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1.2 地震作用和結構抗震驗算

《建筑抗震設計規范》GB 50011——2010

4.2.4 驗算天然地基地震作用下的豎向承載力時,按地震作用效應標準組合的基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下列各式要求:

式中:P——地震作用效應標準組合的基礎底面平均壓力;

pmax——地震作用效應標準組合的基礎邊緣的最大壓力。

高寬比大于4的高層建筑,在地震作用下基礎底面不宜出現脫離區(零應力區);其他建筑,基礎底面與地基土之間脫離區(零應力區)面積不應超過基礎底面面積的15%。

【條文解析】

地震區的建筑物,首先必須根據靜力設計的要求確定基礎尺寸,并對地基進行強度和沉降量的核算,然后根據需要進行進一步的地基抗震強度驗算。

當需要進行地基抗震承載力驗算時,應將建筑物上各類荷載效應和地震作用效應加以組合,并取基礎底面的壓力為直線分布(見圖1.1)。具體驗算要求見式(4.2.4-1)、(4.2.4-2),主要是參考相關規范的規定提出的,壓力的計算應采用地震作用效應標準組合,即各作用分項系數均取1.0的組合。

圖1.1 基礎底面壓力分布圖

5.1.1 各類建筑結構的地震作用,應符合下列規定:

1 一般情況下,應至少在建筑結構的兩個主軸方向分別計算水平地震作用,各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。

2 有斜交抗側力構件的結構,當相交角度大于15°時,應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。

3 質量和剛度分布明顯不對稱的結構,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響;其他情況,應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。

4 8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑,應計算豎向地震作用。

注:8、9度時采用隔震設計的建筑結構,應按有關規定計算豎向地震作用。

【條文解析】

地震釋放的能量,以地震波的形式向四周擴散,地震波到達地面后引起地面運動,使地面原來處于靜止的建筑物受到動力作用而產生強迫振動。在振動過程中作用在結構上的慣性力就是地震荷載。這樣,地震荷載可以理解為一種能反映地震影響的等效荷載。抗震設計時,結構所承受的“地震力”實際上是由于地震地面運動引起的動態作用,包括地震加速度、速度和動位移的作用,按照國家標準《建筑結構設計術語和符號標準》GB/T 50083—1997的規定,屬于間接作用,不可稱為“地震荷載”,應稱“地震作用”。

5.1.2 各類建筑結構的抗震計算,應采用下列方法:

1 高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構,以及近似于單質點體系的結構,可采用底部剪力法等簡化方法。

2 除1款外的建筑結構,宜采用振型分解反應譜法。

3 特別不規則的建筑、甲類建筑和表5.1.2-1所列高度范圍的高層建筑,應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算;當取三組加速度時程曲線輸入時,計算結果宜取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值;當取七組及七組以上的時程曲線時,計算結果可取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。

采用時程分析法時,應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線,其中實際強震記錄的數量不應少于總數的2/3,多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符,其加速度時程的最大值可按表5.1.2-2采用。彈性時程分析時,每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%,多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

表5.1.2-1 采用時程分析的房屋高度范圍

表5.1.2-2 時程分析所用地震加速度時程的最大值 cm/s2

注:括號內數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。

4 計算罕遇地震下結構的變形,應按本規范第5.5節規定,采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法。

5 平面投影尺度很大的空間結構,應根據結構形式和支承條件,分別按單點一致、多點、多向單點或多向多點輸入進行抗震計算。按多點輸入計算時,應考慮地震行波效應和局部場地效應。6度和7度I、Ⅱ類場地的支承結構、上部結構和基礎的抗震驗算可采用簡化方法,根據結構跨度、長度不同,其短邊構件可乘以附加地震作用效應系數1.15~1.30;7度Ⅲ、Ⅳ類場地和8、9度時,應采用時程分析方法進行抗震驗算。

6 建筑結構的隔震和消能減震設計,應采用本規范第12章規定的計算方法。

7 地下建筑結構應采用本規范第14章規定的計算方法。

【條文解析】

不同的結構采用不同的分析方法在各國抗震規范中均有體現,底部剪力法和振型分解反應譜法仍是基本方法,時程分析法作為補充計算方法,對特別不規則(參照《建筑抗震設計規范》GB 50011——2010表3.4.3的規定)、特別重要的和較高的高層建筑才要求采用。所謂“補充”,主要指對計算結果的底部剪力、樓層剪力和層間位移進行比較,當時程分析法大于振型分解反應譜法時,相關部位的構件內力和配筋作相應的調整。

