《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》解說專題（4）

抗震性能化設(shè)計(jì)

談?wù)劇朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）（簡稱“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

±《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）（簡稱“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)的原理性問題以及幾個關(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，看本文之前，

應(yīng)該好好看過鋼標(biāo)）。

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(jì)容易給程序玩殘。經(jīng)常有人問

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(jì)vs傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，原理上的差異是啥？

在前兒篇解讀文章中已經(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)定的延性等級確定對應(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)可以可以按照圖中不同的路徑抗

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

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來確定（等級高延性要求

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，

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(jìn)行構(gòu)件

承載力抗震驗(yàn)算（鋼標(biāo)17.2.117.2.3條），以及機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算

（17.2.4~17.2?12條），如有問題則進(jìn)行調(diào)整，循環(huán)計(jì)算。

塑性耗能區(qū)承載性能等級則與延性措施對應(yīng)，選擇了什么等級則

要求在設(shè)計(jì)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(jì)方法最大的區(qū)別，也是體現(xiàn)其沒計(jì)合理性的地方。

抗震性能化設(shè)計(jì)中，有幾個關(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，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(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。

17.2.2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能系數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算；

(17.2.2-1)

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)時候水平

地震作用效應(yīng)的系數(shù)。另外需要注意，用來計(jì)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(shí)就是地震作用的折減

系數(shù)(參見前面的強(qiáng)度-延性示意圖)。

17.2.3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：

+QSEHIZ+0.45卜：起(17.2.3~1)

SEZ(17.2.3-2)

式中：S口——構(gòu)件設(shè)防地震內(nèi)力性能組合值(N)；

——構(gòu)件重：力荷轂代表值產(chǎn)生的效應(yīng)，按現(xiàn)行國家

標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011或《構(gòu)筑

物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50191的規(guī)定采用(N)；

S四八SE*2——分別為按彈性或等效彈性計(jì)算的構(gòu)件水平設(shè)防

地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、8度且高度大于50m時

按彈性或等效彈性計(jì)算的構(gòu)件豎向設(shè)防地震作

用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；

Rk按屈服強(qiáng)度計(jì)算的構(gòu)件實(shí)際截面承載力標(biāo)準(zhǔn)值

2

(N/mm)o

還有一個實(shí)際性能系數(shù)，按下式計(jì)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(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

之一時屈服，L0表示在中震時剛好屈服。顯然，實(shí)際性能系數(shù)不能

小于設(shè)定的性能系數(shù)。

框架結(jié)構(gòu)：

俱=(WE/y-MGE-0.)/MEvk2(17.2.2-2)

支撐結(jié)構(gòu)：

Ca_(NbrNGE4NEvk2)/1799Q\

窗―一不加而醞—(17.2.2-3)

那么，對于支撐結(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)，能帶來什么好處？

抗震性能化設(shè)計(jì)相對于傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，帶來的最大的好處，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，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(jì)的優(yōu)勢所在。

舉個栗子：

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)件延性等級為V級時，無須進(jìn)行機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)算；”

條文說明解釋如下：

“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,

無須進(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，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)對你有

用，我都覺得值了。我就不再去多說啥寬厚比、長細(xì)比、節(jié)點(diǎn)域、支

撐結(jié)構(gòu)等等這些帶來的不同了。希望你能在鋼標(biāo)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。

四、抗震性能化設(shè)計(jì)vs傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)，如何選擇？

前文已經(jīng)談過規(guī)范的選擇問題，主要是抗規(guī)體系和鋼標(biāo)抗震性能

化設(shè)計(jì)的選擇，不再多說規(guī)范選擇的邏輯問題，只是談怎么選擇設(shè)計(jì)

更合適更合理的問題。

鋼標(biāo)條文說明對抗震性能化設(shè)計(jì)有如下說明：

“另外，對于很多結(jié)構(gòu)，地震作用并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因

素，其構(gòu)件實(shí)際具有的抗震承載力很高，因此抗震構(gòu)造可適當(dāng)降低,

從而降低能耗，節(jié)省造價。”

因此，用句大白話說，只要是按照常規(guī)抗震設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)給抗震

措施（包括構(gòu)造）整得不舒坦的，你就得考慮用用抗震性能化設(shè)計(jì)了。

當(dāng)然，用規(guī)矩的語言說，就是地震作用不是那么大，風(fēng)荷載或者變

形控制等等都導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力較高的情況，都將是抗震性能化設(shè)計(jì)低

延性路徑的適用場合。

其實(shí)經(jīng)常做工業(yè)廠房尤其是普鋼廠房的應(yīng)該早就知道了，在抗規(guī)

的9.2節(jié)就已經(jīng)采