杨博士专刊 | 性能化设计之二（异化落地）

上期文章《性能化设计之一（方法由来）》对基于性能设计方法的提出、发展和我国标准规范中的体现进行了讨论，总结如下：

1) 基于性能设计方法的产生源于美、日等国近年来“人员死伤较少，但财产损伤巨大”的震害现象，这种现象是否也符合我国震害现状值得深入思考；

2) 基于性能设计方法通过指定性能目标和对应的更加精细性能水准，使得业主和设计师拥有更加宽泛的设计选择可能性；

3) 基于性能设计方法在我国经历了20余年的发展，实际工程应用与相关标准规范也在不断完善中。

本期文章我们介绍一下各种抗震设计思想，以及基于性能抗震设计方法在我国的异化落地。

若用精简的一句话来说明基于性能设计方法，如下描述应是恰当的：“基于业主需求的个性化设计”。但在我国的工程实践中，基于性能设计方法被转变为“基于专家审查的精细化设计”，若要理解这种异化，需首先了解各种抗震设计思想的演化与发展。

抗震设计思想与方法演化

针对建筑结构抗震设计方法，前人做过较多研究工作，包括基于承载力的抗震设计、基于位移的抗震设计、基于延性的抗震设计、基于能量的抗震设计、基于损伤的抗震设计、基于能力的抗震设计以及基于性能的抗震设计。

1) 基于承载力的抗震设计。强度设计是最基本的抗震设计方法，基于构件强度的承载力设计被各国抗震设计规范广泛采用并沿用至今。从静力到动力，从弹性到弹塑性，构件承载力设计方法在不断被研究和进步过程中。当然，单一指标的构件强度设计和承载力验算被震害反复证明是不全面的，应发展其他抗震设计方法作为补充或改进。

2) 基于位移的抗震设计。我国《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ 11-74中首次加入了抗震变形验算。一般认为，变形验算方法是基于承载力抗震设计方法的必要补充。虽然各国规范中已经给出了一些对应着结构破坏程度或倒塌的变形限值，但是由于结构楼层及构件布置的复杂性，变形验算的限值和方法仍有待继续深入研究和进步。延性设计也是一种基于位移的抗震设计方法，虽然对构件延性认识取得了很多成果，但是对于整体结构的延性认识还比较模糊并有待深入。

3) 基于能量的抗震设计。结构抗震设计方法不仅仅局限于“力”和“位移”，Housner在1965年提出了基于能量的设计思想，该方法认为应该以力和位移的乘积，即地震力所作的功，或地震输入能量作为设计依据，经过抗震设计的结构应该能够抵御从地面吸收的能量而不发生破坏。基于能量的抗震设计思想产生以来，发展出了能量谱等概念，但研究多以等效单质点体系为基础，实用化的基于能量抗震设计方法仍有待深入。

4) 基于损伤的抗震设计。材料、构件及结构的量化损伤指标可考虑结构在大震下的变形和累计耗能，便于工程设计时采纳与应用。材料损伤一般通过非线性本构进行描述，构件和结构损伤可通过材料损伤概念演化而来。基于损伤的抗震设计之所以被重视，主要是因为损伤概念符合对结构破坏过程的一般认识，可通过损伤指数描述结构从无损到破坏的全过程，损伤指数具有单调增加且不可逆的特征。较早给出的常用损伤模型为Park在1985年提出，是位移与能量耗散的线性组合，后经不断发展和完善。与其将基于损伤的抗震设计看做是引入了一种新抗震思想，不如说是引入了一种更加适合描述结构破坏的评估准则。

5) 基于能力的抗震设计。Park在1975年提出了基于能力的抗震设计思想，该方法针对结构大震作用下的弹塑性反应，预设结构屈服位置和耗能机构，并经专门设计以提高结构耗能部位延性。基于能力的抗震设计方法可以通过承载力、位移和能量设计方法得以实现，对于框架等简单结构形式相对容易实现，而对于复杂建筑结构形式的抗震性能预估则存在较大困难。基于能力的抗震设计方法与基于性能的抗震设计方法是不同的，基于能力的抗震设计方法强调结构抗震性能的预估和多抗震防线设置，基于性能抗震设计方法除强调结构自身抗震性能外，还强调结构在使用寿命期内对建筑正常使用功能的保障。

看起来很美的基于性能设计方法

基于性能设计方法看起来很美，但有相当理想化的成分在其中：

1) 基于业主需求。真实业主并一定能参与到建筑结构实际设计过程之中。即使业主可以参与设计，真能正确理解建筑结构抗震性能吗？

2) 个性化设计。建筑结构的个性化体现在结构从严设计或从宽设计的尺度把握上。从宽设计涉及到公共安全红线，敢有个性吗？从严设计涉及到为不确定的地震大幅提高成本造价，有几个业主会真正愿意？

3) 工程师主导。结构工程师在项目设计中的话语权是很弱的，如何主导和确定性能目标？借基于性能设计之名，行大幅降低结构造价之实，结构工程师能阻止得了吗？

基于性能设计方法的异化

历经二十余年的发展，基于性能设计方法在我国演化为“基于专家审查的精细化设计”，这种异化是有其合理性的，既部分实现了基于性能设计思想，也可适应我国现实情况：

1) 结构设计可一定程度融入了业主与建筑功能需求。1~5性能水准由A~D性能目标确定，自然可反映部分建筑功能需求。

2) 适应我国震害严重的历史与现实情况。要清楚基于性能设计方法源于美、日等发达国家近年来“人员死伤较少，但财产损伤巨大”的震害现象，而我国2008年汶川地震放映出的情况仍然是“人员死伤众多，且财产损伤巨大”，这将引导我们在实现性能化设计时走向更多考虑保证结构基本安全的“从严设计”路线。

3) 顾及结构工程师的现实能力和行业地位。结构工程师在从业过程中难以对抗经济利益驱动的结构成本控制倾向，“专家审查”具有保障结构专业话语权和结构基本安全的重要价值。

小结

总结一下基于性能抗震设计方法在我国的异化落地：

(1) 存在多种抗震设计思想与方法，并且都在不断演化和进步过程中；

(2) 从具体工程实践可以看出，基于性能（Performance）抗震设计方法在我国的实现更接近于基于能力（Capacity）抗震设计方法，这是符合国情的现实选择；

(3) “专家审查”在现阶段我国建筑结构抗震设计过程中仍然是必要的，若无此屏障，在真实业主普遍缺失的情况下，基于性能抗震设计将更加容易被改变为“基于成本控制的抠底线设计”。

END

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