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midasBuilding性能设计手册

1.规范背景

（1）性能设计的核心理念

对不同地震动、不同构件、同一构件的不同内力指定不同的性能目标（或性能水准）进行设计，保证结构在地震作用下的安全性能（承载力、继续承载的能力）和使用性能。

（2）规范中的基本性能要求

a.小震不坏、中震可修、大震不倒

对不同地震动作用下的结构整体提出不同的性能要求，保证在不同地震动作用下结构整体的安全和正常使用，规范通过两阶段设计方法实现该性能目标。

Ø第一阶段设计：

通过小震作用下的承载力和变形计算、以及抗震措施满足小震不坏、中震可修的性能要求

Ø第二阶段设计：

通过弹塑形变形验算满足大震不倒的性能要求。

b.强柱弱梁、强墙肢弱连梁

对不同构件提出的不同性能要求，通过次要构件的损伤和破坏耗能，保证关键构件的安全，规范通过强柱弱梁系数（或墙肢弱连梁系数）或动力弹塑形分析验算。

Ø强柱弱梁系数（或墙肢弱连梁系数）：

抗规6.2.2要求一级框架结构和9度一级框架为1.2，其它低等级为1.1（抗规6.2.2条文说明）。

Ø弹塑形分析：

通过动力弹塑形分析确认构件的出铰顺序，要求连梁要快于墙肢，框架梁要快于框架柱出铰。

c.强剪弱弯

对同一构件的不同内力提出的不同性能要求，通过弯曲的损伤和破坏耗能，保证构件剪切安全，规范通过截面剪压比、强剪弱弯系数或动力弹塑形分析验算。

Ø最小剪压比要求

Ø强剪弱弯系数：

抗规6.2.4要求一级框架结构和9度一级框架的框架梁、连梁为1.1，其它低等级可取1.0（条文说明）；抗规6.2.5要求一级框架结构和9度一级框架的框架柱和框支柱为1.2，其它低等级可取1.0（条文说明）；抗规6.2.8要求9度一级剪力墙为1.1，其它低等级可取1.0（条文说明）；

Ø弹塑形分析：

通过动力弹塑形分析确认同一构件的不同铰类型出现顺序，要求弯矩铰要快于剪力铰出现。

（3）规范中的性能设计方法

抗规和高规要求的性能设计是比上述基本性能要求更严格的、更具体化的设计。

a.需要做性能设计的工程项目

Ø超限工程

高度超限、规则性超限及其它规范要求项目超限时，因为目前对超限工程的理论和实践经验不充足，需要对这些工程进行更严格的设计。

Ø使用上有特殊要求的工程

核设施、特殊化学物品或贵重物品储藏设施等有必要做更严格设计的工程。

Ø使用业主有特殊要求的工程

b.抗规的性能设计方法

抗规3.10和抗规附录M将性能目标分为1、2、3、4个等级，并给出了性能化设计的方法。

下表是抗规附录M中提供的各性能目标的承载力计算方法和变形目标控制值。

性能

要求

地震作用

破坏描述

（承重构件）

承载力计算公式（S≤R/γRE）及说明

变形参考值

γG、γE、γRE

内力调整系数

备注

性能1

小震

完好

考虑

包含风荷载

设计值

考虑

常规设计

远<[∆ue]

中震

完好

考虑

不包含风荷载

设计值

考虑

M.1.2-1

<[∆ue]

大震

基本完好

考虑

不包含风荷载

设计值

不考虑

M.1.2-2

可能略>[∆ue]

性能2

小震

完好

考虑

包含风荷载

设计值

考虑

常规设计

远<[∆ue]

中震

基本完好

考虑

不包含风荷载

设计值

不考虑

M.1.2-2

可能略>[∆ue]

大震

轻~中等破坏

考虑

不包含风荷载

极限值

不考虑

M.1.2-4

<2[∆ue]，

有轻微塑性变形

性能3

小震

完好

考虑

包含风荷载

设计值

考虑

常规设计

明显<[∆ue]

