微杂志《总工程师内参》2024
俯卧撑1上：
总工程师观点：结构概念设计/
抗震、
性能设计的关键问题
（屏幕版本）
《总工程师内参》2024年第2季序言
在《总工程师内参》中，我们力求精益求精，将技术精英的设计思想、工程项目的经典与全貌、设计方法与问题、行业与我们关注的内容融为一体，为您推送有价值的内容。总之，我们通过将观点、技巧、经验、经典、人物联系起来，进行精选和呈现；在《总工程师内参》中，我们将继续深度精选并推送专题分享、案例解剖、人物肖像以及技术改进创新等内容。我们为您呈现的前沿观点、最新研究、关键问题、终极精神、亮点设计、创新成果，希望对行业和读者具有价值和意义，以促进沟通、增强认知、推动进步。
深度、权威、全面
“天地相连，万物一体。”探索事物的本质和规律，我们任重而道远，但目标是共同的。在结构设计技术创新过程中，《总工程师内参》将勾勒信息、构建观点、描绘人物、分享案例、配套标准，旨在促进达成有益的专业共识。
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科学前沿的重大突破、重大原创性科研成果的产生、学术观点的高位宣扬，大多可以提炼为决策和规范作为标准。 《总工程师内参》希望从高端资讯出发，促进研究的融合和观点的多元化。交付和政策制定。
打破壁垒、丰富思想变得越来越重要。吸收更多的养分，涉足多视角，努力发展，成为生存的唯一途径。 “总工程师的论点”是技术思想的顶级声音，引领对话； “科技前沿”站在学术研究前沿，引领科技潮流； “经典案例”展示实践历史，礼赞春秋功绩； 《大牌到来》纵观人物，探寻他们的职业发展。每一份“餐食”都希望提供独特的营养成分供您参考。
楼宇
建国之言摘录
《总工程师内参》第2季第1集
2024年推送1-总工程师的观点（上）
焦点观点
结构和钢结构设计：概念设计、
抗震性、延展性和基于性能的设计
关键问题
精彩的观点让我们明白了要点
第七届全国建筑结构总工程师高峰论坛
总工程师及专家意见摘录
编者按：在“第七届全国建筑结构总工程师高峰论坛”上，与会专家各抒己见，发表了极具学术（技术）价值的实用精湛论点，围绕“钢构概念与设计”主题，表达了核心内容对结构设计技术、钢结构设计技术和钢结构发展以及相关重要和痛点问题的看法和研究。观点崇高、简洁、切中要害。对于进一步推动结构与钢结构设计高质量发展具有重要意义。对于深入了解相关设计理念、方法、标准规范等具有重要参考价值，现将《总工程师内参》分享出来，希望能达成深入的技术交流。
楼宇大师
◎在钢结构设计方面，很多内容和概念还没有得到很好的明确，至少不如混凝土结构设计的概念那么清晰。概念设计是结构设计的灵魂，尤其是对于决定大计划的老板来说。这确实非常重要。到底什么是钢结构概念设计？与传统的混凝土抗震概念设计以及形成的各种设计理念有什么很大的区别？所有基于混凝土结构逻辑的钢结构设计规范都可以接受吗？哪里有效，哪里无效？这些都是总工程师需要思考和解决的问题。
◎钢结构为什么有抗震等级？逻辑是什么？日本是全岛8度的地区。 250m高的钢结构可采用框架结构。这是为什么呢？可以说，我国目前的钢结构概念设计是错误的。如果这个问题不讨论清楚，钢结构造价昂贵等问题将长期存在。
◎在高烈度地区，抗震问题对于结构设计来说并不严重，因为各级都非常重视。相反，在低烈度地区，抗震设计可能会出现问题。比如，6度地区突然发生8度地震，就会引发很多问题。造成严重后果。
◎多层钢结构是否需要屈服机构，是否有梁铰机构？如果不存在，强节点弱杆、强柱弱梁的存在还合理吗？这些问题都值得探讨。
