鋼結(jié)構(gòu)·抗震性能化設(shè)計概念梳理
抗震性能化設(shè)計的內(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)計法(三水準(zhǔn)兩階段)相比,性能化設(shè)計的新概念、新內(nèi)容較多,計算過程復(fù)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(shè)計過程都要由人來引領(lǐng)。從出發(fā)點(diǎn)到目的地,路徑要清晰,邏輯要嚴(yán)密?,F(xiàn)嘗試對性能化設(shè)計過程及基本概念進(jìn)行梳理。
一、傳統(tǒng)設(shè)計法VS性能化設(shè)計”:
1.傳統(tǒng)設(shè)計法是“低彈性承載力─高延性”的單一解決方案;性能化設(shè)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(biāo)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(biāo)2”,大震可能屈服,則需滿足低延性要求……;對于“性能目標(biāo)4”,大震接近嚴(yán)重破壞,需滿足高延性要求。
2.傳統(tǒng)設(shè)計法不直接驗(yàn)算中震;性能化設(shè)計的主要內(nèi)容就是對中震的驗(yàn)算??赡苁窍抻诋?dāng)初計算機(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)計即可,僅對少數(shù)建筑進(jìn)行彈塑性驗(yàn)算。
3.傳統(tǒng)設(shè)計法對同類構(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“普惠型”;性能化設(shè)計立足于承載力和變形能力的綜合考慮,具有很強(qiáng)的針對性和靈活性,堪稱“精準(zhǔn)投放、量體裁衣”。
4.傳統(tǒng)設(shè)計法的“中震可修”是通過放大小震的彈性內(nèi)力而間接實(shí)現(xiàn)的,對“中震可修”沒有具體控制指標(biāo),可操作性不強(qiáng);性能化設(shè)計直接驗(yàn)算中震,對承載力和變形均有明確的控制指標(biāo)。
5.傳統(tǒng)設(shè)計法的著重點(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;對超限工程也沒有具體設(shè)計方法。盡管根據(jù)建筑重要性分為甲乙丙丁類,但彈性設(shè)計的本質(zhì)沒變。傳統(tǒng)設(shè)計法是高延性大變形,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,對于使用功能不能中斷的建筑是不可行的。性能化設(shè)計可根據(jù)超限程度和震后使用功能要求,通過承載力、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.相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),性能化對于鋼結(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)計狀況控制,所以性能化設(shè)計主要用于“超限”和更高抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。而鋼結(jié)構(gòu)由非地震設(shè)計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)計法是久經(jīng)考驗(yàn)的安全可靠的主流方法。性能化設(shè)計是有適用范圍的,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)計的主流方向。