”的提法，从而明确了按照线弹性有限元计算分析措施进行5个性能水准性能设计的公式，同步诸多顾客建议对高规的5个性能水准的计算也根据线弹性有限元分析措施的内力成果，因此YJK新版在性能设计的规范选项增长了按高规计算。勾选性能设计（高规）后，须按性能水准选择，其中，中震时可选1、2、3、4，大震时可选2、3、4、5。定义好构造的核心构件、一般竖向构件、水平耗能构件属性后，软件自动按照高规3.11.3有关某一性能水

15、准下按构件属性分类的正、斜截面的有关公式和规定执行。和广东高规流程类似，软件默认剪力墙为核心构件，柱、支撑为一般竖向构件，梁为水平耗能构件。如果实际设计的构件属性与默认不符，顾客可在【前解决及计算】的有关菜单中修改构件的性能设计属性。三、性能设计有关的前解决及计算1、特殊构件定义如果选择按高规进行抗震性能设计，则可以在特殊构件定义中指定构件重要性类别，分为耗能构件、一般竖向构件、核心构件，软件根据构件类别自动生成默认值，工程师可仅针对所关怀的核心部分进行查改。如果选择按广东高规进行抗震性能设计，则可以在特殊构件定义中交互修改构件重要性系数，软件根据构件类别自动生成默认值，工程师可仅针对所关怀的

16、核心部分进行查改。2、荷载组合由于同一性能水准下构件的正截面、斜截面设计也许存在差别，软件辨别了正截面设计、斜截面设计时的荷载组合。如果正截面、斜截面设计时的荷载组合不同，则工程师可在构件信息文本中分别查看正截面、斜截面设计时的荷载组合。对于钢构件、钢管混凝土构件，软件不辨别正截面、斜截面设计的荷载组合，均按斜截面设计规定进行荷载组合。无论按何种规范进行性能设计，均不考虑地震效应和风效应的组合，不考虑与抗震级别有关的内力调节系数。3、不同地震水准下的性能设计目前软件一次计算所涉及的性能设计内容均为同一地震水准下，规范中有关性能目的的规定是涉及小、中、大震（即多遇地震、设防烈度地震、罕遇地震）等

17、不同地震水准下的性能水准规定的。对此，工程师可采用软件提供的包络设计功能实现，将工程复制成3份，分别相应小、中、大震的计算成果，然后根据工程实际状况指定需要包络设计的构件，进行包络设计即可。4、性能设计时原则内力的调节解决对于剪重比、单薄层、0.2V0调节等需要参数设立的调节项目，软件将仍然按顾客设立的有关参数进行，例如，顾客已经在参数中设立了剪重比自动调节、单薄层自动放大调节、0.2V0调节等项目，软件在进行性能设计时仍进行这些调节，不会由于进行了性能设计而不再执行有关的参数，因此顾客应在性能设计计算时，取消本来对多遇地震计算设立的有关调节选项。对于框支柱地震内力调节等不需要参数控制而由软件自动进行调节的内容，软件自动取消调节。5、性能设计常用问题（1）哪些参数需要手工修改？剪重比、单薄层、0.2V0调节等提供参数选项的内容需要手工修改；