關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì)體系;鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);三水準(zhǔn)、兩階段;基于性能的抗震設(shè)計(jì)

作者：王立軍;余海群;譚晉鵬;汪明;劉耀鵬;李星語;夏兵;余文華;崔明芝

作者單位：華誠博遠(yuǎn)工程技術(shù)集團(tuán)有限公司;. 華南理工大學(xué)

　　摘　 要:中國抗震設(shè)計(jì)起步較晚,但在經(jīng)歷了幾次重大地震后,通過吸收國外經(jīng)驗(yàn)和自主研究,逐步建立了完整 的抗震設(shè)計(jì)體系,其中也體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。 目前,我國鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采用“ 三水準(zhǔn)、兩階段” 的設(shè)計(jì)方法,并 已發(fā)展出基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念。 本文梳理了國內(nèi)外建筑鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的歷史演進(jìn)和最新進(jìn)展,分別從我 國鋼結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的歷史發(fā)展過程、當(dāng)前主流技術(shù)和對該領(lǐng)域技術(shù)的未來展望三個(gè)不同角度全面闡述了我國在 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域從無到有、從落后到逐步與世界接軌的發(fā)展過程。 同時(shí)對不同時(shí)期國外發(fā)達(dá)國家在相關(guān)技 術(shù)上的主要突破進(jìn)行了簡要概述。 通過對比可見,我國鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)技術(shù)在過去的幾十年內(nèi)得到了快速的發(fā) 展,但同時(shí)也論述了我國尚存的不足。 最后,對我國未來在鋼結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)技術(shù)和規(guī)范的發(fā)展方向給出了明確 的建議。

　　結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論大致經(jīng)歷了靜力設(shè)計(jì)階段、 反應(yīng)譜設(shè)計(jì)階段、動(dòng)力分析階段和目前的基于性能 的抗震設(shè)計(jì)階段。

　　水平靜力抗震理論起源于 20 世紀(jì)初的日本,當(dāng) 時(shí)發(fā)生的關(guān)東大地震促進(jìn)了抗震理論的發(fā)展。 該理 論將建筑物視為剛體,其地震作用為由地面峰值加 速度得到的牛頓力乘以一個(gè)放大系數(shù)。 可以看出它 已具有反應(yīng)譜的雛形。

　　反應(yīng)譜設(shè)計(jì)理論由美國人于 20 世紀(jì) 30 年代提 出。 當(dāng)時(shí)的舊金山大地震促進(jìn)了美國結(jié)構(gòu)抗震理論 的發(fā)展。 該理論考慮了結(jié)構(gòu)自振周期與其地震反應(yīng) 的關(guān)系,并以等效靜力的方式表達(dá)地震作用。 因其 概念 清 晰、 操 作 簡 便, 仍 為 目 前 抗 震 設(shè) 計(jì) 的 主 流 方法。

　　動(dòng)力分析方法主要表現(xiàn)在以動(dòng)力時(shí)程求解結(jié)構(gòu) 的真實(shí)地震反應(yīng)。 對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反 應(yīng),該方法已成為主要計(jì)算方法。

　　進(jìn)入 21 世紀(jì),基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法逐漸 為人們所接受。 該方法以結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn) 行抗震 設(shè) 計(jì), 使 設(shè) 計(jì) 更 精 細(xì)、 更 合 理、 更 經(jīng) 濟(jì)、 更 安全。

　　1　 歷史回顧

　　中國地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶交匯 處,地震活動(dòng)頻繁。 抗震設(shè)計(jì)對于確保建筑物在地 震中的安全至關(guān)重要。 相比于歐美發(fā)達(dá)國家,我國 的建筑抗震設(shè)計(jì)技術(shù)起步較晚,早期尤其在鋼結(jié)構(gòu) 抗震理論和設(shè)計(jì)方法方面,遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。 雖 然在解放前已有一些如火車站、工業(yè)或軍事設(shè)施采 用了鋼結(jié)構(gòu)形式,但大部分設(shè)計(jì)由國外工程師完成, 或者僅根據(jù)工程師經(jīng)驗(yàn)施工,并未經(jīng)過科學(xué)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。