中震

轻微损坏

不考虑

不包含风荷载

标准值

不考虑

M.1.2-3

<2[∆ue]

大震

中等破坏

不考虑

不包含风荷载

极限值

不考虑

M.1.2-4

超过极值后

降低少于5%

<4[∆ue]，

有明显塑性变形

性能4

小震

完好

考虑

包含风荷载

设计值

考虑

常规设计

<[∆ue]

中震

轻~中等破坏

不考虑

不包含风荷载

极限值

不考虑

M.1.2-4

<3[∆ue]

大震

不严重破坏

不考虑

不包含风荷载

极限值

不考虑

M.1.2-4

超过极值后

降低少于10%

=<0.9[∆up]

Ø[∆ue]、[∆up]：

分别为弹性位移角限值和弹塑性位移角限值

Ø远小于、明显小于、略大于弹性位移限值的标准需由用户自行决定，程序建议“远小于”的标准取小于弹性位移限值的80%，“明显小于”的标准取小于弹性位移限值的90%，“略大于”的标准取大于弹性位移限值的110%。

Ø承载力计算公式如下

（M.1.2-1）

（M.1.2-2）

（M.1.2-3）

（M.1.2-4）

γG、γE、γRE：

分别为重力荷载分项系数、地震作用分项系数、承载力抗震调整系数；

SGE、SEK：

分别为重力荷载代表值的效应和地震作用标准值的效应

I2：

表示设防地震动，隔震结构包含水平向减震影响；

I：

表示设防烈度地震动或罕遇地震动，隔震结构包含水平向减震影响；

λ：

按非抗震性能设计考虑抗震等级的地震效应调整系数；

ζ：

考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响。

Ø性能1属于“小震不坏、中震不坏、大震不坏”；性能2属于“小震不坏、中震不坏、大震可修”；性能3属于“小震不坏、中震小修、大震不倒”；性能4属于“小震不坏、中震可修、大震不倒”。

性能4接近于规范的基本性能设计要求，但大震变形参考值要更严格一些。

Ø性能2的中震设计相当于过去的“中震弹性”设计，性能3的中震设计相当于过去的“中震不屈服”设计。

Ø中震和大震均不考虑风荷载

c.高规的性能设计方法

新高规3.11.1条将性能目标分为A、B、C、D，并给出了各性能目标在各地震动（小震、中震、大震）作用下的性能水准要求，性能水准分为1、2、3、4、5个等级。

性能目标

性能

水准

地震水准

小震

中震

大震

Ø新高规3.11.3条中对关键构件、普通竖向构件、耗能构件、大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件的各内力成分给出了计算公式（见下表）。

