一篇讲透：建筑抗震性能化设计

抗震性能化设计是当今国内外抗震设计的流行思维，在引入国内多年后，其理论研究和工程设计应用都取得了较大的进展。“小震不坏、中震可修、大震不倒”等多水准抗震设计思想虽已提出数十年，但限于试验研究以及计算分析手段的局限性，建筑结构的抗震设计工作长期以来多围绕“小震弹性分析”展开，并以构件承载力设计与结构弹性变形控制作为基本的设计准则。

与此不同的是，抗震性能化设计不再只是关注小震水准的设计要求，同时也对其他不同重现期地震作用下的结构行为与性能要求给予足够的重视，特别是更明确地强调建筑结构在大震作用下的结构弹塑性变形发展、预期结构性能与倒塌防止控制等方面，同时提出了基于静力或动力的弹塑性分析与设计方法。可以这么认为，“大震”水准是抗震性能化设计将“小震”水准向前推进的一个新阶段，而"弹塑性分析"是抗震性能化设计实现“大震”水准设计目标的根本手段；“大震”与“弹塑性分析”相结合，构成了抗震性能化设计的两大主题。

基于性能的抗震设计是:使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，业主(设计者)可选择所需的性能目标；设计者可根据结构的重要性和不同的抗震性能预期，将宏观定性的抗震设计目标转变为“个性化”的可量化分析的多重性能目标，通过对设计结构地震作用下性能表现准确分析和评估，进而采取有针对性的设计措施，来满足预期抗震性能的设计方法。

近两年，性能化设计方法和思想也出现在加固标准中，如图1所示。

图1 既有建筑加固性能化设计相关规程

01抗震性能化设计流程

图2 抗震性能化设计流程

02抗震性能目标设定

结构抗震性能目标的确定，核心在于结构总体结构抗震性能目标的选取。我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级，每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应，如表1所示。

表1 结构抗震性能目标

性能目标A：某些具有特殊重要性的建筑物，其结构具有足够的承载力以保证在中、大震下处于基本弹性状态；或某些重要性并不突出但设防烈度较低（如6度）的建筑物，其结构地震反应较小，在中、大震下也基本处于弹性范围；或某些结构属于特别不规则，但业主为了实现建筑造型和满足特殊建筑功能的需要，愿意付出经济代价，使结构设计满足在大震下仍处于基本弹性状态。此时，房屋的高度和不规则性一般不需要专门限制，但不应采用严重不规则结构。

性能目标B：性能目标B与性能目标A是比较接近的，不同之处在于性能目标B的结构，其非薄弱部位、非重要部位在大震下接近屈服，不再处于基本弹性状态。其房屋的高度和不规则性一般不需要专门限制，但不应采用严重不规则结构。上述选用性能目标A的结构，也可选用性能目标B，虽然结构的抗震性能有些减弱，但可以比性能目标A降低结构造价。

性能目标C、D：性能目标C、D都允许结构不同程度地进入非弹性状态。震害经验及试验和理论研究表明，在中震、大震下，使结构既具有合适的承载力又能发挥一定的延性性能是比较合理的。对复杂和超限高层建筑结构，一般情况下可选用性能目标C、D。这两种性能目标的选用需要综合考虑设防烈度、结构不规则程度、房屋高度、结构发挥延性变形的能力、结构造价、震后的各种损伤及修复难度等因素。

在选定预期结构总体性能目标后，各类抗侧力构件的抗震性能也可以基本确定，工程师可以参考表2、表3确定。

表2 结构构件抗震性能目标

表3 连体结构抗震性能目标案列

03PKPM等效弹性计算参数

在进行结构性能化设计时，不同地震水准下采用PKPM进行弹性和等效弹性计算时，可参考表4进行等效参数的确定。

表4 PKPM等效弹性计算参数确定原则

04SAUSG大震弹塑性分析

用户将PKPM等效性能化设计各个子模型计算的配筋包络模型导入SAUSG，进行大震动力弹塑性分析，主要目的如下：

1、对结构在大震作用下的非线性性能给出定量解答，研究结构在强烈地震作用下的变形形态、构件的塑性及其损伤情况，以及整体结构的弹塑性行为，具体的研究指标包括最大顶点位移、最大层间位移及最大基底剪力等；

2、考察结构在罕遇地震作用下的塑性发展历程和构件的损伤程度，并对构件是否能达到预期的性能水准进行评估和校核。

3、给出结构的塑性发展过程，描述各构件出现塑性的先后次序，分析结构的屈服机制并对其合理性作出评价。

4、研究结构关键部位、关键构件的变形形态和破坏情况；

5、论证整体结构在大震作用下的抗震性能，寻找结构的薄弱层或（和）薄弱部位；

6、根据以上研究成果，对结构的抗震性能给出评价，并对结构设计提出改进意见和建议。

05SAUSG软件主要研发进展

SAUSG软件2026版本通过分析内核重构、提供单精度版本以及计算步长优化三项改进，大幅提升了弹塑性分析计算效率，不断促进非线性分析的普及和发展。以一个319万自由度模型为例，计算效率相较2025版本可以提升5.86倍（模型一）；一栋200米+剪力墙住宅，计算效率提升近4倍（模型二）。

表5 SAUSG2026版计算速度提升对比

SAUSG系列软件新增加了SAUSG-JG软件，SAUSG-JG是一款用于建筑结构加固性能化设计的软件，支持梁、柱、墙和板采用增大截面法、置换混凝土法、外包型钢法、外贴钢板法贴碳纤维等常用加固方法。无缝接入PKPM软件加固模块的加固方案、实配钢筋与计算配筋，也可以在软件中自定义加固方案并布置加固构件，通过分析得到的结构弹塑性位移角和构件转角等结果，可按规范要求降低构件抗震构造措施，实现既有建筑大震不倒性能验算。SAUSG-JG软件还可以在加固模型中建立或导入阻尼器和隔震支座，进行包含加固构件的消能减震和隔震加固模型的设计和分析。

图3 模型图，左为模型一 ，右为模型二

图4 SAUSG-JG建筑结构加固性能化设计软件

06总结

性能化设计方法已经广泛应用于我国高层、减隔震和既有建筑加固设计领域，大震弹塑性分析作为抗震性能化设计的一项重要内容和手段，它不应当被看作是弹性设计的替补手段，而是与弹性设计并行的第二阶段设计手段。

SAUSG系列软件通过不断的进步，能够更高效的支持客户进行超限、减隔震和既有建筑加固等各类型项目的性能化设计，为大震弹塑性设计提供了强有力支撑。

供稿丨孙磊 审稿丨侯晓武

编辑丨刘宏琛