　　新中國成立后,我國的工程抗震研究才進(jìn)入了 正式發(fā)展的階段。 早期的抗震設(shè)計(jì)理論起步于對蘇 聯(lián)在工程抗震方面的研究成果的理解和吸收,例如 我國曾于 1955 年翻譯出版了蘇聯(lián)的《 地震區(qū)建筑 規(guī)范》 [ 1] 。

　　1959 年,由土木建筑研究所提出了我國第一版 《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范草案》 ,內(nèi)容包括房屋、道橋、水壩、給排水等多種土建工程學(xué)科,并為設(shè)計(jì)單位試用,此 草案是 1957 年蘇聯(lián) CH-8-57 規(guī)范的等代使用。 經(jīng) 過 5 年的試用,于 1964 年提出了第二版《 抗震設(shè)計(jì) 規(guī)范草案》 。 在此期間,那些工程理論發(fā)展較快的 國家已經(jīng)從彈性抗震設(shè)計(jì)逐漸過渡到彈塑性抗震設(shè) 計(jì)。 1957 年,美國 ASCE 7-10 中[ 2] 加入了對于地震 荷載的計(jì)算方法,這標(biāo)志著作為結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵,給出了抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 1959 年,美國地 震工程研究中心 (EERC) 成立,為鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) 提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。 EERC 開展了 大量的抗震試驗(yàn)和數(shù)值模擬,研究了鋼結(jié)構(gòu)的各種 抗震性能,并提出了新的抗震設(shè)計(jì)方法———能力設(shè) 計(jì)法[ 3- 4] 。

　　1966 年邢臺大地震對建筑物造成了嚴(yán)重破壞, 促使中國工程師和科研人員更加迫切地深入研究適 合我國實(shí)際情況的建筑物抗震設(shè)計(jì)方法。 1972 年 由中國建筑科學(xué)研究院提出了《工業(yè)與民用建筑抗 震規(guī)范草案》 ,經(jīng)過兩年的征求意見和修改,于 1974 年出版了我國第一部正式批準(zhǔn)的抗震規(guī)范 TJ 11— 74《 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 ( 試 行 ) 》 [ 5] 。 1975 年海城地震和 1976 年唐山大地震給地震工程 留下了關(guān)于地震動(dòng)和震害的重要資料,并將其體現(xiàn) 在 74 版抗震規(guī)范的修訂中,并于 1978 年正式出版 了 TJ 11—78《 工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 ( 簡 稱《78 抗規(guī)》 ) [ 6] 。 《78 抗規(guī)》 成為我國真正意義上 的第一版建筑抗震規(guī)范,適用于 7 ~ 9 度區(qū),6 度區(qū)可 不設(shè)防。 在設(shè)防水準(zhǔn)方面,《78 抗規(guī)》采用設(shè)防地震 (中震)為設(shè)計(jì)烈度, 即按“ 中震作用” 進(jìn)行抗震驗(yàn) 算,同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)延性引入結(jié)構(gòu)系數(shù)對地震作用進(jìn) 行折減,相當(dāng)于按比“中震”降低 1 ~ 2 度的地震進(jìn)行 承載力計(jì)算。 然而,受限于我國在鋼結(jié)構(gòu)抗震理論、 工程經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)震害資料方面的欠缺,《 78 抗規(guī)》 并沒有 對 鋼 結(jié) 構(gòu) 的 抗 震 構(gòu) 造 措 施 作 出 明 確 的 規(guī) 定[ 7- 9] 。 在此期間,美國于 1971 年頒布了新的《 建 筑物地震設(shè)計(jì)規(guī)范》 ( UBC) ,該規(guī)范引入了地震區(qū) 劃的概念,并對不同地震區(qū)的結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的抗 震設(shè)計(jì)要求[ 10- 12] 。 1971 年,日本對 《 建筑基準(zhǔn)法》 進(jìn)行了修訂,增加了新的抗震設(shè)計(jì)規(guī)定,同樣引入了 地震區(qū)劃的概念[ 13] 。 著名的 443 m 鋼結(jié)構(gòu)超高層 Sears Tower(現(xiàn)稱 Willis Tower) 于 1973 年建成。 由 此可見,20 世紀(jì) 70 年代我國的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)技 術(shù)與世界發(fā)達(dá)國家之間存在著巨大差距。

