本文通过对GB50017-2017《钢结构设计标准》第17章-钢结构抗震性能化设计的概括总结,以期梳理出钢结构抗震性能化设计的本质,促进对性能化设计的理解及应用。
一、原理
“等能量原理”,在地震能量输入相同的条件下,结构延性越好,弹性承载力要求越低,反之,结构延性越差,则弹性承载力要求越高,即“高延性-低承载力、低延性-高承载力”。
二、基本思路
钢结构抗震性能化设计的思路是进行塑性机构控制,即控制结构的破坏路径。
塑性耗能区:构件首先进入塑性变形并消耗能量的区域,即为设计预定的屈服部位;
例如,框架梁端、支撑、耗能梁段等宜设为塑性耗能区;
三、基本方法
两条腿走路:承载验算—性能系数;构造措施—延性等级;
性能系数:依据塑性耗能区的实际承载力来确定,即结构在设防地震作用下,按弹性设计所需屈服强度的折减系数;因此,承载性能等级1~7,性能目标依次降低,性能系数(最小值)即“折减系数”依次减小,则构件(塑性耗能区)承载力越小,易首先进入塑性变形,延性要求越高。
除框架-偏心支撑结构外构件性能系数排列:框架柱>框架梁>支撑;
框架-偏心支撑结构的构件性能系数排列:框架柱>支撑>框架梁>消能梁段;
延性等级:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ延性依次变差,延性等级依次降低,承载力则由小到大,性能系数由小变大,性能等级数由大变小(7~1);
构造措施:目的是保证节点破坏不先于构件破坏,按表17.1.4-2确定延性等级,并按17.3节对不同延性等级的要求采取对应抗震措施;
四、本质
抗震设计的本质是控制地震施加给建筑物的能量,弹性变形与塑性变形(延性)均可消耗能量。
那么性能化抗震设计的本质就是:结构根据预先(人为)设定的延性高等级(高低)确定对应(性能等级)的地震作用大小的设计方法。
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