進行時程分析時,鑒于不同地震波輸入進行時程分析的結果不同,本條規定一般可以根據小樣本容量下的計算結果來估計地震作用效應值。通過大量地震加速度記錄輸入不同結構類型進行時程分析結果的統計分析,若選用不少于2組實際記錄和1組人工模擬的加速度時程曲線作為輸入,計算的平均地震效應值不小于大樣本容量平均值的保證率在85%以上,而且一般也不會偏大很多。當選用數量較多的地震波,如5組實際記錄和2組人工模擬時程曲線,則保證率更高。所謂“在統計意義上相符”指的是,多組時程波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數曲線相比,在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于20%。計算結果在結構主方向的平均底部剪力一般不會小于振型分解反應譜法計算結果的80%,每條地震波輸入的計算結果不會小于65%。從工程角度考慮,這樣可以保證時程分析結果滿足最低安全要求。但計算結果也不能太大,每條地震波輸入計算不大于135%,平均不大于120%。

正確選擇輸入的地震加速度時程曲線,要滿足地震動三要素的要求,即頻譜特性、有效峰值和持續時間均要符合規定。

頻譜特性可用地震影響系數曲線表征,依據所處的場地類別和設計地震分組確定。

加速度的有效峰值按《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010表5.1.2-2中所列地震加速度最大值采用,即以地震影響系數最大值除以放大系數(約2.25)得到。計算輸入的加速度曲線的峰值,必要時可比上述有效峰值適當加大。當結構采用三維空間模型等需要雙向(兩個水平向)或三向(兩個水平和一個豎向)地震波輸入時,其加速度最大值通常按1(水平1):0.85(水平2):0.65(豎向)的比例調整。人工模擬的加速度時程曲線,也應按上述要求生成。

輸入的地震加速度時程曲線的有效持續時間,一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一點算起,到最后一點達到最大峰值的10%為止;不論是實際的強震記錄還是人工模擬波形,有效持續時間一般為結構基本周期的(5~10)倍,即結構頂點的位移可按基本周期往復(5~10)次。

 

5.1.3 計算地震作用時,建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數,應按表5.1.3采用。

表5.1.3 組合值系數

注:硬鉤吊車的吊重較大時,組合值系數應按實際情況采用。

【條文解析】

建筑物的某質點重力荷載代表值GE的確定,應根據結構計算簡圖中劃定的計算范圍,取計算范圍內的結構和構件的永久荷載標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數按表5.1.3采用。地震時,結構上的可變荷載往往達不到標準值水平,計算重力荷載代表值時可以將其折減。按現行國家標準《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的原則規定,地震發生時恒荷載與其他重力荷載可能的耦合結果總稱為“抗震設計的重力荷載代表值GE”,即永久荷載標準值與有關可變荷載組合值之和。

表中硬鉤吊車的組合值系數,只適用于一般情況,吊重較大時需按實際情況取值。

 

5.1.4 建筑結構的地震影響系數應根據烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數最大值應按表5.1.4-1采用;特征周期應根據場地類別和設計地震分組按表5.1.4-2采用,計算罕遇地震作用時,特征周期應增加0.05s。

表5.1.4-1 水平地震影響系數最大值

注:括號中數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。

表5.1.4-2 特征周期值s

注:周期大于6.0s的建筑結構所采用的地震影響系數應專門研究。

【條文解析】

本條中,表5.1.4-1增加6度區罕遇地震的水平地震影響系數最大值。與第4章場地類別相對應,表5.1.4-2增加I0類場地的特征周期,計算6、7度罕遇地震作用時,特征周期也增加了0.05s。

 

5.1.6 結構的截面抗震驗算,應符合下列規定:

1 6度時的建筑(不規則建筑及建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外),以及生土房屋和木結構房屋等,應符合有關的抗震措施要求,但應允許不進行截面抗震驗算。

2 6度時不規則建筑、建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑,7度和7度以上的建筑結構(生土房屋和木結構房屋等除外),應進行多遇地震作用下的截面抗震驗算。

注:采用隔震設計的建筑結構,其抗震驗算應符合有關規定。

【條文解析】

在強烈地震下,結構和構件并不存在最大承載力極限狀態的可靠度。從根本上說,抗震驗算應該是彈塑性變形能力極限狀態的驗算。研究表明,地震作用下結構和構件的變形和其最大承載能力有密切的聯系,但因結構的不同而異。

1)當地震作用在結構設計中基本上不起控制作用時,例如6度區的大多數建筑,以及被地震經驗所證明者,可不做抗震驗算,只需滿足有關抗震構造要求。但“較高的高層建筑”(以后各章同),諸如高于40m的鋼筋混凝土框架、高于60m的其他鋼筋混凝土民用房屋和類似的工業廠房,以及高層鋼結構房屋,其基本周期可能大于Ⅳ類場地的特征周期Tg,則6度的地震作用值可能相當于同一建筑在7度Ⅱ類場地下的取值,此時仍須進行抗震驗算。本條規定了6度設防的不規則建筑應進行抗震驗算的要求。

2)對于大部分結構,包括6度設防的上述較高的高層建筑和不規則建筑,可以將設防地震下的變形驗算,轉換為以多遇地震下按彈性分析獲得的地震作用效應(內力)作為額定統計指標,進行承載力極限狀態的驗算,即只需滿足第一階段的設計要求,就可適當提高抗震承載力的可靠度,保持了規范的延續性。

