建筑结构丨中国建研院肖从真大师：复杂高层建筑性能化设计新探索

全国工程勘察设计大师，中国建筑科学研究院有限公司副总经理、首席科学家肖从真在“纵横论道——第四届结构性能化设计论坛暨《建筑结构抗震性能化设计标准》宣贯交流会”上作了题为《复杂高层建筑性能化设计新探索》，现分享给大家！

报告主要分为四部分：现行抗震设计方法、破坏模式的控制、延性的设计、发展与展望。

一、现行抗震设计方法

我国现行抗震设计方法分为两阶段设计，第一阶段为小震弹性计算+抗震措施，第二阶段为弹塑性变形验算。其中第一阶段与第二阶段的弹塑性变形验算共同保证“三水准设防目标”，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。

抗震措施有内力调整和构造措施。内力调整控制破坏模型，构造措施，如最小配筋率、配箍率等，保证延性。

内力调整中，内力调整中剪重比调整的作用为通过对结构总水平地震剪力和各楼层水平地震剪力进行楼层最小剪力限制，保证其抗剪能力，反映了地震作用的不确定性及地面地震运动速度、位移对结构的影响，以弥补加速度反应谱法的不足。框架剪力0.2V0调整可以控制破坏模式，软件弹性分析无法考虑剪力墙开裂后的影响，因此需要让框架至少承担20％的地震力，以确保框架的二道防线的作用。复杂结构内力调整作用为软件弹性分析无法考虑剪力墙开裂后的影响，因此需要让框架至少承担20％的地震力，以确保框架的二道防线的作用。强柱弱梁的作用为通过弯矩增大系数，放大柱端截面弯矩，保证同一节点柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力，出现“梁铰机制”，实现“强柱弱梁”。强剪弱弯作用为通过剪力增大系数使构件的受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力，防止梁、柱和抗震墙底部在弯曲屈服前出现剪切破坏。

规则性要求为平面、竖向规则性，是这个体系成立的关键保障，也是限制建筑创作的主要因素之一。

现阶段抗震性能化设计存在问题：在性能目标的选取上，对各个性能目标缺乏结构体系的整体控制；构件实际性能与性能目标的相对关系不甚明确；强度与延性需求没有对应关系。

对复杂建筑结构问题更加明显，复杂建筑结构有时是由于功能需要造成的，是无法完全避免的。

二、破坏模式的控制

预设屈服模式设计方法的关键技术1为合理的屈服模式，通过分别预设中、大震下结构的屈服模式，逐步控制结构破坏顺序。预设方法为：1）根据弹塑性计算结果：通过对整体结构进行弹塑性分析，获得这些可屈服构件的刚度折减系数，再对整体结构进行反应谱法设计，直接确定需要保持弹性构件的配筋。2）直接指定：直接指定部分构件的刚度折减系数，也就是指定这些构件的损伤情况，这部分构件在反应谱分析后，可以根据得到的内力进行配筋。

预设屈服模式设计方法的关键技术2为真实、准确的刚度折减系数，通过结构动力弹塑性分析方法获得结构构件刚度折减系数，可反映结构的真实受力状态，提高计算准确性。

预设屈服模式设计方法的关键技术3为便于设计人员理解、使用的设计流程，采用对整体结构进行反应谱法分析，既便于设计人员理解和应用，也可以避免直接进行弹塑性时程设计必须面对的选波难题。

三、延性的设计

箍筋设计的痛点问题有：缺乏合理的结构延性需求确定方法，无法针对不规则结构和不规则部位进行性能化设计；无法量化构件性能与延性构造的关系；无补救措施（既有建筑）。

延性设计关键技术1为构件延性需求的合理确定方法。在非线性动力时程分析基础上，建立构件的实际受力变形与试验变形之间的对应关系，使得构件可以采用试验获得的极限变形能力计算公式进行变形能力设计。

延性设计关键技术2为精确、量化的箍筋计算方法。结构延性众多因素影响，且各影响因素相互关联，导致箍筋设计无量化的计算方法，而采用大数据、机器学习的技术可为钢筋混凝土结构精确、量化地进行箍筋设计提供有效途径。

延性设计关键技术3为精确、量化的箍筋计算方法。新建结构中，更好地保证高延性需求构件的变形能力，减少低延性需求构件的配箍要求，便于施工和保障工程质量；既有建筑改造中，延性设计方法可以定量确定构件配箍和极限位移角、轴压比等的关系，让加固改造的手段更灵活有效。

相比传统加固方法，延性设计方法可以定量计算构件在地震下的配箍需求，准确判断既有建筑是否需要加固及如何更有效地加固，提升安全性的同时，兼顾了经济性。对于既有建筑结构加固改造，通过延性设计方法，降低构件位移角需求以使原始配箍满足需求，具有良好的加固效果，为解决既有建筑结构箍筋加固中无补救措施的难题提供了有效途径。

四、发展与展望

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责任编辑：程哲

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