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“高规”3.11节对结构抗震性能设计给出了明确的规定，结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级，结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准，同时还给出了不同抗震性能水准的结构抗震承载力验算公式。PKPM等主流设计软件提供了“按照高规方法进行性能包络设计”功能。笔者很好奇，按照“高规”性能设计后的构件再做非线性验算时，真的能达到性能目标吗？下面将以一个小框架为例来进行性能化设计，并进行非线性分析验算构件能否达到性能目标。
1常规小震设计
两层框架模型如下图所示，内层框架柱截面600mm*600mm，外层框架柱400mm*400mm，地震烈度为7度(0.10g)，场地类别为III类，地震分组为第一组。有限元网格特征尺寸为0.8m。
图1 三维模型
首先采用SATWE进行小震常规设计，SAUSAGE接力数据后，进行大震非线性时程分析。采用SATWE自动选波工具选出一条人工波和两条天然波，双向地震动输入，主方向峰值加速度为220.0 cm/s2。
图2 构件性能水平
可见，两边跨有四根框架柱出现了中度破坏，下面对这四根柱进行性能化设计，设置性能目标为大震弹性。
2SATWE性能化包络设计
采用SATWE进行性能包络设计。SAUSAGE读取包络配筋，进行非线性时程分析。计算条件及分析参数同前。计算结果显示，人工波1及天然波2的所有设置性能目标的构件均无损坏，天然波1的大部分设置性能目标的构件无损坏，但3号柱底部发生了轻微损坏。查看发现，3号柱底钢筋出现了塑性应变，值为4.21e-5，并没有保持大震弹性（查看其他三根柱的钢筋应变，底部钢筋也接近屈服）。
图3天然波1性能水平
可见，常规的SATWE性能化包络设计并不一定能保证达到性能目标。这主要是由于大震子模型未考虑未设置性能目标的构件的刚度退化（从大震非线性分析的构件性能水平图可以看到，未设置性能目标的构件出现了损坏，产生了刚度退化），这在无形中夸大了大震子模型未设置性能目标的构件的内力，减小了设置性能目标的构件的内力，从而使设置性能目标的构件配筋偏小。
在未进行非线性分析之前，无法准确估计结构在中震和大震作用下构件的刚度退化情况以及考虑构件塑性耗能后附加给结构的阻尼比，因而会导致构件内力失真。
建研院肖从真等人提出，可以通过非线性分析，得到结构中不同构件在中、大震作用下的刚度折减系数和结构附加阻尼比，返代回弹性设计软件中进行结构性能设计。这也就是SAUSG-Design刚度折减辅助SATWE性能包络设计方法。
3SAUSG-Design刚度折减性能设计
采用SAUSG-Design考虑未设置性能目标的构件的刚度折减来优化SATWE性能包络设计，流程如下：
1） SAUSG-Design接力SATWE初始配筋，采用人工波1进行非线性分析，得到未设置性能目标的构件的刚度折减系数； 2） 返回SATWE，“参数定义”菜单“性能设计”选项卡，勾选“采用SAUSAGE-Design刚度折减系数”，同时勾选“采用SAUSAGE-Design附加阻尼比”，然后点击“生成数据+全部计算”按钮即可一键完成性能化包络设计。
图4SATWE参数设置
未设置性能目标构件的刚度折减系数可以在大震子模型“设计属性补充”菜单下“刚度折减系数”子项查看。
图5大震子模型构件刚度折减系数
图6 SAUSG-Design能量图及附加阻尼比
由SAUSG-Design计算报告结构弹塑性附加等效阻尼比为 0.3% ，大震子模型总等效阻尼比为5.3%。
SAUSAGE读取包络配筋，进行非线性时程分析，计算条件及分析参数同前。分析结果显示，人工波、天然波1、天然波2的所有设置大震弹性性能目标的构件均无损坏，达到了性能目标要求。
图7天然波1性能水平
4配筋对比及原因分析
以3号柱为例，对比SATWE性能包络设计、SAUSG-Design刚度折减性能设计配筋，如下表：
可见，SAUSG-Design刚度折减辅助SATWE性能包络设计相对于传统的SATWE性能包络设计，设置性能目标的构件配筋增加了2%~4%，真正达到了“大震弹性”的性能目标。
SAUSG-Design刚度折减辅助SATWE性能包络设计方法考虑了结构在中震和大震作用下构件的刚度退化情况，同时考虑了构件塑性耗能后附加给结构的阻尼比，使计算结果更准确。
来源：SAUSAGE非线性。
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