性能

目标

要求

地震作用

构件性能

水准要求

普通结构中的关键构件

普通竖向构件

耗能构件

轴力

弯矩

剪力

轴力

弯矩

剪力

轴力

弯矩

剪力

目标A

小震

常规设计

中震

3.11.3-1

大震

3.11.3-1

3.11.3-2

3.11.3-1

目标B

小震

常规设计

中震

3.11.3-1

3.11.3-2

3.11.3-1

大震

3.11.3-2

3.11.3-1

3.11.3-2

3.11.3-1

3.11.3-3（a）

3.11.3-2

目标C

小震

常规设计

中震

3.11.3-2

3.11.3-1

3.11.3-2

3.11.3-1

3.11.3-3（a）

3.11.3-2

大震

3.11.3-2

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

目标D

小震

常规设计

中震

3.11.3-2

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

大震

3.11.3-2

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

3.11.3-3（a）

3.11.3-4、5

性能

要求

地震作用

构件一般

水准要求

大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件

轴力

弯矩

剪力

目标A

小震

常规设计

中震

3.11.3-1

大震

3.11.3-1

目标B

小震

常规设计

中震

3.11.3-1

大震

3.11.3-3（b）

3.11.3-1

目标C

小震

常规设计

中震

3.11.3-3（b）

3.11.3-1

大震

3.11.3-3（b）

3.11.3-2

目标D

小震

常规设计

中震

3.11.3-3（b）

3.11.3-2

大震

3.11.3-2

Ø“关键构件”是指该构件的失效可能引起结构的连续破坏或危及生命安全的严重破坏的构件，例如底部加强部位的重要竖向构件（底部加强区剪力墙、框架柱）、水平转换构件及与其相连竖向支承构件（转换梁、框支柱）、大跨连体结构的连接体及与其相连的的竖向支承构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支承构件、承托上部多个楼层框架柱的腰桁架、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱、扭转变形很大部位的竖向（斜向）构件、重要的斜撑构件；

Ø“普通竖向构件”是指“关键构件”之外的竖向构件；

Ø“耗能构件”包括框架梁、剪力墙连梁及耗能支撑等

Ø程序会自动判别普通结构中的关键构件、普通竖向构件、耗能构件、大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件（大跨构件和长悬臂构件），用户也可以指定具体构件的构件类型。

Ø可以说高规的性能目标和性能水准主要针对对象为结构整体，抗规的性能目标和性能水准主要针对对象为结构构件。

目前程序中既可以指定结构也可以指定构件的性能目标和性能水准。

Ø高规的计算公式说明如下

计算公式

公式

承载力计算公式（S≤R/γRE）及说明

γG、γE、γRE

竖向地震分项系数

内力调整系数

小震

常规设计公式

考虑

包含风荷载

0.5（竖向为主时1.3）

设计值

考虑

3.11.3-1

中震

考虑

不包含风荷载

0.5（竖向为主时1.3）

设计值

不考虑

大震

考虑

不包含风荷载

0.5（竖向为主时1.3）

设计值

不考虑

3.11.3-2

中震

不考虑

不包含风荷载

0.4

标准值

不考虑

大震

不考虑

不包含风荷载

0.4

标准值

不考虑

3.11.3-3（a）

中震

不考虑

不包含风荷载

0.4

极限值

不考虑

大震

不考虑

不包含风荷载

0.4

极限值

不考虑

3.11.3-3（b）

中震

不考虑

不包含风荷载

1.0

标准值

不考虑

大震

不考虑

不包含风荷载

1.0

标准值

不考虑

3.11.3-4、5

中震

不考虑

不包含风荷载

标准值

不考虑

大震

不考虑

不包含风荷载

标准值

不考虑

Ø高规的性能设计中对进入屈服的构件的验算公式没有阐述，本资料参考抗规增加了3.11.3-3（a）公式，且将原公式中3.11.3-3公式编号修改为3.11.3-3（b）。