◎顶层设计的事情非常重要，包括规范的调整和标准的制修订。希望“通用工程师论坛”能够跳出各自的业务端，从国家标准和政策制定的角度对相关问题进行深入讨论。我国有很多规定，相应的研究也很多。对于一些问题，有变得越来越复杂、越来越依赖精确计算的趋势。因此，我们需要回到概念设计，重新思考结构设计和钢结构。设计。
于印泉大师
◎抗震规范前五章是当前抗震设计必须遵循的主则。所有的结构都应该遵守它们，包括各种概念设计。
◎我们提出的概念设计是有延性要求的，因为现在的抗震设计都是基于承载力和延性设计。对于延性，是指结构延性和构件延性。现在我们的混凝土框架结构层间位移角控制在1/550，构件处于弹性状态。这对于抗震设计是否过于严格？因此，如何充分利用结构延性和构件延性需要研究。目前利用延性可以做的就是放宽主体结构的层间位移角，但对填充墙的材料和结构提出严格的要求。这也体现在最近发生的地震对框架结构的破坏上。
◎结构的屈服特性有时并不明显。框架结构通常是N次超静定结构。多个梁甚至单个柱都会屈服。对整体变形的影响并不是那么大，所以延性结构的概念还是很有意义的。
◎框架屈服机构的控制仍以横梁铰链机构为主。抗震规范和高钢规范实际上是基于梁铰链机构的。强柱弱梁实际上需要充分发挥钢梁轴力小、延性好的能力。
◎不同结构抗震等级的划分仍考虑到抗震设计时不同结构的不同延性要求。它以小地震设计为基础，统一了地震作用，划分了不同的延性要求。但抗震设计的目标是抗中震，必须根据延性地震力理论确定地震作用。这样，可以根据结构的延性采用不同的地震力，可以简化由地震等级引起的复杂结构。
◎结构阻尼非常复杂，阻尼的组成来自于多种因素。钢结构抗震设计中采用的阻尼比主要是由于钢结构具有良好的延性，可以相对减轻地震影响。同时考虑到不同高度房屋安全要求的差异，采用不同的数值。抗震设计中，为什么阻尼可以大一些？一般来说，抗震设计是以中度地震为基础的。有些构件在中震下会进入屈服状态，因此抗震时使用的阻尼可以比抗风时使用的阻尼大。抗震和抗风设计应该有区别。抗震时应采用较大的阻尼。有一点点，问题不大。
◎钢结构还应降低刚度。在美国，刚度降低了0.20%。考虑到焊接，存在残余应力的影响，对刚度影响很大。因此，应提倡采用热轧型材，减少残余应力的影响，可以部分解决问题。
萧从真大师
◎抗震设计的概念设计包括两点。一是失效模式的控制，二是延性要求的保证。针对这两点，为什么高烈度区域对延性的要求如此之大，特别是在性能设计之后，钢结构的抗震等级又为什么要按照地震烈度来划分呢？如果不控制6度区域，则设计8度和9度区域具有相同的性能。为什么9度区的延展性要求更高？
◎这里有两个问题。首先，其实设计时还有其他荷载，还有重力荷载。当重力+地震效应发生时存在差异。低烈度地区的重力荷载比重较高，而高烈度地区的重力荷载比重较低，因为地震效应占的比例高，意味着高烈度地区地震的影响肯定会小。更大。这是第一。其次，根据小震的最初设计，中震和大震时，高烈度地区的延性需求可能会更大。
◎在性能化设计方面，混凝土结构与钢结构没有本质区别。其实就是两件事，一是失效模式控制，二是延展性保证。当然，延展性要求明确后，如何保证就不同了。
◎我还呼吁取消抗震等级，钢结构不应该有抗震等级。这是在计算软件越来越完善、计算能力越来越强的时代背景下，是否有可能通过更先进的方法来突破原有的限制。
◎我国的监管限制相对严格，而且可能会越来越多。现在我们可以通过基于性能的设计和一系列的分析方法来实现这一点。