3)我國歷次大地震的經驗表明,發生高于基本烈度的地震是可能的,設計時考慮“大震不倒”是必要的,規范要求對薄弱層進行罕遇地震下變形驗算,即滿足第二階段設計的要求。

 

5.2.1 采用底部剪力法時,各樓層可僅取一個自由度,結構的水平地震作用標準值,應按下列公式確定(圖5.2.1):

圖5.2.1 結構水平地震作用計算簡圖

式中: FEk——結構總水平地震作用標準值;

α1——相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值,應按本規范第5.1.4、第5.1.5條確定,多層砌體房屋、底部框架砌體房屋,宜取水平地震影響系數最大值;

Geq——結構等效總重力荷載,單質點應取總重力荷載代表值,多質點可取總重力荷載代表值的85%;

Fi——質點i的水平地震作用標準值;

GiGj——分別為集中于質點ij的重力荷載代表值,應按本規范第5.1.3條確定;

HiHj——分別為質點ij的計算高度;

δn——頂部附加地震作用系數,多層鋼筋混凝土和鋼結構房屋可按表5.2.1采用,其他房屋可采用0.0;

表5.2.1 頂部附加地震作用系數

注:T1為結構基本自振周期。

Fn——頂部附加水平地震作用。

【條文解析】

底部剪力法視多質點體系為等效單質點系。根據大量的計算分析,本條規定如下:

1)引入等效質量系數0.85,它反映了多質點系底部剪力值與對應單質點系(質量等于多質點系總質量,周期等于多質點系基本周期)剪力值的差異。

2)地震作用沿高度倒三角形分布,在周期較長時頂部誤差可達25%,故引入依賴于結構周期和場地類別的頂點附加集中地震力予以調整。

 

5.2.2 采用振型分解反應譜法時,不進行扭轉耦聯計算的結構,應按下列規定計算其地震作用和作用效應:

1 結構j振型i質點的水平地震作用標準值,應按下列公式確定:

式中:Fji——j振型i質點的水平地震作用標準值;

αj——相應于j振型自振周期的地震影響系數,應按本規范第5.1.4、第5.1.5條確定;

Xji——j振型i質點的水平相對位移;

γi——j振型的參與系數。

2 水平地震作用效應(彎矩、剪力、軸向力和變形),當相鄰振型的周期比小于0.85時,可按下式確定:

式中:SEk——水平地震作用標準值的效應;

Sj——j振型水平地震作用標準值的效應,可只取前2~3個振型,當基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時,振型個數應適當增加。

【條文解析】

對于振型分解法,由于時程分析法亦可利用振型分解法進行計算,故加上“反應譜”以示區別。為使高柔建筑的分析精度有所改進,其組合的振型個數適當增加。振型個數一般可以取振型參與質量達到總質量90%所需的振型數。

 

5.2.3 水平地震作用下,建筑結構的扭轉耦聯地震效應應符合下列要求:

1 規則結構不進行扭轉耦聯計算時,平行于地震作用方向的兩個邊榀各構件,其地震作用效應應乘以增大系數。一般情況下,短邊可按1.15采用,長邊可按1.05采用;當扭轉剛度較小時,周邊各構件宜按不小于1.3采用。角部構件宜同時乘以兩個方向各自的增大系數。

2 按扭轉耦聯振型分解法計算時,各樓層可取兩個正交的水平位移和一個轉角共三個自由度,并應按下列公式計算結構的地震作用和作用效應。確有依據時,尚可采用簡化計算方法確定地震作用效應。

1)j振型i層的水平地震作用標準值,應按下列公式確定:

式中:FxjiFyjiFtji——分別為j振型i層的x方向、γ方向和轉角方向的地震作用標準值;

Xji、Yji——分別為j振型i層質心在xy方向的水平相對位移;

φji——j振型i層的相對扭轉角;

ri——層轉動半徑,可取i層繞質心的轉動慣量除以該層質量的商的正二次方根;

γtj——計入扭轉的j振型的參與系數,可按下列公式確定:

當僅取x方向地震作用時

當僅取y方向地震作用時

當取與x方向斜交的地震作用時

式中:γxjγyj——分別由式(5.2.3-2)、式(5.2.3-3)求得的參與系數;

θ——地震作用方向與x方向的夾角。

2)單向水平地震作用下的扭轉耦聯效應,可按下列公式確定:

式中: SEk——地震作用標準值的扭轉效應;

SjSk——分別為jk振型地震作用標準值的效應,可取前9~15個振型;

ζjζk——分別為jk振型的阻尼比;

pjk——j振型與k振型的耦聯系數;

λT——k振型與j振型的自振周期比。

3)雙向水平地震作用下的扭轉耦聯效應,可按下列公式中的較大值確定:

