談?wù)劇朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計標準》（GB 50017-2017）（簡稱“鋼標”）的抗震設(shè)計，也稱之為“鋼結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計”，這是鋼標相對于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017-2003）（簡稱“鋼規(guī)”）變化最大的一部分內(nèi)容。

鋼標的抗震性能化設(shè)計具體怎么做，包括設(shè)計軟件中如何操作，已經(jīng)有一些文章進行了詳細闡述。本文并不準備去重復(fù)那些內(nèi)容，而只是打算就抗震設(shè)計的原理性問題以及幾個關(guān)鍵要點進行澄清，幫助你從概念層面的深入理解，以免給程序玩死（換句話說，看本文之前，應(yīng)該好好看過鋼標）。

另外還是得說明（雖然本該是結(jié)構(gòu)工程師的常識），程序是程序，規(guī)范是規(guī)范，程序僅僅代表了編程人員對規(guī)范的理解，可能對，也可能錯。倒是，規(guī)范理解不到位，做設(shè)計容易給程序玩殘。經(jīng)常有人問我，某某軟件計算結(jié)果紅了，怎么調(diào)？我一般回答，程序的操作問題，去問軟件客服。紅了綠了的事，用規(guī)范語言來描述，我才能跟你討論（似乎開篇說了一些廢話，抱歉抱歉……）

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

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

“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)范簡稱為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設(shè)計思路，均可達成大致相同的設(shè)防目標。結(jié)構(gòu)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延性等級確定對應(yīng)的地震作用的設(shè)計方法，本規(guī)范稱為‘性能化設(shè)計方法’……”

即，抗震并不是非得延性，高延性和低延性，都能實現(xiàn)抗震設(shè)防目標，可以進行選擇，怎么合理怎么做。從地震工程學(xué)的理論看，實際上就是下圖表達的等能量原理，結(jié)構(gòu)可以可以按照圖中不同的路徑抗震，不同曲線和橫坐標圍住的面積相同（即地震能量）即可。不同路徑對應(yīng)不同的彈性承載力和延性。

傳統(tǒng)的抗震設(shè)計是什么思路呢？抗規(guī)抗震設(shè)計的思路是，結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下會進入彈塑性。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，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來確定（等級高延性要求就高，當(dāng)然也不盡然）。

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

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

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

抗震性能化設(shè)計則是小震設(shè)計后，再進行中震設(shè)計。中震設(shè)計時，是在承載力和延性之間的平衡和選擇，實際上可能處于一個迭代循環(huán)過程，即假定塑性耗能區(qū)承載性能等級（與塑性耗能區(qū)的延性等級直接掛鉤，設(shè)防類別高的提高一檔），得到地震作用效應(yīng)，再進行構(gòu)件承載力抗震驗算（鋼標17.2.1~17.2.3條），以及機構(gòu)控制驗算（17.2.4~17.2.12條），如有問題則進行調(diào)整，循環(huán)計算。

塑性耗能區(qū)承載性能等級則與延性措施對應(yīng)，選擇了什么等級則要求在設(shè)計時采用對應(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，而是對應(yīng)不同的等級采用對應(yīng)的措施，這是與常規(guī)抗震設(shè)計方法最大的區(qū)別，也是體現(xiàn)其設(shè)計合理性的地方。

抗震性能化設(shè)計中，有幾個關(guān)鍵點，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，這兒說說性能系數(shù)。

性能系數(shù)是啥？性能系數(shù)是構(gòu)件的計算參數(shù)，按鋼標（17.2.2-1）計算。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)是計算地震作用效應(yīng)時候水平地震作用效應(yīng)的系數(shù)。另外需要注意，用來計算的地震作用是設(shè)防地震下的，即“中震”，換句話說，性能系數(shù)其實就是地震作用的折減系數(shù)（參見前面的強度-延性示意圖）。

還有一個實際性能系數(shù)，按下式計算，這是用來檢查你設(shè)定的性能系數(shù)是否合理的。需要注意，公式（17.2.2-2）中有印刷錯誤，水平地震和豎向地震在公式中搞反了。實際性能系數(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，即達到中震的多少分之一時屈服，1.0表示在中震時剛好屈服。顯然，實際性能系數(shù)不能小于設(shè)定的性能系數(shù)。

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

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

抗震性能化設(shè)計相對于傳統(tǒng)抗震設(shè)計，帶來的最大的好處，就在于設(shè)計的靈活化，而不是固定不變的強制性抗震措施。相信各位在以往的設(shè)計中，因為各種抗震措施（尤其是構(gòu)造措施）的要求導(dǎo)致你自己都覺得設(shè)計很不合理的情況比比皆是。而這些，都將是抗震性能化設(shè)計的用武之地。也就是說，抗震措施的區(qū)別化對待（包括各種抗震措施免除條件），是抗震性能化設(shè)計的優(yōu)勢所在。

舉個栗子：

鋼標的17.1.4條3款：

“3）其他構(gòu)件承載力標準值應(yīng)進行計入性能系數(shù)的內(nèi)力組合效應(yīng)驗算，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等級為Ⅴ級時，無須進行機構(gòu)控制驗算；”

條文說明解釋如下：

“當(dāng)按本規(guī)范進行性能化設(shè)計，采用低延性-高承載力設(shè)計思路時，無須進行機構(gòu)控制驗算，本規(guī)范第17.2.4條至17.2.12條為機構(gòu)控制驗算的具體規(guī)定，但當(dāng)性能系數(shù)小于1時，支撐系統(tǒng)構(gòu)件尚應(yīng)考慮壓桿屈曲和卸載的影響?！?/em>

好好去看看鋼標的17.2.4~17.2.12,有哪些內(nèi)容，就明白了。強柱弱梁？強節(jié)點弱構(gòu)件？柱腳極限承載力？這都不是事。

是不是覺得，原本要給玩死的設(shè)計，用抗震性能化設(shè)計似乎有戲了？恭喜你，你似乎找到門道了。如果這篇文章就這么一丁點對你有用，我都覺得值了。我就不再去多說啥寬厚比、長細比、節(jié)點域、支撐結(jié)構(gòu)等等這些帶來的不同了。希望你能在鋼標中有新的發(fā)現(xiàn)。如有疑問或者新發(fā)現(xiàn)，歡迎來一起分享和討論。