midas Building 性能设计手册

1、midas building 性能设计手册目 录1.规范背景1(1)性能设计的核心理念1(2)规范中的基本性能要求1a.小震不坏、中震可修、大震不倒1b.强柱弱梁、强墙肢弱连梁1c.强剪弱弯1(3)规范中的性能设计方法1a.需要做性能设计的工程项目1b.抗规的性能设计方法2c.高规的性能设计方法3d.高规和抗规的性能目标对比5e.材料强度设计值、标准值、极限值62.性能设计流程8(1)设计流程8(2)程序流程8(3)验算用内力和变形数据8a.选择抗规时8b.选择高规时9(4)性能设计注意事项93.操作说明10(1)整体参数设置10a.选择“抗规”选项时10b.选择“高规”选项时11(2)具体构

2、件控制13a.在整体控制中选择“抗规”时13b.在整体控制中选择“高规”时14(3)查看性能设计结果15a.图形结果15b.文本结果16c.表格结果171. 规范背景(1) 性能设计的核心理念对不同地震动、不同构件、同一构件的不同内力指定不同的性能目标(或性能水准)进行设计，保证结构在地震作用下的安全性能(承载力、继续承载的能力)和使用性能。(2) 规范中的基本性能要求a. 小震不坏、中震可修、大震不倒对不同地震动作用下的结构整体提出不同的性能要求，保证在不同地震动作用下结构整体的安全和正常使用，规范通过两阶段设计方法实现该性能目标。 第一阶段设计：通过小震作用下的承载力和变形计算、以及抗震措

3、施满足小震不坏、中震可修的性能要求 第二阶段设计：通过弹塑形变形验算满足大震不倒的性能要求。b. 强柱弱梁、强墙肢弱连梁对不同构件提出的不同性能要求，通过次要构件的损伤和破坏耗能，保证关键构件的安全，规范通过强柱弱梁系数(或墙肢弱连梁系数)或动力弹塑形分析验算。 强柱弱梁系数(或墙肢弱连梁系数)：抗规6.2.2要求一级框架结构和9度一级框架为1.2，其它低等级为1.1(抗规6.2.2条文说明)。 弹塑形分析：通过动力弹塑形分析确认构件的出铰顺序，要求连梁要快于墙肢，框架梁要快于框架柱出铰。c. 强剪弱弯对同一构件的不同内力提出的不同性能要求，通过弯曲的损伤和破坏耗能，保证构件剪切安全，规范通过

4、截面剪压比、强剪弱弯系数或动力弹塑形分析验算。 最小剪压比要求 强剪弱弯系数：抗规6.2.4要求一级框架结构和9度一级框架的框架梁、连梁为1.1，其它低等级可取1.0(条文说明)；抗规6.2.5要求一级框架结构和9度一级框架的框架柱和框支柱为1.2，其它低等级可取1.0(条文说明)；抗规6.2.8要求9度一级剪力墙为1.1，其它低等级可取1.0(条文说明)； 弹塑形分析：通过动力弹塑形分析确认同一构件的不同铰类型出现顺序，要求弯矩铰要快于剪力铰出现。(3) 规范中的性能设计方法抗规和高规要求的性能设计是比上述基本性能要求更严格的、更具体化的设计。a. 需要做性能设计的工程项目 超限工程高度超限

5、、规则性超限及其它规范要求项目超限时，因为目前对超限工程的理论和实践经验不充足，需要对这些工程进行更严格的设计。 使用上有特殊要求的工程核设施、特殊化学物品或贵重物品储藏设施等有必要做更严格设计的工程。 使用业主有特殊要求的工程b. 抗规的性能设计方法抗规3.10和抗规附录m将性能目标分为1、2、3、4个等级，并给出了性能化设计的方法。下表是抗规附录m中提供的各性能目标的承载力计算方法和变形目标控制值。性能要求地震作用破坏描述(承重构件)承载力计算公式(s r/re)及说明变形参考值g、e、resr内力调整系数备注性能1小震完好考虑包含风荷载设计值考虑常规设计远 ue中震完好考虑不包含风荷载设