式中,SxSy分別為x向、y向單向水平地震作用按式(5.2.3-5)計算的扭轉效應。

【條文解析】

地震扭轉效應是一個極其復雜的問題,一般情況,宜采用較規則的結構體型,以避免扭轉效應。體型復雜的建筑結構,即使樓層“計算剛心”和質心重合,往往仍然存在明顯的扭轉效應。因此,考慮結構扭轉效應時,一般只能取各樓層質心為相對坐標原點,按多維振型分解法計算,其振型效應彼此耦連,用完全二次型方根法組合,可以由計算機運算。

5.2.4 采用底部剪力法時,突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應,宜乘以增大系數3,此增大部分不應往下傳遞,但與該突出部分相連的構件應予計入;采用振型分解法時,突出屋面部分可作為一個質點;單層廠房突出屋面天窗架的地震作用效應的增大系數,應按本規范第9章的有關規定采用。

【條文解析】

突出屋面的小建筑,一般按其重力荷載小于標準層1/3控制。

對于頂層帶有空曠大房間或輕鋼結構的房屋,不宜視為突出屋面的小屋并采用底部剪力法乘以增大系數的辦法計算地震作用效應,而應視為結構體系一部分,用振型分解法等計算。

 

5.2.5 抗震驗算時,結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求:

式中:VEKi——第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力;

λ——剪力系數,不應小于表5.2.5規定的樓層最小地震剪力系數值,對豎向不規則結構的薄弱層,尚應乘以1.15的增大系數;

Gj——第j層的重力荷載代表值。

表5.2.5 樓層最小地震剪力系數值

注:1 基本周期介于3.5s和5s之間的結構,按插入法取值;

2 括號內數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。

【條文解析】

表5.2.5表明,為了保證結構的抗震安全,有必要規定一個樓層的最小地震剪力。由于地震影響系數在長周期段下降較快,對于基本周期大于3.5s的結構,由此計算所得的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對于長周期結構,地震動態作用中的地面運動速度和位移可能對結構的破壞具有更大影響,但是規范所采用的振型分解反應譜法尚無法對此作出估計。為了保證結構的抗震安全,有必要規定一個結構總水平地震剪力及各樓層水平地震剪力的最小值,規定了不同烈度下的剪力系數,當不滿足時,需改變結構布置或調整結構總剪力和各樓層的水平地震剪力使之滿足要求。例如,當結構底部的總地震剪力略小于本條規定而中、上部樓層均滿足最小值時,可采用下列方法調整:若結構基本周期位于設計反應譜的加速度控制段時,則各樓層均需乘以同樣大小的增大系數;若結構基本周期位于反應譜的位移控制段時,則各樓層i均需按底部的剪力系數的差值△λ0增加該層的地震剪力——△FEki=△λ0GEi;若結構基本周期位于反應譜的速度控制段時,則增加值應大于λ0GEi,頂部增加值可取動位移作用和加速度作用二者的平均值,中間各層的增加值可近似按線性分布。

需要注意:

1)當底部總剪力相差較多時,表明結構剛度不足或重量太大,結構的選型和總體布置需重新進行調整,而不能僅單純地采用乘以增大系數方法處理。

2)只要底部總剪力不滿足要求,則結構各樓層的剪力均需要調整,不能僅調整不滿足的樓層。

3)滿足最小地震剪力是結構后續抗震計算的前提,只有調整到符合最小剪力要求才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等等的計算分析;即意味著,當各層的地震剪力需要調整時,原先計算的傾覆力矩、內力和位移均需要相應調整。

4)采用時程分析法時,其計算的總剪力也需符合最小地震剪力的要求。

5)本條規定不考慮阻尼比的不同,是最低要求,各類結構,包括鋼結構、隔震和消能減震結構均需一律遵守。

扭轉效應明顯與否一般可由考慮耦聯的振型分解反應譜法分析結果判斷,例如前三個振型中,兩個水平方向的振型參與系數為同一個量級,即存在明顯的扭轉效應。對于扭轉效應明顯或基本周期小于3.5s的結構,剪力系數取0.2αmax,保證足夠的抗震安全度。對于存在豎向不規則的結構,突變部位的薄弱樓層,尚應按《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010第3.4.4條的規定,再乘以不小于1.15的系數。

 

5.2.6 結構的樓層水平地震剪力,應按下列原則分配:

1 現澆和裝配整體式混凝土樓、屋蓋等剛性樓、屋蓋建筑,宜按抗側力構件等效剛度的比例分配。

2 木樓蓋、木屋蓋等柔性樓、屋蓋建筑,宜按抗側力構件從屬面積上重力荷載代表值的比例分配。

3 普通的預制裝配式混凝土樓、屋蓋等半剛性樓、屋蓋的建筑,可取上述兩種分配結果的平均值。

4 計入空間作用、樓蓋變形、墻體彈塑性變形和扭轉的影響時,可按本規范各有關規定對上述分配結果作適當調整。

【條文解析】

水平地震作用在結構樓層中產生的層間剪力,由樓層內各抗側力構件共同承擔,抗震設計時要解決各抗側力之間剪力的分配問題。本條為解決各抗側力之間剪力的分配問題提供了原則依據。

 