　　經(jīng)過十余年的工程經(jīng)驗(yàn)累積,我國于 1989 年頒 布了新版 GBJ 11—89 《 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 ( 簡稱 《89 抗規(guī)》 ) [ 14] 。 《 89 抗規(guī)》 首次確定了 “ 三水準(zhǔn)” (小震不壞、中震可修、大震不倒) 的基本抗震設(shè)計(jì) 目標(biāo),并且將抗震設(shè)防區(qū)擴(kuò)大到 6 度區(qū),提出了重要 抗震指標(biāo)———抗震等級。 另外,《 89 抗規(guī)》 將《 78 抗 規(guī)》的三類場地土改為四類(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ) ,并且考 慮“近震”和“遠(yuǎn)震”影響,由場地條件和震中距確定 特征周期,進(jìn)而確定地震影響系數(shù)。 《89 抗規(guī)》首次 將單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的地震計(jì)算、構(gòu)造措施等給出了 針對性的規(guī)定。 同時(shí)期,美國頒布了世界上第一部 專門針對鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) AISC 341 - 89《 鋼 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 [ 15] 。 另外,值得注意的是,從 20 世紀(jì) 80 年代開始,日本已經(jīng)開始普遍利用阻尼 器進(jìn)行結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)。

　　GB 50011—2001 《 建 筑 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范》 ( 簡 稱 《01 抗規(guī)》 ) 在繼續(xù)保持“ 三水準(zhǔn)” 的設(shè)防目標(biāo)的同 時(shí),對《89 抗規(guī)》 進(jìn)行了較大改進(jìn)[ 16] 。 如用地震分 組取代《 89 抗規(guī)》 中體現(xiàn)震中距影響的 “ 近 震” 和 “遠(yuǎn)震” ,引入樓層最小剪力控制系數(shù),增加減隔震 章節(jié)等。 《01 抗規(guī)》再次調(diào)整了地震反應(yīng)譜曲線,將 周期延至 6 s,并且考慮了不同結(jié)構(gòu)類型建筑材料的 影響(阻尼比) [ 16] 。 《 01 抗規(guī)》 將“ 多層和高層鋼結(jié) 構(gòu)房屋”單獨(dú)成章,也體現(xiàn)了在此階段我國大量民 用鋼結(jié)構(gòu)建筑的出現(xiàn),迫切需要對此類結(jié)構(gòu)的抗震 設(shè)計(jì)提供相關(guān)依據(jù)。 這也體現(xiàn)在另一本重要的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)規(guī)范———JGJ 99—98 《 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技 術(shù)規(guī)程》 ( 《 98 高鋼規(guī)》 ) [ 17] 中,該規(guī)程是我國首部 專門針對高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)程。 《 98 高 鋼規(guī)》對常用的高層鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了梳理,并對 不同抗震烈度地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)體系的適用高度做出了 明確的規(guī)定,在平面和豎向規(guī)則性方面給出了要求, 為高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供了基本的保障。 客觀 地講,《01 抗規(guī)》及其同時(shí)期的其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為 推動(dòng)我國大規(guī)模基建和房屋建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。 縱觀世界,發(fā)生在 2001 年的著名事件———9. 11 恐 怖襲擊事件對美國的超高層鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)對災(zāi)害事件的 能力提出了更高的要求,其中也包括超高層鋼結(jié)構(gòu) 抗震性能。 9. 11 事件后,美國政府和行業(yè)開展了大 量的研究和試驗(yàn),以提高高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震和 抗火性能[ 18- 20] 。