王立军老师
◎钢结构与木结构相同。当地震力不足以阻止钢材屈服时，钢结构等同于木结构。
◎规范的抗震等级越高，延性越高。抗震等级与地震破裂有关。美国没有抗震等级，所以没有这个概念。
◎实际设计发现，国内外在6°、7°区域均采用低延性结构或中延性结构。在低烈度地区，地震力很小，结构不会屈服。当它不屈服时，就没有强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件、强连接弱杆件的概念。直到七度半才屈服。抗震的概念应该从这个角度来理解。
◎无论你用17钢标准、美标还是高钢标准，如果设计相同的结构，6度、7度为低延展性，8度、9度为高延展性。这时候就会出现一个问题。中国6度、7度的标准设计是不安全的，因为此时地震力还没有增加。因此，从最基本的角度来说，部件仍然需要有足够的强度，然后提高延展性。
陈彬雷大师
概要：钢的概念和设计
◎钢铁的理念
目前的钢结构设计理念和思路大多来源于混凝土结构。很多结构体系，即所谓的概念设计，与钢、混凝土相比，有可用的，也有不可用的，甚至完全相反的。所以，这种想法已经到了调整的时机和时刻！
◎钢铁的机遇
设计就是适应物质条件，因势利导，物尽其用，物尽其用。所谓天地有时，这就叫“因势利导”。当前的技术发展史提供了一个很好的契机，那就是总工程师深入参与的标准化改革工作。总工程师作为“设计先导”，要利用标准化改革，建设国家标准、行业标准、团体标准和标准，用自己积累的经验，将自己的调整理念和设计思路融会贯通，真正落到实处。并充分利用它们！
◎钢的概念
总工程师的设计理念、行业和团队的出发点是标准的制定和解释。只有抓住这个关键环节，工程设计才能百花齐放。所谓轮廓太小了！
张进总工程师
◎目前抗震设计通常采用基于反应谱理论和结构能力设计理念的“处方式”设计规范。这种经典的规范设计方法超出了它的适用范围，无论是高度、系统、规律性钢结构设计规范2024，还是特殊要求的建筑结构，往往难以适用。与经典的规范性设计方法相比，性能化设计方法的核心是在对结构性能进行精确分析和分析的基础上，将三级设防等定性抗震设防目标转化为更加个性化、可量化的多重性能目标。 。评估采取有针对性的设计措施。
◎抗震性能设计的关键是性能目标的设定和评价，因此建立一套科学的抗震性能评价标准至关重要。目前，国内绩效评价标准或体系尚不完善。一方面，设计中缺乏宏观的性能指标，如层间位移角及其与性能水平的对应关系。另一方面，针对不同的标准，尤其缺乏评估型式元件损坏程度的具体指标。 《高规》和《高钢规》中针对不同的抗震级别设置了相应的性能等级，形成菜单式组合的性能目标设置；对应不同的性能水平，给出了不同部件宏观损伤水平的定性描述。 ，如轻度损伤和中度损伤，但不涉及定量评估损伤程度的方法。
◎对于多层高层钢结构，如果希望充分发挥其延性优势，“处方设计法”目前在实际应用中很难实施。在选择结构时，通常会出现钢结构用钢量大、成本高的情况。究其原因，首先是规范设计方法中地震力计算方法的问题。我国采用与结构形式无关的统一地震作用减减系数（约为设防地震作用的1/3）。这不适用于高延展性钢。结构具有明显的保守性，即延性的增加并没有降低地震作用，叠加钢结构的阻尼比较小，导致地震作用较大；其次，现有方法的结构形式，因为抗震等级一旦确定，整个建筑基本采用相同的截面等级，构件和板材的宽厚比完全统一。但事实上，不同的部件有不同的能耗要求，即其延展性要求也应该不同。统一的结构措施会造成不必要的浪费。同样，对于相同地震烈度地区的结构，当结构以高承载力理念设计时，其延性要求就会降低，可以采用延性等级较低的截面等级。