5.2.7 結構抗震計算,一般情況下可不計入地基與結構相互作用的影響;8度和9度時建造于Ⅲ、Ⅳ類場地,采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯合基礎的鋼筋混凝土高層建筑,當結構基本自振周期處于特征周期的1.2倍至5倍范圍時,若計入地基與結構動力相互作用的影響,對剛性地基假定計算的水平地震剪力可按下列規定折減,其層間變形可按折減后的樓層剪力計算。

1 高寬比小于3的結構. 各樓層水平地震剪力的析減系數,可按下式計算:

式中: ψ——計入地基與結構動力相互作用后的地震剪力折減系數;

T1——按剛性地基假定確定的結構基本自振周期(s);

T——計入地基與結構動力相互作用的附加周期(s),可按表5.2.7采用。

表5.2.7 附加周期 s

2 高寬比不小于3的結構,底部的地震剪力按第1款規定折減,頂部不折減,中間各層按線性插入值折減。

3 折減后各樓層的水平地震剪力,應符合本規范第5.2.5條的規定。

【條文解析】

由于地基和結構動力相互作用的影響,按剛性地基分析的水平地震作用在一定范圍內有明顯的折減。考慮到我國的地震作用取值與國外相比還較小,故僅在必要時才利用這一折減。研究表明,水平地震作用的折減系數主要與場地條件、結構自振周期、上部結構和地基的阻尼特性等因素有關,柔性地基上的建筑結構的折減系數隨結構周期的增大而減小,結構越剛,水平地震作用的折減量越大。

5.3.1 9度時的高層建筑,其豎向地震作用標準值應按下列公式確定(圖5.3.1);樓層的豎向地震作用效應可按各構件承受的重力荷載代表值的比例分配,并宜乘以增大系數1.5。

式中:FEvk——結構豎向地震作用標準值;

Fvi——質點i的豎向地震作用標準值;

αvmax——豎向地震影響系數的最大值,可取水平地震影響系數最大值的65%;

Geq——結構等效總重力荷載,可取其重力荷載代表值的75%。

圖5.3.1 結構豎向地震作用計算簡圖

【條文解析】

根據大量強震記錄統計分析,豎向地震反應譜曲線的變化規律與水平地震反應譜曲線的變化規律基本相同,豎向地震動加速度峰值約為水平地震動加速度峰值的1/2~2/3,因此,可近似取豎向地震影響系數最大值為水平地震影響系數最大值的65%。此外,高層建筑及高聳結構的豎向振型規律與水平地震作用的底部剪力法要求的振型特點基本一致,且高層建筑及高聳結構豎向基本周期較短,一般為0.1~0.2s,處于豎向地震影響系數曲線的水平段,因此,豎向地震影響系數可取最大值。

 

5.3.2 跨度、長度小于本規范第5.1.2條第5款規定且規則的平板型網架屋蓋和跨度大于24m的屋架、屋蓋橫梁及托架的豎向地震作用標準值,宜取其重力荷載代表值和豎向地震作用系數的乘積;豎向地震作用系數可按表5.3.2采用。

表5.3.2 豎向地震作用系數

注:括號中數值用于設計基本地震加速度為0.30g的地區。

【條文解析】

根據跨度小于120m或長度小于300m的平板鋼網架屋蓋、跨度大于24m屋架及懸臂長度小于40m的長懸臂結構按振型分解反應譜法分析得到的豎向地震作用表明,豎向地震作用的內力與重力作用下的內力的比值一般比較穩定。因此,《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010規定,對這些大跨度結構的豎向地震作用標準值可采用靜力法計算。

用反應譜法、時程分析法等進行結構豎向地震反應的計算分析,根據跨度在24~60m的平板型網架和18m以上的標準屋架以及大跨度結構的分析結果表明,豎向地震作用的內力和重力荷載下的內力之比值一般比較穩定,彼此相差一般不太大,此比值隨烈度和場地條件而異,且當結構周期大于特征周期時,隨跨度的增大,比值反而有所下降。由于在目前常用的跨度范圍內,這個下降還不很大,為了簡化,可略去跨度的影響。

5.4.1 結構構件的地震作用效應和其他荷載效應的基本組合,應按下式計算:

式中: S——結構構件內力組合的設計值,包括組合的彎矩、軸向力和剪力設計值等;

γG——重力荷載分項系數,一般情況應采用1.2,當重力荷載效應對構件承載能力有利時,不應大于1.0;

γEhγGv——分別為水平、豎向地震作用分項系數,應按表5.4.1采用;

γw——風荷載分項系數,應采用1.4;

SGE——重力荷載代表值的效應,可按本規范第5.1.3條采用,但有吊車時,尚應包括懸吊物重力標準值的效應;

SEhk——水平地震作用標準值的效應,尚應乘以相應的增大系數或調整系數;

SEvk——豎向地震作用標準值的效應,尚應乘以相應的增大系數或調整系數;

Swk——風荷載標準值的效應;