6、计值考虑m.1.2-1ue性能2小震完好考虑包含风荷载设计值考虑常规设计远ue大震轻中等破坏考虑不包含风荷载极限值不考虑m.1.2-4 2ue，有轻微塑性变形性能3小震完好考虑包含风荷载设计值考虑常规设计明显 ue中震轻微损坏不考虑不包含风荷载标准值不考虑m.1.2-32 ue大震中等破坏不考虑不包含风荷载极限值不考虑m.1.2-4超过极值后降低少于5%4 ue，有明显塑性变形性能4小震完好考虑包含风荷载设计值考虑常规设计 ue中震轻中等破坏不考虑不包含风荷载极限值不考虑m.1.2-43 ue大震不严重破坏不考虑不包含风荷载极限值不考虑m.1.2-4超过极值后降低少于10%=0.9 up ue

7、、up：分别为弹性位移角限值和弹塑性位移角限值 远小于、明显小于、略大于弹性位移限值的标准需由用户自行决定，程序建议“远小于”的标准取小于弹性位移限值的80%，“明显小于”的标准取小于弹性位移限值的90%，“略大于”的标准取大于弹性位移限值的110%。 承载力计算公式如下 (m.1.2-1) (m.1.2-2) (m.1.2-3) (m.1.2-4)g、e、re ：分别为重力荷载分项系数、地震作用分项系数、承载力抗震调整系数；sge、sek：分别为重力荷载代表值的效应和地震作用标准值的效应i2 ：表示设防地震动，隔震结构包含水平向减震影响；i ：表示设防烈度地震动或罕遇地震动，隔震结构包含水平

8、向减震影响；：按非抗震性能设计考虑抗震等级的地震效应调整系数；：考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响。 性能1属于“小震不坏、中震不坏、大震不坏”；性能2属于“小震不坏、中震不坏、大震可修”；性能3属于“小震不坏、中震小修、大震不倒”；性能4属于“小震不坏、中震可修、大震不倒”。性能4接近于规范的基本性能设计要求，但大震变形参考值要更严格一些。 性能2的中震设计相当于过去的“中震弹性”设计，性能3的中震设计相当于过去的“中震不屈服”设计。 中震和大震均不考虑风荷载c. 高规的性能设计方法新高规3.11.1条将性能目标分为a、b、c、d，并给出了各性能目标在各地震动(小

9、震、中震、大震)作用下的性能水准要求，性能水准分为1、2、3、4、5个等级。123 性能目标 性能 水准地震水准abcd小震1111中震1234大震2345 新高规3.11.3条中对关键构件、普通竖向构件、耗能构件、大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件的各内力成分给出了计算公式(见下表)。性能目标要求地震作用构件性能水准要求普通结构中的关键构件普通竖向构件耗能构件轴力弯矩剪力轴力弯矩剪力轴力弯矩剪力目标a小震1常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计中震13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.

10、3-13.11.3-13.11.3-1大震23.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-23.11.3-23.11.3-1目标b小震1常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计中震23.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-13.11.3-23.11.3-23.11.3-1大震33.11.3-23.11.3-23.11.3-13.11.3-23.11.3-23.11.3-13.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-2目标c小震1常规

11、设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计中震33.11.3-23.11.3-23.11.3-13.11.3-23.11.3-23.11.3-13.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-2大震43.11.3-23.11.3-23.11.3-23.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、53.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、5目标d小震1常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计常规设计中震43.11.3-23.11.3-23.11.3-23.1

12、1.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、53.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、5大震53.11.3-23.11.3-23.11.3-23.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、53.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-3(a)3.11.3-4、5性能要求地震作用构件一般水准要求大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件轴力弯矩剪力目标a小震常规设计常规设计常规设计常规设计中震13.11.3-13.11.3-13.11.3-1大震23.11.3-13.11

