我演讲的题目是“基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计”，我们现在的设计不是基于大震弹塑性时程分析的，目前大震弹塑性时程分析是结构抗震验算的手段，尤其是验算大震不倒的，设计最概括的话就是三水准、两阶段，两阶段是小震不坏、大震不倒，即小震下的强度验算，大震下的变形验算，这个报告主要是讲结构抗震设计怎么样在大震弹塑性时程分析的基础上做工作？为什么要做这个工作？ 
    一、设计理念 
    二、分析方法 
    三、工程应用 
    以往是从设计理念到分析方法，再到工程应用，今天我想先给大家介绍工程应用。 
    这是我们以前做过的一个项目——安徽置地投资大厦，工程概况：地上26层，总高度99.4米，框架剪力墙结构，抗震设防烈度7度，II类场地，底层框架柱为1100×1100mm的钢骨混凝土柱。 
    这是平面布置，平面布置相当于两个单元块重叠在一起，而且有一部分的重叠比较小。 
    平面呈错“一”字型，左右两部分结构单元在角部重叠，重叠区域比较小，两侧重叠面积都在10%左右。 
    示意图中间是连接部分，每三层有一个空间花园，那就是说三层有一块板。 
    拿到这个项目后，我们按一般的抗震设计作了一个计算分析，一般的设计是拿过来后用SATWE或ETABS进行计算。对该结构采用SATWE进行了小震下的弹性设计，并用ETABS进行校核，两者计算结果附近。 
    结构构件强度设计正常，没有严重的超配筋情况。 
    变形等控制指标满足规范效果 
    考虑地震组合工况下，ETABS软件采用弹性板假定，计算的楼板应力大部分区域均小于1.5MPa，仅在剪力墙附近局部区域约2MPa。 
    其余各项指标均满足现行规范要求。 
    这个平面我们感觉有问题，按一般的弹性设计方法分析或设计时没有太大问题，但我们老觉得有问题，所以对这个项目又用弹塑性时程分析进行了计算。 
    大震弹塑性时程分析采用基于材料本构的弹塑性时程分析方法，同时充分考虑楼板的真实作用，充分考虑构件实际承载力（包括混凝土构件的实际截面、实际配筋、实际钢骨的截面规格等），把真实情况描述、考虑进去。 
    这是大震弹塑性时程分析主要结果，按现有规范给我们提供的软件作分析时基本上没有问题，但如果用时程分析算的时候，发现建筑在地震后2秒前以整体平动为主，但到2秒后逐步加大，响应非常强烈，跟我们的预期非常接近。 
    我们把结构的剪力墙取出来，可以看出来破坏非常严重，左右连接部位的楼板受拉破坏明显，跟我们的想象预期一样，问题比较多，图中红色部分都是被拉坏了。

    结构方案合理性评估 
为什么要先拿这个案例说呢？其实基于大震弹塑性时程分析是把大震弹塑性时程分析作为主动设计手段来进行结构方案的调整和结构方案的优化，我们现在对它进行结构方案的合理性评估，发现大震出现破坏的主要原因有： 
结构平面不规则，中间部位连接较薄弱，中间区域Y向剪力墙数量不足，且布置不合理。 
左右两侧单元抗侧刚度较差。 
左侧外围剪力墙与中部核心筒剪力墙间距较大，造成损伤较右侧外围剪力墙严重。 
通过结构方案合理性评估，应该说结构布置存在不合理，需要对剪力墙布置进行调整。 
这是我们对原来的结构平面布置方案进行的调整，首先把⑥轴这片墙进行调整，同时增加了一片墙，由于首层的功能需要，我们进行了小转换。由于减少了这两片墙的刚度，把原来的墙长减短了，同时增加了两片小墙，这是我们对平面布置的调整，应该说这个调整对建筑的使用功能没有影响，而且对结构费用的增加也没有明显的影响。 
我再把调整过的方案给大家看一下，扭转效应不明显，结构变形主要是以平动为主。 
再看一下调整后大震弹塑性时程分析情况，与调整前方案相比，楼板受拉损伤情况与发生部位明显改善。 
举这个例子是想说明目前大震性弹塑性时程分析是辅助手段，从来没有人把它作为主动设计手段，所以我提出把基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计变成结构方案或结构调整的手段，让结构更合理。

    设计理念 
现行结构抗震设计方法：三水准、两阶段，我们提的是小震不坏、中震可修、大震不倒，但实际上我们在设计中控制的只有两个阶段：小震下的强度设计、大震下的变形验算。在具体设计过程中，一般是通过一系列系数调整和抗震构造措施，系数调整里包括一些抗震措施，来实现结构的延性破坏。罕遇地震是进行变形验算，做到大震不倒。 
现在的设计方案可能有一个问题，即很多的强弱关系，以及中震和大震性能化设计目标都是基于弹性分析结果来界定它承受多少力，进行多大的地震力系数放大，然后我们认为它强了，但这个强对不对呢？ 
看一下弹性和弹塑性计算结果，我们做了一个小案例，这是一榀框架，框架的计算条件是当P=200kN时，结构开始进入塑性。当P=400kN时，考虑弹塑性和不考虑弹塑性，内力相差多大呢？第一种计算是假设结构处于弹性状态，我做400kN，然后按真实情况，因为200kN就进入弹性，那我分成两个阶段，第一个阶段是0~200kN，第二个阶段是200~400kN之间，随着力的逐渐增大，角的度数趋于出现，相对有一个重分配，然后把三个代表性的柱取出来，看一下弹性结果，取柱底的弯矩，可见弹塑性计算后，弯矩比弹性计算大，为什么大呢？因为重分配了，我们原来以为可以按弹性算出的内力进行适当放大，就可以保证墙，但不一定能实现，现在所有的基础是弹性计算结果，然后根据弹性计算结果对它进行放大，这个结果是不是真的能保证我们所预想的结构破坏模式、破坏强弱关系呢？看样子是有一点问题的。 
地震作用是动态的、随机的，采用静力方式考虑具有一定的局限性，我们现在发现对于一般的高层建筑、超高层建筑，当高度超过150米时，高度影响肯定很大，上部1/3区域肯定是薄弱环节，以前我们习惯于建筑设计时把竖向构件沿高度逐渐缩小，把混凝土强度等级沿高度降低，后来我们在实际工程中发现这样是不行的，这样顶部会坏，而且损毁严重。 
所以我们做了一些研究，提出大震弹塑性时程分析。