ψw——風荷載組合值系數,一般結構取0.0,風荷載起控制作用的建筑應采用0.20。

注:本規范一般略去表示水平方向的下標。

表5.4.1 地震作用分項系數

【條文解析】

在設防烈度的地震作用下,結構構件承載力按《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001計算的可靠指標β是負值,難于按《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的要求進行設計表達式的分析。因此,在第一階段的抗震設計時取相當于眾值烈度下的彈性地震作用作為額定設計指標,使此時的設計表達式可按《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的要求導出。

1)地震作用分項系數的確定

在眾值烈度下的地震作用,應視為可變作用而不是偶然作用。這樣,根據《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001中確定直接作用(荷載)分項系數的方法,通過綜合比較,對水平地震作用,確定γEh=1.3,至于豎向地震作用分項系數,則參照水平地震作用,也取γEv=1.3。當豎向與水平地震作用同時考慮時,根據加速度峰值記錄和反應譜的分析,二者的組合比為1:0.4,故γEh=1.3, γEv=0.4×1.3≈0.5。

考慮到大跨、大懸臂結構的豎向地震作用效應比較顯著,本條中表5.4.1中新增了同時計算水平與豎向地震作用(豎向地震為主)的組合。

此外,按照《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的規定,當重力荷載對結構構件承載力有利時,取γG=1.0。

2)抗震驗算中作用組合值系數的確定

本條在計算地震作用時,已經考慮了地震作用與各種重力荷載(恒荷載與活荷載、雪荷載等)的組合問題,在《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010第5.1.3條中規定了一組組合值系數,形成了抗震設計的重力荷載代表值,本條在驗算和計算地震作用時(除吊車懸吊重力外)對重力荷載均采用相同的組合值系數的規定,可簡化計算,并避免有兩種不同的組合值系數。因此,本條中僅出現風荷載的組合值系數,并按《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的方法,將取值予以轉換得到。這里,所謂風荷載起控制作用,指風荷載和地震作用產生的總剪力和傾覆力矩相當的情況。

3)地震作用標準值的效應

規范的作用效應組合是建立在彈性分析疊加原理基礎上的,考慮到抗震計算模型的簡化和塑性內力分布與彈性內力分布的差異等因素,本條中還規定,對地震作用效應,當本規范各章有規定時尚應乘以相應的效應調整系數η,如突出屋面小建筑、天窗架、高低跨廠房交接處的柱子、框架柱,底層框架-抗震墻結構的柱子、梁端和抗震墻底部加強部位的剪力等的增大系數。

4)關于重要性系數

根據地震作用的特點,抗震設計的現狀,以及抗震設防分類與《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001中安全等級的差異,重要性系數對抗震設計的實際意義不大,對建筑重要性的處理仍采用抗震措施的改變來實現,不考慮此項系數。

5.4.2 結構構件的截面抗震驗算,應采用下列設計表達式:

式中:γRE——承載力抗震調整系數,除另有規定外,應按表5.4.2采用;

R——結構構件承載力設計值。

表5.4.2 承載力抗震調整系數

【條文解析】

結構在設防烈度下的抗震驗算根本上應該是彈塑性變形驗算,但為減少驗算工作量并符合設計習慣,對大部分結構,將變形驗算轉換為眾值烈度地震作用下構件承載力驗算的形式來表現。按照《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的原則,在眾值烈度下有基本相同的可靠指標,但隨著對材料的發展,研究發現,鋼結構構件的可靠指標比混凝土結構構件明顯偏低,故應予以適當提高,使之與砌體、混凝土構件有相近的可靠指標;而且隨著非抗震設計材料指標的提高,各類材料結構的抗震可靠性也略有提高。基于此前提,在確定地震作用分項系數取1.3的同時,則可得到與抗力標準值Rk相應的最優抗力分項系數,并進一步轉換為抗震的抗力函數(即抗震承載力設計值RdE),使抗力分項系數取1.0或不出現。砌體結構的截面抗震驗算,就是這樣處理的。

現階段大部分結構構件截面抗震驗算時,采用了各有關規范的承載力設計值Rd,因此,抗震設計的抗力分項系數,就相應地變為非抗震設計的構件承載力設計值的抗震調整系數γRE,即γRE=Rd/RdERdE=Rd/γRE。還需注意,地震作用下結構的彈塑性變形直接依賴于結構實際的屈服強度(承載力),本節的承載力是設計值,不可誤作為標準值來進行本章第五節要求的彈塑性變形驗算。

本條配合鋼結構構件、連接的內力調整系數的變化,調整了其承載力抗震調整系數的取值。

5.4.3 當僅計算豎向地震作用時,各類結構構件承載力抗震調整系數均應采用1.00。

【條文解析】

承載力抗震調整系數γRE一般均應小于等于1,這主要是因為考慮到如下兩個因素:

1)動力荷載下材料強度比靜力荷載下要高。

2)地震作用是持續時間很短的間接作用,結構的抗震設計的可靠度可以低于非抗震設計可靠度;另外,結構在設防烈度下的抗震驗算根本上應該是彈塑性變形驗算,承載力抗震調整系數γRE的不同反應了不同受力狀態下構件的延性是不同的,體現了強柱弱梁、強剪弱彎、更強節點的設計原則。