13、.3-13.11.3-1目标b小震常规设计常规设计常规设计常规设计中震23.11.3-13.11.3-13.11.3-1大震33.11.3-3(b)3.11.3-3(b)3.11.3-1目标c小震常规设计常规设计常规设计常规设计中震33.11.3-3(b)3.11.3-3(b)3.11.3-1大震43.11.3-3(b)3.11.3-3(b)3.11.3-2目标d小震常规设计常规设计常规设计常规设计中震43.11.3-3(b)3.11.3-3(b)3.11.3-2大震53.11.3-23.11.3-23.11.3-2 “关键构件”是指该构件的失效可能引起结构的连续破坏或危及生命安全的严重破坏的

14、构件，例如底部加强部位的重要竖向构件(底部加强区剪力墙、框架柱)、水平转换构件及与其相连竖向支承构件(转换梁、框支柱)、大跨连体结构的连接体及与其相连的的竖向支承构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支承构件、承托上部多个楼层框架柱的腰桁架、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱、扭转变形很大部位的竖向（斜向）构件、重要的斜撑构件； “普通竖向构件”是指“关键构件”之外的竖向构件； “耗能构件”包括框架梁、剪力墙连梁及耗能支撑等 程序会自动判别普通结构中的关键构件、普通竖向构件、耗能构件、大跨度结构和水平长悬臂结构中的关键构件(大跨构件和长悬臂构件)，用户也可以指定

15、具体构件的构件类型。 可以说高规的性能目标和性能水准主要针对对象为结构整体，抗规的性能目标和性能水准主要针对对象为结构构件。目前程序中既可以指定结构也可以指定构件的性能目标和性能水准。 高规的计算公式说明如下计算公式公式承载力计算公式(s r/re)及说明g、e、res竖向地震分项系数r内力调整系数小震常规设计公式考虑包含风荷载0.5(竖向为主时1.3)设计值考虑3.11.3-1中震考虑不包含风荷载0.5(竖向为主时1.3)设计值不考虑大震考虑不包含风荷载0.5(竖向为主时1.3)设计值不考虑3.11.3-2中震不考虑不包含风荷载0.4标准值不考虑大震不考虑不包含风荷载0.4标准值不考虑3.1

16、1.3-3(a)中震不考虑不包含风荷载0.4极限值不考虑大震不考虑不包含风荷载0.4极限值不考虑3.11.3-3(b)中震不考虑不包含风荷载1.0标准值不考虑大震不考虑不包含风荷载1.0标准值不考虑3.11.3-4、5中震不考虑不包含风荷载0标准值不考虑大震不考虑不包含风荷载0标准值不考虑 高规的性能设计中对进入屈服的构件的验算公式没有阐述，本资料参考抗规增加了3.11.3-3(a)公式，且将原公式中3.11.3-3公式编号修改为3.11.3-3(b)。待新高规印刷版发布后再重新核对修改。 高规的性能设计中对中震的变形目标控制限值和水准1、2的大震的变形目标控制限值没有详细说明，程序建议高规的

17、变形控制目标可参考抗规要求。 高规的各性能水准的宏观和具体构件的损坏程度如下结构抗震性能水准宏观损坏程度损坏部位继续使用的可能性关键构件普通竖向构件耗能构件1完好、无损坏无损坏无损坏无损坏不需修理即可继续使用2基本完好、轻微损坏无损坏无损坏轻微损坏稍加修理即可继续使用3轻度损坏轻微损坏轻微损坏轻度损坏、部分中度损坏一般修理即可继续使用4中度损坏轻度损坏部分构件中度损坏中度损坏、部分构件比较严重损坏修复或加固后可继续使用5比较严重损坏中度损坏部分构件比较严重损坏比较严重损坏需排险大修d. 高规和抗规的性能目标对比构件性能目标小震中震大震比较结果宏观高规a完好、无损坏完好、无损坏基本完好、轻微损坏

