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中国院朱炳寅总工给出的定义：根据工程的具体情况，确定合理的抗震性能目标，采取恰当的计算和抗震措施来满足抗震性能目标的要求。 2010年颁布的《抗规》和《高规》中均增加了结构抗震性能化设计的内容。根据结构的重要性，震后损失和修复的难易程度等即可确定结构的抗震性能目标，高规中分为A、B、C、D四个等级，四个等级的性能目标从高至低，但均不低于原来的三水准的抗震设防要求。结构构件根据其重要程度分为关键构件、普通竖向构件和耗能构件，采用相同的抗震性能目标时，不同构件类型的抗震性能要求有所区别。 结构的抗震性能目标应该包含构件的承载力和变形两个方面的要求。根据等能量原理，提高承载力的同时必然要降低延性的要求。目前《高规》和《抗规》中规定的主要手段是提高重要构件的抗震承载力，使其在中震或大震作用下满足中的弹性设计或不屈服设计的要求。 （1） 弹性设计 构件的抗震承载力应符合下式要求： 式中： 承载力性能要求中，不考虑与抗震等级相关的构件内力调整（强柱弱梁系数、强剪弱弯系数、强节点弱构件系数等），地震作用根据相应地震水准的地震影响系数最大值进行计算，荷载组合中不考虑与风荷载的组合。 （2）不屈服设计 构件的抗震承载力应符合下式规定：
与弹性设计方法相比，不考虑荷载分项系数、不考虑抗震承载力调整系数及材料强度取标准值。弹性设计相较不屈服设计，安全储备更高，抗震要求更严。 弹性设计方法和不屈服设计方法，结合不同的地震水准，又可以具体分为中震弹性、中震不屈服、大震弹性、大震不屈服四种，具体可以参见表1。 表1 结构性能目标与构件性能要求对应关系
一般而言，仅对结构中的关键构件或普通竖向构件有中（大）震弹性设计或不屈服设计的要求，对于其他构件则无此要求。在设防烈度地震或者罕遇地震作用下，耗能构件甚至普通的竖向构件会出现混凝土开裂、钢筋屈服，进入塑性耗能状态，对于此类构件，应对其刚度进行折减，并对结构的阻尼比适当进行增加。 现有方法及主要问题 2 《高规》中规定对于第1和第2性能水准的结构，在中、大震作用下可以采用弹性的设计方法，对于第3、4、5性能水准的结构应该进行弹塑性分析，但具体应该如何利用弹塑性分析的结果进行构件承载力设计并未给出具体明确的要求。 如图1所示，在PKPM软件中，可根据相应结构的性能目标，选择中震弹性设计、中震不屈服设计、大震弹性设计和大震不屈服设计四种方法。对于每一种模型，需要分别定义结构的阻尼比以及连梁刚度折减系数。定义好中震和大震设计模型以后，即可在每一个子模型中，分别指定构件的性能目标，最后程序根据指定的性能目标，对于构件采用多模型包络的设计结果。 图1 SATWE性能化设计对话框 现有方法存在以下几个问题： （1）在未进行弹塑性分析之前，很难准确估计结构在中震和大震作用下构件的刚度退化情况以及考虑构件塑性耗能后附加给结构的阻尼比，仅能由工程师根据经验确定。 （2）地震作用下不同位置耗能构件的损伤程度不同，与其对应的刚度折减系数也应不同。 （3）地震作用下不仅连梁会进入屈服耗能阶段，框架梁甚至部分普通竖向构件也会屈服耗能，这部分构件的刚度折减也应考虑。 以上问题都会导致采用现有方法对结构进行中震或大震等效弹性分析时得到的内力失真，进而影响构件配筋。 为解决第2节中现有方法存在的问题，主要有以下两种解决方案： 方案1：通过弹塑性分析准确得到耗能构件在中、大震作用下的刚度折减系数以及由于这部分构件塑性耗能所附加给结构的阻尼比。考虑耗能构件的刚度折减和附加阻尼比，对结构进行中震或大震作用下的等效弹性分析，得到重要构件的内力与配筋。 方案1 构件设计流程图 方案2：通过弹塑性分析得到重要构件在中震或大震作用下的内力，进而按照弹性设计或不屈服设计的要求对构件进行配筋。 方案2 弹性设计流程图 方案1中基本的构件设计方法与现行规范方法相同，仍为等效弹性设计方法，通过反应谱分析确定地震工况内力，仅是通过弹塑性分析来确定构件的刚度折减系数以及附加阻尼比。该方案已经在SAUSG-Design软件中得以实现。 相较于方案1，方案2有较多的理论问题有待研究： （1） 地震波的离散性问题：相较于反应谱分析，时程分析由于存在选波的问题，因而结果具有很大的离散性。这样就会出现选取不同的地震波，设计结果不同的问题，因而如何解决地震波的离散性是一个非常关键的问题。 （2） 工况内力组合问题：不论是弹性设计还是不屈服设计，都涉及到竖向荷载和地震工况的内力组合，弹性设计采用的是基本组合，而不屈服设计采用的是标准组合。众所周知，非线性分析是不支持单工况结果的线性叠加的，因而需要将荷载顺次进行加载并分析，如果模型中存在部分构件要进行弹性设计，部分构件要进行不屈服设计，这样模型的计算量将会翻倍。 （3） 时程分析内力提取问题：地震波加载过程中，每一个时刻的内力都在变化，根据每一个时刻的内力进行设计，而后对于所有时刻的配筋结果取包络，固然能够得到准确的计算结果，但由此带来的计算量问题不可忽视。还有一种解决方法是提取轴力、弯矩和剪力最大时刻的内力进行设计，对于框架梁这种抗弯构件，提取弯矩最大值或最小值进行设计没有太大问题，但是对于框架柱或剪力墙这种压（拉）弯构件，轴力和弯矩对于构件配筋同时起作用，此时取轴力最值或弯矩最值进行设计，均不能保证最终设计结果的安全性。 本文首先介绍了高规和抗规中对于抗震性能化设计的基本规定。然后介绍了目前进行性能化设计的主要方法以及存在的主要问题。为解决这些问题，本文最后一节介绍了两种解决方案的实现流程以及一些待研究的问题，方案1已经在SAUSG-Design软件中实现，用户进行性能化设计时可以直接使用，方案2目前还处于研究阶段，也欢迎工程师给出你们的建议和思考。 |
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