◎传统的“规范性规范设计方法”体系相对复杂，在其基础上进行修改难度很大。建议编制和建立适合钢结构性能化设计的单独规范和体系，以降低当前成本。制度和规定都有制约和限制。
◎从性能化设计的角度来看，关键是利用能够准确模拟结构性能的数值模拟方法，完成结构层面和构件层面预定性能指标的验证。由于钢结构的数值模型和模拟方法相对清晰和成熟，将钢结构作为基于性能的设计方法的创新应用和示范可以更具可行性和示范性。
冯德民 日本工程院院士
◎日本无论是钢筋混凝土结构还是钢结构，基本上都采用框架结构。日本的地震力相当于8.5度至9度。日本的强度区没有中国那么详细。虽然我一直在比较中国和日本的规格，但我仍然搞不清楚刚才提到的抗震性能等级和部件等级。国外常用的是元件性能等级。
◎无论是钢结构还是钢筋混凝土结构，日本小地震层间变形角均为1/200。这与国内的理解有很大不同。相对来说，包括性能设计在内，日本的设计处理还是比较简单的。
◎日本的许用应力设计方法是否落后？很难说，但是基本概念很清楚。小地震是弹性的，所以只需利用结构力学得到应力，然后将其与材料强度进行比较即可。当然，规定是否合理可以讨论，但总体思路很简单。
◎关于结构阻尼比，我个人认为这个参数非常重要。我们在日本进行了大量的地震观测来确定这个参数。在决定使用哪个值时，必须通过大量的地震观测记录或实验方法来确定。日本举全国之力，搭建了1200吨级的振动实验平台，并进行了大量的实验。大部分实验数据都是公开的，日本每个人都可以使用这些实验数据。国内虽然建造了很多振动台，但规模都比较小，实验数据的重复利用也比较少见。
◎日本进行强震观测，中国也进行强震观测。从日本角度来看，强震观测结果与理论分析结果存在差异。 1995年的地震中，地下室观测到接近1克的加速度，但房屋丝毫没有受损。使用当前的结构分析方法我们无法弄清楚发生了什么。对于2016年熊本地震，我们使用了自由表面地震观测记录。根据隔震分析，隔震层变形达到1m，但实际观测到的隔震层变形只有正负45cm左右，相差较大。因此，目前地震观测的许多现象与分析结果还有很长的路要走。日本研究这个问题已经有20、30年了，但一直没有搞清楚。因此，结构分析技术还存在差距。有很多事情要做。
◎日本目前有两种设计方法。一是对于高度小于60m的建筑物，采用底剪法。第一阶段弹性计算所用地震力相当于国内6至7度。可以说小了7度； 60m以上，采用响应谱进行分析。因此，日本60m以下的地震力与60m以上的地震力不同，颇为混乱。 60m以上，采用标准响应谱。在弹性计算的第一阶段，标准响应谱很小，所以基本上不起作用。有效的是传统的地震波观测。在弹塑性计算的第二阶段，使用规范响应谱和传统观测到的地震波（最大速度峰值归一化为 50 cm/s）。
总工程师黄晓坤
结构概念设计是根据结构的力学行为和结构安全要求提出的概念设计要求。我们先来说三个问题。
◎一是结构抗震三级两阶段设计。目前看来，这三个级别不会轻易改变。在发生极罕见地震时是否应普遍考虑尚需研究。采用两级设计，确保实现三级抗震性能目标。两阶段设计的概念比较抽象和模糊，大多数项目不一定会实现两阶段设计。