18、接近抗规1完好完好基本完好高规b完好、无损坏基本完好、轻微损坏轻度损坏接近抗规2完好基本完好轻中等破坏高规c完好、无损坏轻度损坏中度损坏接近抗规3完好轻微损坏中等破坏高规d完好、无损坏中度损坏比较严重损坏抗规稍严抗规4完好轻中等破坏不严重破坏关键构件高规a无损坏无损坏无损坏高规稍严抗规1完好完好基本完好高规b无损坏无损坏轻微损坏高规稍严抗规2完好基本完好轻中等破坏高规c无损坏轻微损坏轻度损坏高规稍严抗规3完好轻微损坏中等破坏高规d无损坏轻度损坏中度损坏高规稍严抗规4完好轻中等破坏不严重破坏普通竖向构件高规a无损坏无损坏无损坏接近抗规1完好完好基本完好高规b无损坏无损坏轻微损坏接近抗规2完好基本

19、完好轻中等破坏高规c无损坏轻微损坏轻中度损坏接近抗规3完好轻微损坏中等破坏高规d无损坏轻中度损坏中比较严重损坏接近抗规4完好轻中等破坏不严重破坏耗能构件高规a无损坏无损坏轻微损坏抗规稍严抗规1完好完好基本完好高规b无损坏轻微损坏轻中度损坏抗规稍严抗规2完好基本完好轻中等破坏高规c无损坏轻中度损坏中比较严重损坏抗规稍严抗规3完好轻微损坏中等破坏高规d无损坏中比较严重损坏比较严重损坏抗规稍严抗规4完好轻中等破坏不严重破坏e. 材料强度设计值、标准值、极限值承载力计算中使用的混凝土、钢筋、钢材的强度设计值、标准值、极限值大小如下。l 砼材料强度的设计值、标准值、极限值(单位n/mm2)强度种类砼强度

20、等级c15c20c25c30c35c40c45c50c55c60c65c70c75c80设计值7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9标准值10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.541.544.547.450.2极限值13.217.622.026.430.835.239.644.048.452.857.261.666.070.4 根据抗规附录m.1.2条文说明，砼材料极限值取其立方体强度的0.88倍。 计算rc梁或柱的铰特性值时，双折线铰采用砼抗压强度标准值fck；三折线铰第一屈服点为砼

21、开裂对应的弯矩(取砼抗拉强度标准值ftk)，第二屈服点采用砼抗压强度标准值fck；采用fema铰时，第一屈服点(b点)采用砼抗压强度标准值fck，第二屈服点即顶点(c点)采用砼轴心抗压强度极限值fcu；采用武田四折线模型时，第一屈服点为砼开裂对应的弯矩(取砼抗拉强度标准值ftk)，第二屈服点采用砼抗压强度标准值fck，第三屈服点即顶点取砼轴心抗压强度极限值fcu。l 普通钢筋的抗拉和抗压强度设计值、标准值、极限值(单位n/mm2)钢筋牌号设计值标准值极限值hpb235235370290hpb300270300375hrb335、hrbf335300335419hrb400、hrbf400、rr

22、b400360400500hrb500、hrbf500435500625 hpb235取自旧混规(2002版)，其余取自新规范(2010版) 根据新抗规附录m.1.2条文说明，钢筋材料极限值取其屈服强度的1.25倍。 计算rc梁或柱的铰特性值时，双折线铰采用屈服强度；三折线铰第一屈服点为砼开裂对应的弯矩(与钢筋屈服和极限强度无关)，第二屈服点采用屈服强度；采用fema铰时，第一屈服点(b点)采用屈服强度，第二屈服点即顶点(c点)采用极限抗拉强度fu；采用武田四折线模型时，第一屈服点为砼开裂对应的弯矩(与钢筋屈服和极限强度无关)，第二屈服点采用屈服强度，第三屈服点即顶点采用极限抗拉强度fu。l