　　2008 年汶川大地震后,工程師提高了對結(jié)構(gòu)體 系的 完 整 性 和 延 性 的 關(guān) 注 度, 這 也 體 現(xiàn) 在 GB 50011—2010《 建 筑 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》 ( 簡 稱 《 10 抗 規(guī)》 ) [ 21] 和 JGJ 99—2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù) 規(guī)程》 (簡稱《15 版高鋼規(guī)》 ) [ 22] 中。 《10 抗規(guī)》對鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求提出了更加具體和明確的規(guī) 定,進(jìn)一步推進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)思想的貫徹。

　　2　 研究現(xiàn)狀

　　目前,鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)通常采用傳統(tǒng)的規(guī)范 設(shè)計(jì)法,即自《89 抗規(guī)》 所規(guī)定的“三水準(zhǔn)、兩階段” 設(shè)計(jì)方法: “三水準(zhǔn)”指遭遇第一水準(zhǔn)烈度即多遇地 震影響時(shí),結(jié)構(gòu)處于正常使用狀態(tài) ( 簡稱 “ 小 震 不 壞” ) ;第二水準(zhǔn)烈度即設(shè)防地震影響時(shí),結(jié)構(gòu)進(jìn)入 非彈性工作階段,其非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞 控制在可修復(fù)的范圍(簡稱“中震可修” ) ;第三水準(zhǔn) 烈度即罕遇地震影響時(shí),結(jié)構(gòu)有較大的非彈性變形, 但應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi),避免倒塌(簡稱“大震不 倒” ) ;“兩階段” 的第一階段為承載力及變形驗(yàn)算, 根據(jù)多遇地震的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性地震作 用效應(yīng),計(jì)算相應(yīng)的多遇地震作用內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值 進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面及節(jié)點(diǎn)的承載力抗震驗(yàn)算( 簡稱 “小震承載力驗(yàn)算” ) ,同時(shí)計(jì)算多遇地震作用內(nèi)力 組合標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算。 對于一般結(jié)構(gòu),在 滿足了上述兩項(xiàng)驗(yàn)算后即滿足了“小震不壞” 要求, 同時(shí)也滿足了“ 中震可修” 和“ 大震不倒” ; 第二階 段對部分特殊結(jié)構(gòu)驗(yàn)算罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的變形 來滿足“大震不倒”的要求。

　　《抗規(guī)》規(guī)定了多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋、單層工業(yè)廠 房、以及大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法。 多高層鋼 結(jié)構(gòu)采用多遇地震承 載 力 驗(yàn) 算 保 證 結(jié) 構(gòu) “ 小 震 不 壞” ,控制框架梁柱、中心支撐及消能梁段的截面板 件寬厚比、框架柱及中心支撐的長細(xì)比,同時(shí)采用強(qiáng) 節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件和強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算,對節(jié)點(diǎn)域和柱腳等節(jié) 點(diǎn)采用極限承載力驗(yàn)算及采取抗震措施,控制特殊 結(jié)構(gòu)的罕遇地震彈塑性位移來實(shí)現(xiàn)“ 中震可修” 和 “大震不倒” 的性能目標(biāo)[ 23- 24] 。 JGJ 99—2015 除完 全采用《抗規(guī)》 的多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)定 外,還補(bǔ)充了連接節(jié)點(diǎn)極限承載力驗(yàn)算等方面的內(nèi) 容,這套設(shè)計(jì)方法操作簡單、規(guī)定明確,雖然缺失對 結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性受力狀態(tài)后導(dǎo)致內(nèi)力重分布方面的 條文,但嚴(yán)格的抗震構(gòu)造措施和相對較高的地震作 用取值,使得整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的可靠性基本處于 合理范疇。 單層工業(yè)廠房允許對輕屋蓋廠房在滿足 2 倍多遇地震承載力情況下采用彈性截面的抗震設(shè) 計(jì)方法,使得許多工業(yè)設(shè)計(jì)院得以保留傳統(tǒng)設(shè)計(jì)截 面,避免了為滿足截面板件寬厚比的抗震構(gòu)造要求 而大幅增加鋼材用量[ 25] 。 總之,作為我國最為權(quán)威 的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,《抗規(guī)》 不僅確定了其他相關(guān)規(guī)范 的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法,也基本代表了我國鋼結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的最高水平。