本條規定主要是從經濟和安全兩個角度綜合考慮得出的結果。

 

5.5.2 結構在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗算,應符合下列要求:

1 下列結構應進行彈塑性變形驗算:

1)8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時,高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架;

2)7~9度時樓層屈服強度系數小于0.5的鋼筋混凝土框架結構和框排架結構;

3)高度大于150m的結構;

4)甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構;

5)采用隔震和消能減震設計的結構。

2 下列結構宜進行彈塑性變形驗算:

1)本規范表5.1.2-1所列高度范圍且屬于本規范表3.4.3-2所列豎向不規則類型的高層建筑結構;

2)7度Ⅲ、Ⅳ類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構;

3)板柱-抗震墻結構和底部框架砌體房屋;

4)高度不大于150m的其他高層鋼結構;

5)不規則的地下建筑結構及地下空間綜合體。

注:樓層屈服強度系數為按鋼筋混凝土構件實際配筋和材料強度標準值計算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標準值計算的樓層彈性地震剪力的比值;對排架柱,指按實際配筋面積、材料強度標準值和軸向力計算的正截面受彎承載力與按罕遇地震作用標準值計算的彈性地震彎矩的比值。

【條文解析】

如果建筑結構中存在薄弱層或薄弱部位,在強烈地震作用下,由于結構薄弱部位將進入彈塑性狀態,并通過發展彈塑性變形和累積耗能來消耗地震輸入能量,從而導致結構構件嚴重破壞甚至引起結構倒塌;屬于乙類建筑的生命線工程中的關鍵部位在強烈地震作用下一旦遭受破壞將帶來嚴重后果,或產生次生災害或對救災、恢復重建及生產、生活造成很大影響。除了高大的單層工業廠房的橫向排架、樓層屈服強度系數小于0.5的框架結構、底部框架磚房等之外,板柱-抗震墻及結構體系不規則的某些高層建筑結構和乙類建筑也要求進行罕遇地震作用下的抗震變形驗算。采用隔震和消能減震技術的建筑結構,對隔震和消能減震部件應有位移限制要求,在罕遇地震作用下隔震和消能減震部件應能起到降低地震效應和保護主體結構的作用,因此要求進行抗震變形驗算。

考慮到彈塑性變形計算的復雜性,對不同的建筑結構提出不同的要求。隨著彈塑性分析模型和軟件的發展和改進,本條進一步增加了彈塑性變形驗算的范圍。

 

5.5.3 結構在罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑生變形計算,可采用下列方法:

1 不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架和框排架結構、單層鋼筋混凝土柱廠房可采用本規范第5.5.4條的簡化計算法。

2 除1款以外的建筑結構,可采用靜力彈塑生分析方法或彈塑性時程分析法等。

3 規則結構可采用彎剪層模型或平面桿系模型,屬于本規范第3.4節規定的不規則結構應采用空間結構模型。

【條文解析】

對建筑結構在罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑性變形計算,12層以下且層剛度無突變的框架結構及單層鋼筋混凝土柱廠房可采用規范的簡化方法計算;較為精確的結構彈塑性分析方法,可以是三維的靜力彈塑性(如push-over方法)或彈塑性時程分析方法;有時尚可采用塑性內力重分布的分析方法等。

 

《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3——2010

4.3.1 各抗震設防類別高層建筑的地震作用,應符合下列規定:

1 甲類建筑:應按批準的地震安全性評價結果且高于本地區抗震設防烈度的要求確定;

2 乙、丙類建筑:應按本地區抗震設防烈度計算。

【條文解析】

本條是高層建筑混凝土結構考慮地震作用時的設防標準,與現行國家標準《建筑工程抗震設防分類標準》GB 50223—2008的規定一致。對甲類建筑的地震作用,明確規定如果地震安全性評價結構低于本地區的抗震設防烈度,計算地震作用時應按高于本地區設防烈度的要求進行。對乙、丙類建筑,規定應按本地區抗震設防烈度計算。

 

4.3.2 高層建筑結構的地震作用計算應符合下列規定:

1 一般情況下,應至少在結構兩個主軸方向分別計算水平地震作用;有斜交抗側力構件的結構,當相交角度大于15°時,應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。

2 質量與剛度分布明顯不對稱的結構,應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響;其他情況,應計算單向水平地震作用下的扭轉影響。

3 高層建筑中的大跨度、長懸臂結構,7度(0.15g)、8度抗震設計時應計入豎向地震作用。

4 9度抗震設計時應計算豎向地震作用。

【條文解析】

某一方向水平地震作用主要由該方向抗側力構件承擔,如該構件帶有翼緣,尚應包括翼緣作用。有斜交抗側力構件的結構,當交角大于15°時,應考慮斜交構件方向的地震作用計算。對質量和剛度明顯不均勻、不對稱的結構應考慮雙向地震作用下的扭轉影響。