23、钢材的抗拉和抗压强度设计值、标准值、极限值(单位n/mm2)钢材设计强度f屈服强度fy极限抗拉强度最小值fu牌号厚度或直径(mm)q235 1640205225 4063200215 6380190205 80100190205q345 1640295335 4063265325 6380250315 80100250305q390 1640335370 4063315350 6380295330 80100295330q420 1640360400 4063340380 6380325360 80100325360 设计强度：参考了钢结构设计规范(gb 50017-2003)的3.4节； 屈

24、服强度和极限抗拉强度最小值：参考了低合金高强度结构钢(gbt 1591-2008) 计算铰特性值时，双折线铰取屈服强度，三折线铰的第一屈服强度取屈服强度，第二屈服强度取极限抗拉强度。2. 性能设计流程(1) 设计流程step-0：与审核专家沟通确定关键构件、普通竖向构件、耗能构件的性能目标 step-1：选择构件，并指定该构件性能目标 (设计人员操作软件)step-2：程序自动验算三个地震动下的承载力和变形(由软件实现)step-3：如果不满足预定目标，则需要调整截面或配筋，重新计算(设计人员调整)step-4：编写报告(2) 程序流程step-0-1：进行常规设计(必须做反应谱分析)step

25、-0-2：自动生成动力弹塑性分析数据(只需一键)step-1：在主菜单中点击性能和优化设计性能设计控制 选择抗规或高规 选择对所有构件进行性能设计还是对局部构件做性能设计 选择承载力控制性能目标 输入层间位移角控制性能目标step-2：在主菜单中点击性能和优化设计构件目标控制，指定具体构件的性能目标 当所有构件的性能目标相同，且所有构件均做性能设计时可跳过该步骤step-3：在主菜单中点击性能和优化设计运行设计，开始进行性能设计step-4：在树形菜单的性能和优化设计目录下确认承载力验算结果和层间位移角验算结果(或在主菜单中性能和优化设计性能设计结果表格中查看)step-5：如果不满足预定目标

26、(出现红色)，则需要调整截面或配筋重新计算，重复上述程序流程，直到满足预定目标为止。(3) 验算用内力和变形数据性能验算中需要使用各地震动作用下的内力结果和变形结果。程序性能设计中需要用到反应谱分析结果和动力弹塑性分析结果。用户只需要在常规设计中做反应谱分析，在动力弹塑性分析中运行自动生成分析数据即可。在性能设计时程序会自动做中震、大震反应谱分析和中震、大震地震波作用下的动力弹塑性分析。a. 选择抗规时性能目标地震作用内力数据变形数据性能1小震反应谱反应谱中震反应谱反应谱大震动力弹塑性动力弹塑性性能2小震反应谱反应谱中震反应谱反应谱大震动力弹塑性动力弹塑性性能3小震反应谱反应谱中震动力弹塑性动

27、力弹塑性大震动力弹塑性动力弹塑性性能4小震反应谱反应谱中震动力弹塑性动力弹塑性大震动力弹塑性动力弹塑性b. 选择高规时性能目标要求地震作用构件性能水准要求内力数据变形数据目标a小震1反应谱反应谱中震1反应谱反应谱大震2反应谱反应谱目标b小震1反应谱反应谱中震2反应谱反应谱大震3动力弹塑性动力弹塑性目标c小震1反应谱反应谱中震3动力弹塑性动力弹塑性大震4动力弹塑性动力弹塑性目标d小震1反应谱反应谱中震4动力弹塑性动力弹塑性大震5动力弹塑性动力弹塑性(4) 性能设计注意事项a. 动力弹塑性分析：性能设计中需要运行动力弹塑性分析，如果已经提前运行过动力弹塑性分析，在做性能设计时还会重新进行分析，且原