待新高规印刷版发布后再重新核对修改。

Ø高规的性能设计中对中震的变形目标控制限值和水准1、2的大震的变形目标控制限值没有详细说明，程序建议高规的变形控制目标可参考抗规要求。

Ø高规的各性能水准的宏观和具体构件的损坏程度如下

结构抗震

性能水准

宏观损坏程度

损坏部位

继续使用的可能性

关键构件

普通竖向构件

耗能构件

完好、无损坏

无损坏

不需修理即可继续使用

基本完好、轻微损坏

无损坏

轻微损坏

稍加修理即可继续使用

轻度损坏

轻微损坏

轻度损坏、部分中度损坏

一般修理即可继续使用

中度损坏

轻度损坏

部分构件中度损坏

中度损坏、部分构件比较严重损坏

修复或加固后可继续使用

比较严重损坏

中度损坏

部分构件比较严重损坏

比较严重损坏

需排险大修

d.高规和抗规的性能目标对比

构件

性能目标

小震

中震

大震

比较结果

宏观

高规A

完好、无损坏

基本完好、轻微损坏

接近

抗规1

完好

基本完好

高规B

完好、无损坏

基本完好、轻微损坏

轻度损坏

接近

抗规2

完好

基本完好

轻~中等破坏

高规C

完好、无损坏

轻度损坏

中度损坏

接近

抗规3

完好

轻微损坏

中等破坏

高规D

完好、无损坏

中度损坏

比较严重损坏

抗规稍严

抗规4

完好

轻~中等破坏

不严重破坏

关键构件

高规A

无损坏

高规稍严

抗规1

完好

基本完好

高规B

无损坏

轻微损坏

高规稍严

抗规2

完好

基本完好

轻~中等破坏

高规C

无损坏

轻微损坏

轻度损坏

高规稍严

抗规3

完好

轻微损坏

中等破坏

高规D

无损坏

轻度损坏

中度损坏

高规稍严

抗规4

完好

轻~中等破坏

不严重破坏

普通竖向构件

高规A

无损坏

接近

抗规1

完好

基本完好

高规B

无损坏

轻微损坏

接近

抗规2

完好

基本完好

轻~中等破坏

高规C

无损坏

轻微损坏

轻~中度损坏

接近

抗规3

完好

轻微损坏

中等破坏

高规D

无损坏

轻~中度损坏

中~比较严重损坏

接近

抗规4

完好

轻~中等破坏

不严重破坏

耗能构件

高规A

无损坏

轻微损坏

抗规稍严

抗规1

完好

基本完好

高规B

无损坏

轻微损坏

轻~中度损坏

抗规稍严

抗规2

完好

基本完好

轻~中等破坏

高规C

无损坏

轻~中度损坏

中~比较严重损坏

抗规稍严

抗规3

完好

轻微损坏

中等破坏

高规D

无损坏

中~比较严重损坏

比较严重损坏

抗规稍严

抗规4

完好

轻~中等破坏

不严重破坏

e.材料强度设计值、标准值、极限值

承载力计算中使用的混凝土、钢筋、钢材的强度设计值、标准值、极限值大小如下。

●砼材料强度的设计值、标准值、极限值（单位N/mm2）

强度

种类

砼强度等级

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

C65

C70

C75

C80

设计值

7.2

9.6

11.9

14.3

16.7

19.1

21.1

23.1

25.3

27.5

29.7

31.8

33.8

35.9

标准值

10.0

13.4

16.7

20.1

23.4

26.8

29.6

32.4

35.5

38.5

41.5

44.5

47.4

50.2

极限值

13.2

17.6

22.0

26.4

30.8

35.2

39.6

44.0

48.4

52.8

57.2

61.6

66.0

70.4

Ø根据抗规附录M.1.2条文说明，砼材料极限值取其立方体强度的0.88倍。

Ø计算RC梁或柱的铰特性值时，双折线铰采用砼抗压强度标准值fck；三折线铰第一屈服点为砼开裂对应的弯矩（取砼抗拉强度标准值ftk），第二屈服点采用砼抗压强度标准值fck；采用FEMA铰时，第一屈服点（B点）采用砼抗压强度标准值fck，第二屈服点即顶点（C点）采用砼轴心抗压强度极限值fcu；采用武田四折线模型时，第一屈服点为砼开裂对应的弯矩（取砼抗拉强度标准值ftk），第二屈服点采用砼抗压强度标准值fck，第三屈服点即顶点取砼轴心抗压强度极限值fcu。

●普通钢筋的抗拉和抗压强度设计值、标准值、极限值（单位N/mm2）

钢筋牌号

设计值

标准值

极限值

HPB235

235

370

290

HPB300

270

300

375

HRB335、HRBF335

300

335

419

HRB400、HRBF400、RRB400

360

400

500

HRB500、HRBF500

435

500

625

ØHPB235取自旧混规（2002版），其余取自新规范（2010版）

Ø根据新抗规附录M.1.2条文说明，钢筋材料极限值取其屈服强度的1.25倍。

Ø计算RC梁或柱的铰特性值时，双折线铰采用屈服强度；三折线铰第一屈服点为砼开裂对应的弯矩（与钢筋屈服和极限强度无关），第二屈服点采用屈服强度；采用FEMA铰时，第一屈服点（B点）采用屈服强度，第二屈服点即顶点（C点）采用极限抗拉强度fu；采用武田四折线模型时，第一屈服点为砼开裂对应的弯矩（与钢筋屈服和极限强度无关），第二屈服点采用屈服强度，第三屈服点即顶点采用极限抗拉强度fu。