　　應(yīng) 用 最 為 廣 泛 的 門 式 剛 架, 通 常 采 用 GB 51022—2015《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (簡稱《門規(guī)》 )進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 《門規(guī)》 采用多遇地 震承載力驗(yàn)算,當(dāng)多遇地震作用組合的效應(yīng)控制結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),補(bǔ)充了截面板件寬厚比、隅撐、柱腳、柱間 支撐和柱長細(xì)比的規(guī)定。 一般來說,《 門規(guī)》 的適用 范圍決定了該類結(jié)構(gòu)即便在設(shè)防地震和罕遇地震作 用下仍處于彈性狀態(tài)的可能性較大,即便部分節(jié)點(diǎn) 或構(gòu) 件 進(jìn) 入 塑 性 狀 態(tài),其 程 度 也 相 對 較 輕,因 此, 《門規(guī)》對于抗震構(gòu)造措施方面的條文規(guī)定較為粗 略[ 26- 27] 。 GB 50191—2012《 構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 (簡稱《構(gòu)抗規(guī)》 ) 規(guī)定了鋼框排架、鍋爐鋼結(jié)構(gòu)、鋼 井架、管道支架等鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法,同樣采用 了多遇地震承載力驗(yàn)算和增加截面板件寬厚比限 制,補(bǔ)充框架柱及支撐的長細(xì)比要求等抗震構(gòu)造措 施,其他 方 面 基 本 上 沿 用 各 行 業(yè) 常 規(guī) 做 法。 由 于 《構(gòu)抗規(guī)》涉及的各類構(gòu)筑物屈服機(jī)制較難把控,因 此,對于《構(gòu)抗規(guī)》采用總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并增加抗震構(gòu) 造措施的抗震設(shè)計(jì)方法能否滿足“中震可修”和“大 震不倒”的性能目標(biāo),學(xué)界頗有疑慮。

　　鋼結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的規(guī)范抗震設(shè)計(jì)方法的基本模式是 滿足多遇地震承載力驗(yàn)算,輔之以確定的抗震構(gòu)造 措施。 眾所周知,嚴(yán)格的抗震構(gòu)造措施意味著較高 的用鋼量和結(jié)構(gòu)造價(jià),這也是我國鋼結(jié)構(gòu)用鋼量顯 著高于國外同類工程的主要原因。 這種抗震設(shè)計(jì)方 法雖然簡單,但對于相當(dāng)多的工程來說,相對較差的 經(jīng)濟(jì)性卻沒能得到較高抗震安全性的回報(bào)。 針對傳 統(tǒng)規(guī)范抗震設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)狀,GB 50017—2017 《 鋼 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 ( 簡稱《 17 鋼標(biāo)》 ) 引入了抗震性能 化設(shè)計(jì)理念[ 28] 。 與傳統(tǒng)的規(guī)范抗震設(shè)計(jì)方法不同, 《17 鋼標(biāo)》雖然也采用彈性設(shè)計(jì)計(jì)算方法,但需要設(shè) 計(jì)者權(quán)衡結(jié)構(gòu)的延性和彈性承載力需求,選擇“ 低 延性-高承載力”或“ 高延性-低承載力” 設(shè)計(jì)思路。 對于采用“高延性-低承載力”設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)的 鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行延性開展機(jī)構(gòu)的控制。 具體而言,設(shè)計(jì) 者首先確定結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)和彈性區(qū),針對塑性 耗能區(qū)和彈性區(qū)采用不同的承載力要求,以期實(shí)現(xiàn) 預(yù)定的屈服機(jī)制,同時(shí)對在強(qiáng)烈地震作用下可能進(jìn) 入塑性的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)(潛在的塑性耗能區(qū)) ,根據(jù)其 抗震承載力的高低采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。 一般 來說,框架結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)設(shè)定為框架梁、節(jié)點(diǎn)域 及柱腳,支撐系統(tǒng)的塑性耗能區(qū)設(shè)定為支撐,偏心支撐的塑性耗能區(qū)設(shè)定為消能梁段[ 29] 。 有別于 《 抗 規(guī)》統(tǒng)一的高延性抗震構(gòu)造措施,《 17 鋼標(biāo)》 補(bǔ)充了 中等延性和低延性鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)定,比如,允 許支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,允許框架結(jié)構(gòu)、框架-中心支撐 結(jié)構(gòu)采用低于 《 抗 規(guī)》 延 性 要 求 的 設(shè) 計(jì) 方 法。 《 17 鋼標(biāo)》的抗震設(shè)計(jì)方法補(bǔ)充和完善了傳統(tǒng)的規(guī)范設(shè) 計(jì)方法,為許多工程問題的合理解決方案提供了規(guī) 范依據(jù)。 但由于《 17 鋼標(biāo)》 采用對構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的具 體設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),缺失結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的 規(guī)定,系統(tǒng)性和可操作性有待完善。