28、来的分析结果会被删除。因此一定要另外保存文件做动力弹塑性分析。b. 分析效率：因为模型较大时动力弹塑性分析时间会比较长，所以尽量选取关键构件及部分耗能构件做性能设计，以提高分析的效率。3. 操作说明(1) 整体参数设置midas building中目前提供按新抗规(新抗规附录m)和新高规(新高规3.11节)两种方法。在主菜单中点击性能和优化设计性能设计控制。a. 选择“抗规”选项时 “整体”控制信息整体控制信息(选择抗规时)l 所有构件都做性能设计勾选时所有构件都做性能设计，不勾选时在性能和优化设计构件性能目标中指定具体构件的性能目标。l 选择性能目标抗规附录m将构件的性能目标(或性能要求)分

29、为1、2、3、4四个等级。一般来说小震、中震、大震的目标等级(性能要求等级)相同，但使用的承载力验算公式和层间位移角控制目标限值不同。midas building中为了用户能更自由的控制性能设计，在选择抗规时可以对不同的地震动(小震、中震、大震)可选择不同的性能目标。 “层间位移角”控制信息层间位移角控制信息(选择抗规时)l 输入各性能目标在小震、中震、大震下控制的层间位移角限值，默认值参见前面说明。b. 选择“高规”选项时 “整体”控制信息整体控制信息(选择高规时)l 所有构件都做性能设计勾选时所有构件都做性能设计，不勾选时在性能和优化设计构件性能目标中指定具体构件的性能目标。l 选择性能目

30、标高规3.11.1条将构件的性能目标(或性能要求)分为a、b、c、d四个等级，且将性能分为1、2、3、4、5个水准，每个水准的承载力验算公式和层间位移角控制目标限值不同。参见前面对高规的说明。l 各地震动下的性能水准信息在对话框的下端输出性能目标对应的各地震动作用下的构件性能水准。例如选择性能目标为c时，输出信息为”小震-水准1，中震-水准3，大震-性能4” “层间位移角”控制信息层间位移角控制信息(选择高规时)输入各性能水准在各地震动作用下的层间位移角控制目标。从前面表格中可知，只有在小震和中震中才有水准1的要求，因此对话框中对水准只列出了小震、中震的层间位移角控制目标。其它没有列出的项也是

31、基于前面的表格。 (2) 具体构件控制在主菜单中点击性能和优化设计构件目标控制，可指定具体构件的性能目标，当所有构件的性能目标相同，且所有构件均做性能设计时可不必使用本功能。a. 在整体控制中选择“抗规”时 选择小震、中震、大震下的性能目标，可选择性能1、2、3、4 当需要对同一构件的不同内力指定不同的性能目标时，可勾选最右侧的框选项(右侧红色框)。当定义了各内力成分的性能目标后，各内力成分的承载力性能目标将受各自的性能目标控制，各地震动作用下层间位移角的目标控制由各地震动右侧列表框中选择的性能目标控制。 当不需要对同一构件的不同内力指定不同的性能目标时，可不勾选最右侧的框选项(右侧红色框)，

32、则构件的各内力成分的性能目标相同，等于右侧图形中各地震动选择的性能目标。 添加/替换：选择构件后，定义或替换该构件的性能目标。 删除：选择构件后，删除该构件上已经定义的性能目标。 关闭：关闭该对话框。 点击图标，可生成如下图所示的已经定义的构件的性能目标表格，也可以在表格中进行编辑、修改和删除。构件承载力性能水准表格构件层间位移角性能水准表格b. 在整体控制中选择“高规”时 性能目标：勾选时指定构件的性能目标，可选择目标a、b、c、d。当不勾选该项时需要指定构件在不同地震动下的性能水准(水准1、2、3、4、5) 小震：根据高规规定只能选择水准1。 中震：根据高规规定可选择水准1、2、3、4。 大震：根据高规规定可选择水准2、3、4、5. 添加/替换：选择