●钢材的抗拉和抗压强度设计值、标准值、极限值（单位N/mm2）

钢材

设计强度

屈服强度

极限抗拉强度

最小值fu

牌号

厚度或直径（mm）

Q235

<=16

215

235

375

>16~40

205

225

>40~63

200

215

>63~80

190

205

>80~100

190

205

Q345

<=16

310

345

470

>16~40

295

335

>40~63

265

325

>63~80

250

315

>80~100

250

305

Q390

<=16

350

390

490

>16~40

335

370

>40~63

315

350

>63~80

295

330

>80~100

295

330

Q420

<=16

380

420

520

>16~40

360

400

>40~63

340

380

>63~80

325

360

>80~100

325

360

Ø设计强度：

参考了钢结构设计规范（GB50017-2003）的3.4节；

Ø屈服强度和极限抗拉强度最小值：

参考了低合金高强度结构钢（GBT1591-2008）

Ø计算铰特性值时，双折线铰取屈服强度，三折线铰的第一屈服强度取屈服强度，第二屈服强度取极限抗拉强度。

2.性能设计流程

（1）设计流程

Step-0：

与审核专家沟通确定关键构件、普通竖向构件、耗能构件的性能目标

Step-1：

选择构件，并指定该构件性能目标（设计人员操作软件）

Step-2：

程序自动验算三个地震动下的承载力和变形（由软件实现）

Step-3：

如果不满足预定目标，则需要调整截面或配筋，重新计算（设计人员调整）

Step-4：

编写报告

（2）程序流程

Step-0-1：

进行常规设计（必须做反应谱分析）

Step-0-2：

自动生成动力弹塑性分析数据（只需一键）

Step-1：

在主菜单中点击性能和优化设计>性能设计控制

Ø选择抗规或高规

Ø选择对所有构件进行性能设计还是对局部构件做性能设计

Ø选择承载力控制性能目标

Ø输入层间位移角控制性能目标

Step-2：

在主菜单中点击性能和优化设计>构件目标控制，指定具体构件的性能目标

Ø当所有构件的性能目标相同，且所有构件均做性能设计时可跳过该步骤

Step-3：

在主菜单中点击性能和优化设计>运行设计，开始进行性能设计

Step-4：

在树形菜单的性能和优化设计目录下确认承载力验算结果和层间位移角验算结果（或在主菜单中性能和优化设计>性能设计结果表格中查看）

Step-5：

如果不满足预定目标（出现红色），则需要调整截面或配筋重新计算，重复上述程序流程，直到满足预定目标为止。

（3）验算用内力和变形数据

性能验算中需要使用各地震动作用下的内力结果和变形结果。

程序性能设计中需要用到反应谱分析结果和动力弹塑性分析结果。

用户只需要在常规设计中做反应谱分析，在动力弹塑性分析中运行自动生成分析数据即可。

在性能设计时程序会自动做中震、大震反应谱分析和中震、大震地震波作用下的动力弹塑性分析。

a.选择抗规时

性能目标

地震作用

内力数据

变形数据

性能1

小震

反应谱

中震

反应谱

大震

动力弹塑性

性能2

小震

反应谱

中震

反应谱

大震

动力弹塑性

性能3

小震

反应谱

中震

动力弹塑性

大震

动力弹塑性

性能4

小震

反应谱

中震

动力弹塑性

大震

动力弹塑性

b.选择高规时

性能目标要求

地震作用

构件性能水准要求

内力数据

变形数据

目标A

小震

反应谱

中震

反应谱

大震

反应谱

目标B

小震

反应谱

中震

反应谱

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