大家可以看到的一件事是，我们对建筑抗震设防的分类只是简单地分为A、B、C、D四类。但是，直到B类，地震效应才发生变化。A类增加一级来计算地震效应。如果对应三级两级设计，无论是混凝土结构还是钢结构，对于大量建筑来说，地震影响都是同一级别的。是否对应三级两级设计？对于结构（侧向）位移控制，总体设计缺乏对中震的控制要求，“中震不破坏”较为模糊。以住宅楼为例，日本都是1/200吗？相应的地震作用级别是多少？但无论什么级别，无论是钢结构、钢筋混凝土结构还是木结构，它仍然是一个数字，这才是关键。我们的小地震位移控制是和结构体系、结构材料有关的，不是一个数字；我们的大地震位移控制是钢结构特有的，与系统无关，约为1/50；具体结构与系统有关，约为1/50 1/50至1/100。例如，对于住宅来说，似乎需要研究位移的控制是基于住宅的功能性能，还是基于结构材料和结构体系。
◎第二个是多渠道设防。由框架和剪力墙组成的结构（框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等）有标准。以前很多人问，纯框架结构是否有多层防御？换句话说，抗震设计就是保证结构两个极限状态的设计安全，保证结构的整体稳定性，当然还有耐久性。无论如何，一旦你弄清楚了这一点，就应该没问题了。多个防御工事通常很难定义。例如，剪力墙结构均采用连接梁作为防御线。有的允许断裂，有的不允许断裂。是否允许它们在小地震下破裂？冗余是国外标准中极其重要的概念。是否以结构性能要求作为抗震设计的基准？在什么条件下哪些组件允许发生故障，哪些组件不能发生故障？当哪些部件失效时，如何保证结构内力的重新分配？如何保证结构的整体安全？
◎第三，工程质量安全是否是标准体系的问题。目前标准体系已经非常完善。例如，对于钢筋混凝土结构，国家标准和行业标准都有非常全面的规定。为什么质量安全问题仍然出现？主要原因是实施不太理想。看起来并不是标准本身的问题，至少不是主要是标准的问题。
◎还有一件事。我们的建筑结构大多是根据小地震来设计的，以达到中震可修复、大震不倒塌的目标。很多情况下，小地震的内力都是根据不同的分量进行调整钢结构设计规范2024，并与结构措施相结合。例如，《高层建筑混凝土结构技术规程》中，对于角柱和转换柱，最大剪力系数乘以3个点以上，超出了中震的概念。美国名义上是为大地震而设计的。主要依靠地震反应系数R来调节设计地震效果。该系数大于1，最大可达8。按照使用功能和重要性分类更细。所以美国的地震影响有时比我们小地震小，有时又比我们中震大。有专家建议，最好回归中震设计，对设计地震效应进行不同的折扣。这是否更好值得进一步研究。
总工程师舒伟农
◎钢结构和混凝土结构是两个不同的体系。现在钢结构设计的很多概念都来自于混凝土结构。合适吗？混凝土结构有开裂的可能性，而钢结构则没有。钢结构主要关注强度、变形和稳定性。
◎混凝土结构的延性要求很高，但钢结构的延性问题没那么复杂。为什么有这么多复杂的延性要求，尤其是抗震级别？钢结构的抗震等级其实不是必须的，但混凝土的抗震等级非常重要。里面有很多结构要求。
顾乐明总工程师
◎我一直对结构阻尼有点困惑。钢结构阻尼从何而来？我们的钢结构的构件和节点是根据小地震下的弹性来设计的。弹性设计材料本身不会消耗能量或产生阻尼。因此，我个人了解规范中规定的2％和4％的阻尼比可能来自附件结构。尽管主体处于弹性阶段，但它会在地震的作用下变形，这将导致辅助结构或外壳结构的能量消耗。我想知道这种理解是否正确？
◎此外，规范规定了根据高度区分钢结构的阻尼比。它低于50m，较小，高于50m。如果阻尼来自附件结构或信封，则该规定的基础是什么？
首席工程师Zhou Jian
