性能评价标准3——建筑结构抗倒塌设计标准

托管班朱老师

构件性能评价是建筑结构弹塑性分析中的重要内容。SAUSG软件提供了多种构件性能评价方法，这些方法基于不同的文献或标准规范制定，评价原理和评价结果可能存在差异。前期文章分别介绍了SAUSG软件评价标准中的默认值和《建筑结构非线性分析技术标准》，本文继续对基于应变的性能评价标准进行介绍。
SAUSG软件中包含两种基于应变的性能评价标准，分别依据《建筑结构非线性分析技术标准》（T/CECS 906-2021）（以下简称“非线性标准”）和《建筑结构抗倒塌设计标准》（T/CECS 392-2021）（以下简称“抗倒塌标准”）制定。本文对基于抗倒塌标准的应变评价标准进行介绍。
1、评价标准介绍




图1-1 抗倒塌标准

抗倒塌标准附录A.3中对钢筋混凝土构件损失破坏评价方法进行规定，包括压弯破坏的钢筋混凝土构件、斜截面破坏的钢筋混凝土构件和钢构件等。
压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的损伤等级可根据抗地震倒塌计算得到的钢筋和混凝土的应变按表 A.3.1-1 确定，或可根据抗地震倒塌计算得到的构件最大转角按表 A.3.1-2 和图A.3.1 确定。



表 A.3.1-1 压弯破坏的钢筋混凝土结构构件基于应变的地震损伤等级判别标准

式中：
\varepsilon_{1} ——主拉应变；
\varepsilon_{3} ——主压应变；
\varepsilon_{p} ——约束混凝土单轴受压峰值应变；
\varepsilon_{cu} ——约束混凝土单轴受压极限应变，应采用合适的约束混凝土应力-应变模型确定其峰值压应变和极限压应变；
|εa|=min( 2 |εp| , |εcu| )，|εb|=max( 2 |εp| , |εcu| )；
\varepsilon_{y} ——钢筋或钢材的屈服应变，钢筋的本构模型参数可按A.1.2.1条确定，钢材的本构模型参数可按A.1.2.2条确定；
钢材受拉和受压的损伤等级判别标准适用于型钢混凝土和钢管混凝土等构件。
k_{1} \varepsilon_{y} ——钢筋硬化起点应变，在没有实验依据时，可取0.01；
k_{2} \varepsilon_{y} ——钢筋峰值应变，在没有实验依据时，可取总伸长率δgt。



表 A.3.1-2 压弯破坏的钢筋混凝土结构构件基于转角的地震损伤等级判别标准

式中：θ为地震作用下压弯破坏的钢筋混凝土结构构件的最大转角。
2、软件实现

在SAUSG软件2022版本中，依次点击【分析】→【性能评价】→【应变评价标准】点击“建筑结构抗倒塌设计标准”即可，如图2-1所示。



图2-1 性能评价标准-抗倒塌标准

SAUSG软件中基本实现抗倒塌标准中的应变评价方法，评价等级如表2-1所示。
表2-1 SAUSG软件性能评价标准-应变评价标准（抗倒塌标准）


说明：
1 ε/ε0为混凝土压应变与峰值应变比值；
2 ε/εy为钢筋或钢材应变与屈服应变比值；
3 表中数值均为各性能水平的下限值，例如ε/ε0在[1.5,2)范围内判定为中度损坏；
4 单元性能水平取单元各项指标对应的最大损坏性能水平；
5 梁柱构件性能水平取各单元性能水平的最大值；
6 墙板构件性能水平取单元性能水平面积加权平均值，并根据损伤范围进行修正：
若构件中度及以上损伤单元面积大于构件总面积的50%，则构件性能水平提高为严重损坏。
3、 评价原理

与非线性标准相同，抗倒塌标准以构件钢材应变水平（ε/εy,即钢筋应变与屈服应变比值）、构件混凝土压应变水平（ε/ε0,即混凝土压应变与峰值应变比值）进行构件性能评价。将构件性能划分为无损坏、轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、重度损坏和严重损坏共六个等级。
1 截面积分点

截面积分点的选取与默认值相同，详见《技术周刊 | SAUSG软件性能评价标准1——默认值》第1.1节。
2 钢筋/钢材

钢筋或钢材等级以应变水平进行评价，取钢材应变（与默认值的钢材塑性应变不同）与屈服应变的比值。由表3-1可知抗倒塌标准钢筋指标与非线性标准存在细微差别，整体上较为接近。



表3-1 抗倒塌标准与非线性标准和默认值钢材等级划分对比

3 梁柱构件

梁柱构件性能等级确定方法与默认值相同，取各单元性能水平的包络值，如图3-3所示。



图3-3 梁柱构件性能评价

4 墙板构件

墙板构件性能等级确定方法与默认值类似，与非线性规程存在区别。
墙板构件性能则取其所有细分单元的性能水平的面积加强平均值，并根据损伤范围大小进行修正：若构件中度损伤及以上损伤程度单元面积大于构件总面积的50%，说明构件整体承载力下降显著，构件性能水平提高为严重损坏，如图1-7所示。


(a) 面积加权平均



图1-7 剪力墙构件性能评价

(b) 构件性能水平提高为严重损坏
4、结果对比

选取某结构进行评价结果对比。本结构为框架结构，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，主要框架柱截面尺寸为800×900mm，混凝土为C50，配筋率为2.5%。分别采取两种性能评价方法进行性能评价，如图4-1所示。结果表明，抗倒塌标准与非线性标准评价结果相近，并且构件损失程度小于默认值。



图4-1 结果对比

结合框架柱推覆曲线可以看出，采用非线性标准和抗倒塌标准进行性能评价时，当框架柱达到中度损坏程度时，框架柱弯矩接近构件极限承载力，而默认值评价下的构件内力仍较小。



图4-2 框架柱弯矩-转角曲线及中度损伤判定标准示意图

5、小结

结合《建筑结构抗倒塌设计标准》（T/CECS 392-2021），SAUSG软件增加基于该标准的性能评价方法，方便用户直观查看基于非线性标准的性能评价结果。
抗倒塌标准性能评价方法基于混凝土应变和钢材塑性应变水平进行性能评价，并考虑二维构件损伤范围进行性能调整，整体评价结果与非线性规程评价结果相近。
6、参考文献

[1]《建筑结构非线性分析技术标准》（T/CECS 906-2021）.北京:中国计划出版社；
[2]《建筑结构抗倒塌设计标准》（T/CECS 392-2021）.北京:中国计划出版社。

往期推荐：
01《技术周刊 | SAUSG软件性能评价标准1——默认值》
02《技术周刊 | SAUSG软件性能评价标准2——<建筑结构非线性分析技术规程>》

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