    现有结构抗震设计方法 
先进行小震强度设计、变形验算，然后进行判定，如果不满足，进行方案调整，如果满足，就进行抗震构造措施，这里把抗震措施也放进来了，这样就完成设计了。 
现在复杂超限工程比较多，它的设计流程是先强度设计、变形验算，由于超限，我们会对它提出要求，一般是希望它做时程分析，首先会进行小震下的弹性时程，这个比较容易做，因为这个做的话，至少可以根据反应情况初步判定结构的薄弱部位、薄弱层，比如像超高层建筑高震型影响，我们发现上部受的力比一般的静力分析要大。 
完成这个以后，一般我们会根据建筑的重要性、薄弱部位或薄弱环节，提出一些性能化设计要求，中震的性能化要求、大震下的性能化要求，比如说用的比较多的中震不屈服、中震弹性、大震不屈服、大震弹性、中震抗剪弹性等等，如果满足就OK，不满足就要进行局部构件调整，尤其是最关键的重要构件，对于设计性能不高的构件进行调整，然后再看一下中、大震性能化是否满足要求，如果满足了，一般我们会做大震的弹塑性分析复核，复核方法主要是验算层间位移角，包括静力分析和弹塑性时程，一般情况下都会满足，满足以后就进行抗震的构造措施，这样就完成设计了，这是目前超限工程用得比较多的。

    现有抗震设计方法的不足 
前面大概已说到了，有时候用弹性的中震、大震预判大结构薄弱部位和性能化目标很难实现，我们现在用宏观指标控制大震不倒，比如层间位移高。

    基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计 
设计流程，一开始跟前面一样，然后进行大震弹塑性时程分析，这里会对弹塑性时程分析的基本条件、材料本构关系、楼板的考虑以及实际截面和实际配筋的考虑，算出来以后一般进行结构整体性能的分析和构件性能的分析。整体性能包括顶点位移时程、弹塑性层间位移角、基底总剪力，构件性能分析包括塑性发展区域、损伤程度、构件应力状态。

    评估结构方案合理性 
受力是否均衡。前面我给了一个案例，为什么墙作适当的调整，由原来破坏非常严重就变得破坏非常轻？是因为它受力不均衡，这两个单元由于刚度不匹配，互相之间需要帮忙，互相帮忙就意味着互相要拉拉扯扯，这对中间的区域要求很高。很简单的例子，两个人走路，如果步调不一致，一快一慢，你会发现前面的人拖着后面的人走，通过微观调整就是使两个单元体受力比较均衡，大家都能独立抗震，所以说受力均衡很重要。 
变形是否协调也很重要。 
是否存在某些区域严重破坏。也许大家认为大震弹塑性时程分析可能会有一些缺陷，它的地震波输入是不是这个工程将来发生的地震，它的建模是否精准？但是我觉得这个不影响我们判断的方法。 
是否存在层间位移角严重超限，大震作用下损伤极小，几乎处于弹性状态，结构偏于安全。如果破坏比较严重，就要对体系进行调整，对抗震的构件进行调整，如果整体结构偏于安全，我们就要进行优化设计。 
在这个阶段我们可以作为一个结构抗震，说实话，现在很多规则结构，由于我们做了很多年，对结构的合理性，是否存在薄弱环节已经非常清楚，我们非常了解了，但是对于一个复杂结构，由于经验的积累很少，我们并不知道或并不能预判这个结构将来是哪儿坏了、哪儿薄弱，所有的坏和薄弱都是建立在以往的经验和以往的理解上得到的，相应的措施也是借助以往的经验去实施的，所以可以做评估方案合理性的重要手段，同时下一个阶段可以评估大震下的抗震性能，以往大震下的抗震性能主要看一下层间位移角是否满足，也就是“大震不倒”这个指标是否满足。 
大震下的抗震性能，一是弹塑性层间位移角是否满足规范要求，二是不因构件损伤发生结构连续倒塌，尽管在整个一层楼里，还有一些构件处于比较良好的状态，使层间位移角并不是很大，但由于某些重要构件破坏的非常严重，它的坏也可能在实际发生时会带来结构的倒塌或连续破坏。 
我这里大概有十几个案例，我们对超限工程作了归纳和总结，一是超高层建筑，二是平面不规则的建筑，三是复杂连接建筑等等，一共有四类，而且每个类型都举了几个代表性的工程。

    结束语 
大量的结构弹塑性时程分析表明：对于同一栋建筑而言，尽管分析中采用不同的地震波输入、不同的建模精度和分析参数选择，其计算出的构件承载力、结构的位移，甚至结构和构件进入塑性的程度等都差异较大，但是构件之间的相对强弱关系以及发现薄弱部位的位置都是一致的。因此，该方法可以作为进行结构抗震概念设计的重要手段。 
基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计可以作为一种主动设计手段，通过它可以让结构调的均匀、调的合理、调的匀称，在相同材料下让它具有很强的抗震性能，指导设计人员有针对性地进行结构方案调整和局部构件调整，优化结构设计，在提高结构整体抗震性能的基础上同时实现经济性。