　　目前我國規(guī)范基本能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要 求,但也存在不少問題。 由于歷史原因,我國規(guī)范的 編制偏重經(jīng)驗(yàn)性和可操作性,對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容應(yīng)用 研究的理論支撐重視不足,標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)理 論研究與歐美日等發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。 同 時(shí),現(xiàn)行的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制依然遵循傳統(tǒng)模式,在 標(biāo)準(zhǔn)要素表達(dá)形式、語言、術(shù)語、邏輯和條文表達(dá)習(xí) 慣與國際通行做法不接軌[ 30- 31] 。 目前,政府主管部 門正在采取由法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章中的技術(shù)性 規(guī)定與全文強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范構(gòu)成“ 技術(shù)法規(guī)” 體系,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成實(shí)施體系,以形成技術(shù)法規(guī)與技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并行的國際通行規(guī)則。 因此,根據(jù)建筑用途、 重要性及設(shè)防水準(zhǔn)制定合理的性能目標(biāo)并對鋼結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)設(shè)定統(tǒng)一的原則,同時(shí)按照統(tǒng)一的原則梳 理和細(xì)化各類鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求,并以此來編制 一部高 水 平 的 鋼 結(jié) 構(gòu) 抗 震 設(shè) 計(jì) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 時(shí) 機(jī) 已 經(jīng) 成熟。

　　3　 發(fā)展展望

　　在過去的四十年里,我國建筑行業(yè)經(jīng)歷了快速 發(fā)展和國際化進(jìn)程的加速。 在這一過程中,鋼結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)方法取得了顯著進(jìn)步。 這些進(jìn)步得益于廣 大科研工作者和設(shè)計(jì)人員對國際先進(jìn)抗震設(shè)計(jì)理念 的學(xué)習(xí),以及結(jié)合我國科研和工程實(shí)踐的豐富成果。 然而,作為一個(gè)地震多發(fā)國家,我國在歷次大地震中 遭受了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。 如何在有限的財(cái)力 下有效控制地震損失,并確保重要鋼結(jié)構(gòu)建筑在震 后不受嚴(yán)重破壞或能在有限的人力下迅速修復(fù),是 科研工作者和設(shè)計(jì)人員面臨的重大挑戰(zhàn)。 新技術(shù)、 新方法和新材料的不斷涌現(xiàn),為鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提 供了新的機(jī)遇。 因此,未來的鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法 和標(biāo)準(zhǔn)需要在以下幾個(gè)方面與時(shí)俱進(jìn)。

　　1)進(jìn)一步研究和推廣基于性能的抗震設(shè)計(jì)方 法,以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性。