◎可以探索为类似钢结构的地震设计发行单独的代码的可行性。迟早，我国家的钢结构设计需要国际化。与外国项目相比，我国钢结构项目的当前钢铁消费指数显然是高度的。在国际市场上，使用我国家的地震规格设计的钢结构在经济上不如。竞争力显然不足。钢结构的地震抗性的当前规格基本上采用了与混凝土结构相同的事物。应该有改进的空间。可以根据钢结构的损伤机理的特征来更合理地指定各种结构指标。
◎地震设计的重点应该放在幸存大地震上，其主要目标是保护人们。第二件事是它不会被小地震损坏。如果小地震损坏，修复它将不是一个大问题。过去，没有能力对大地震进行弹性分析，并且需要对概念设计有更多的依赖。现在，计算方法已经成熟，我们不再完全依靠概念，而可以更多地依靠大地震的分析来帮助做出判断。
Liu Xuechun教授
◎我于2011年开始从事预制的钢结构项目，并遇到了一个问题。建筑地震代码的第8.2.8条第1款要求钢结构的横向抗力组件连接的设计负载能力不应小于连接组件的设计负载容量。价值;高强度的螺栓连接不允许滑倒，因此使用大量螺栓。建议在静态负载和小地震下，足以要求螺栓不滑。不必要求连接轴承能力大于组件轴承能力。这样，螺栓的数量就不必那么多。随着螺栓的较少，将降低成本，并可以降低施工成本。而不是焊接连接。
◎与焊接相比，螺栓连接的最终轴承能力非常高，比基于滑动后压力类型计算的理论值高得多。我们进行了大量的实验研究，以确保关节的最终轴承能力大于成员的收益率轴承能力乘以1.35或1.45的连接系数，这很容易达到。
鲍·林吉（Bao Lianjin）首席工程师
◎第一点，在过去的几年中，东中国研究所对钢结构消耗进行了一些统计，主要是针对超级高层建筑的。其中，钢结构混合结构系统主要用于300m以上的建筑物。根据我们的统计数据，在我国混合结构中使用的钢量（不包括钢筋的数量）高于具有相似高度，风载或地震强度的外国纯钢结构。这个结论值得反思。我们的设计标准，概念和方法是否符合国际标准，或者许多结构技术是先进的还是领先的？
◎第二点，谁负责钢结构的详细设计？详细的设计批准是否需要提交如此多的图纸进行审查，还是每张图纸需要由施工图设计单元或设计学院的结构专业主管批准？我认为详细的设计首先负责详细的设计单元。如果需要从施工设计单元获得批准，则可以大大减少提交的审查图纸数量。主要提交的是与主要结构加深有关的图纸。但是，尚未实施此方面（TCSCS015-2021）。如果实施此标准，则可以大大减少深入设计批准的提交数量，这将有助于减轻各方的负担并节省资源。
杜安小教授
◎首先，钢结构材料没有混凝土结构材料容易出现破裂和脆弱的损害的问题，因此，就材料特性和结构系统而言，钢结构非常有利于地震抗性。同时，我认为钢结构的地震设计仍然需要区分高强度和低强度。高强度既具有轴承能力和延展性要求，而低强度不需要延展性，只需计算轴承能力即可。
◎第二，在高强度区域的地震设计中存在一个常见的问题，这是活动断层的近场效应的影响。这是一个非常复杂的问题，在工程设计领域尚未清楚地研究它。如何确定相应的近场效应扩增系数？在8个半度面积中仍将系数为1.25和1.5是否合适？有必要吗？ “高钢法规”清楚地指出，“在计算地震效应时必须考虑近场效应系数，为1.5，为5公里，为10公里。”在哪个链接中应该使用该系数？在计算中等地震能力和大地震的弹性塑性角度的计算中可以考虑吗？建议在高强度区域采用相对中等的近场效应放大因子，例如1.15-1.25。
◎第三，预制钢结构的原始起点是最大程度地减少现场焊接连接。在6度区域或7度区域中，不需要牢固地连接节点。我们可以鼓励每个人从规范规定或政策中使用半刚性关节，并更频繁地使用螺栓连接，并从政策制定的角度努力使钢铁的结构优势发挥作用。