　　目前,《17 鋼標(biāo)》 引入了抗震性能化設(shè)計(jì)理念, 并對傳統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了補(bǔ)充和完善,其適 用范圍為抗震設(shè)防烈度不高于 8 度的地區(qū),結(jié)構(gòu)高 度不超過 100 m 的框架結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)和框架-支撐 結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的抗震性能化設(shè)計(jì)[ 28] 。 然而,隨 著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜化,各種鋼結(jié) 構(gòu)體系的抗震性能差異較大。 從耗能能力來看,不 同體系之間的差異可達(dá)到 2 ~ 3 倍。 因此,需要進(jìn)一 步研究不同結(jié)構(gòu)體系的破壞機(jī)理和性能系數(shù),以提 供更加合理的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造要求,確保設(shè)計(jì)人員 能夠設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

　　2)新材料、新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

　　近年來,減隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用取得了 顯著進(jìn)展。 通過在減隔震建筑結(jié)構(gòu)中引入減震裝置 或隔震層,能夠有效減少地震作用對結(jié)構(gòu)的影響。 然而,減隔震技術(shù)的應(yīng)用對鋼結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)造等諸 方面要求提出了新的挑戰(zhàn)。 針對這些新要求,需要 開展深入的研究,以明確減隔震技術(shù)在不同鋼結(jié)構(gòu) 體系中的具體應(yīng)用方法和設(shè)計(jì)要求。 2011 年新西蘭基督城地震后復(fù)建的項(xiàng)目中,大 量采用了鋼結(jié)構(gòu)建筑。 近年來,可快速更換耗能組 件結(jié)構(gòu)、自復(fù)位結(jié)構(gòu)、搖擺結(jié)構(gòu)等新的鋼結(jié)構(gòu)抗震體 系逐漸應(yīng)用于實(shí)際工程。 形狀記憶合金在日本的高 層鋼結(jié)構(gòu)建筑中也得到應(yīng)用。 在我國自復(fù)位結(jié)構(gòu)也 有所應(yīng)用[ 32] 。 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)一 步完善以適應(yīng)新技術(shù)、新材料的發(fā)展與應(yīng)用。

　　3)國際化進(jìn)程中的標(biāo)準(zhǔn)銜接。

　　隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn),中國的鋼結(jié)構(gòu)建 筑在國際市場上的應(yīng)用越來越廣泛。 這也要求我國 的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與國際主流標(biāo)準(zhǔn)接軌。 目前, 如何將我國現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系與國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行銜接,是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主管部門和行業(yè)專家們需要重 點(diǎn)關(guān)注的問題。 通過對比分析國際規(guī)范與我國現(xiàn)行 規(guī)范的差異,找出關(guān)鍵點(diǎn),并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu) 化,才能更好地推動(dòng)我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的國際化 進(jìn)程[ 33- 34] 。

　　4)基礎(chǔ)研究與教育培訓(xùn)。

　　鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于從本質(zhì)上理解各種 結(jié)構(gòu)形式在地震作用下的反應(yīng)特點(diǎn)和破壞模式。 這 不僅需要在規(guī)范條文中明確相關(guān)要求,還需要在學(xué) 校教育、行業(yè)培訓(xùn)和科學(xué)研究中得到貫徹,從根本上 理解結(jié)構(gòu)的抗震行為,才能避免機(jī)械套用規(guī)范條文 而導(dǎo)致的設(shè)計(jì)不合理。 因此,應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)教育和培 訓(xùn),提升設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)和抗震設(shè)計(jì)水平。

　　鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在我國建筑行業(yè)中的重要性不 容忽視。 隨著加強(qiáng)基礎(chǔ)教育和行業(yè)培訓(xùn)的不斷完 善、鋼結(jié)構(gòu)抗震的基礎(chǔ)研究工作不斷深入、新技術(shù)的 應(yīng)用和國際化進(jìn)程的推進(jìn),鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)將迎來 更加廣闊的發(fā)展空間。 我們有理由相信,我國的鋼 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)將更加科學(xué)、合理,并最終走向國際。