大跨度指跨度大于24m的樓蓋結構、跨度大于8m的轉換結構、懸挑長度大于2m的懸挑結構。大跨度、長懸臂結構應驗算其自身及其支承部位結構的豎向地震效應。

 

4.3.4 高層建筑結構應根據不同情況,分別采用下列地震作用計算方法:

1 高層建筑結構宜采用振型分解反應譜法;對質量和剛度不對稱、不均勻的結構以及高度超過100m的高層建筑結構應采用考慮扭轉耦聯振動影響的振型分解反應譜法。

2 高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建筑結構,可采用底部剪力法。

3 7~9度抗震設防的高層建筑,下列情況應采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算:

1)甲類高層建筑結構;

2)表4.3.4所列的乙、丙類高層建筑結構;

表4.3.4 采用時程分析法的高層建筑結構

注:場地類別應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010的規定采用。

3)不滿足本規程第3.5.2~3.5.6條規定的高層建筑結構;

4)本規程第10章規定的復雜高層建筑結構。

【條文解析】

不同的結構采用不同的分析方法在各國抗震規范中均有體現,振型分解反應譜法和底部剪力法仍是基本方法。對高層建筑結構主要采用振型分解反應譜法(包括不考慮扭轉耦聯和考慮扭轉耦聯兩種方式),底部剪力法的應用范圍較小。彈性時程分析法作為補充計算方法,在高層建筑結構分析中已得到比較普遍的應用。

本條第3款對于需要采用彈性時程分析法進行補充計算的高層建筑結構作了具體規定,這些結構高度較高或剛度、承載力和質量沿豎向分布不規則或屬于特別重要的甲類建筑。所謂“補充”,主要指對計算的底部剪力、樓層剪力和層間位移進行比較,當時程法分析結果大于振型分解反應譜法分析結果時,相關部位的構件內力和配筋作相應的調整。

質量沿豎向分布不均勻的結構一般指樓層質量大于相鄰下部樓層質量1. 5倍的情況。

4.3.5 進行結構時程分析時,應符合下列要求:

1 應按建筑場地類別和設計地震分組選取實際地震記錄和人工模擬的加速度時程曲線,其中實際地震記錄的數量不應少于總數量的2/3,多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符;彈性時程分析時,每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%,多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

2 地震波的持續時間不宜小于建筑結構基本自振周期的5倍和15s,地震波的時間間距可取0.01s或0.02s。

3 輸入地震加速度的最大值可按表4.3.5采用。

表4.3.5 時程分析時輸入地震加速度的最大值 cm/s2

注:7、8度時括號內數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區,此處g為重力加速度。

4 當取三組時程曲線進行計算時,結構地震作用效應宜取時程法計算結果的包絡值與振型分解反應譜法計算結果的較大值;當取七組及七組以上時程曲線進行計算時,結構地震作用效應可取時程法計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。

【條文解析】

進行時程分析時,鑒于不同地震波輸入進行時程分析的結果不同,本條規定一般可以根據小樣本容量下的計算結果來估計地震效應值。通過大量地震加速度記錄輸入不同結構類型進行時程分析結果的統計分析,若選用不少于2組實際記錄和1組人工模擬的加速度時程曲線作為輸入,計算的平均地震效應值不小于大樣本容量平均值的保證率在85%以上,而且一般也不會偏大很多。當適用數量較多的地震波,如5組實際記錄和2組人工模擬時程曲線,則保證率更高。所謂“在統計意義上相符”是指,多組時程波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數曲線相比,在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于20%。計算結果的平均底部剪力一般不會小于振型分解反應譜法計算結果的80%,每條地震波輸入的計算結果不會小于65%;從工程應用角度考慮,可以保證時程分析結果滿足最低安全要求。但時程法計算結果也不必過大,每條地震波輸入的計算結果不大于135%,多條地震波輸入的計算結果平均值不大于120%,以體現安全性和經濟性的平衡。

正確選擇輸入的地震加速度時程曲線,要滿足地震動三要素的要求,即頻譜特性、有效峰值和持續時間均要符合規定。頻譜特性可用地震影響系數曲線表征,依據所處的場地類別和設計地震分組確定;加速度的有效峰值按表4.3.5采用,即以地震影響系數最大值除以放大系數(約2.25)得到;輸入地震加速度時程曲線的有效持續時間,一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一點算起,到最后一點達到最大峰值的10%為止,約為結構基本周期的5~10倍。

 

4.3.7 建筑結構的地震影響系數應根據烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期及阻尼比確定。其水平地震影響系數最大值αmax應按表4.3.7-1采用;特征周期應根據場地類別和設計地震分組按表4.3.7-2采用,計算罕遇地震作用時,特征周期應增加0.05s。

注:周期大于6.0s的高層建筑結構所采用的地震影響系數應作專門研究。

表4.3.7-1 水平地震影響系數最大值αmax

注:7、8度時括號中數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。

表4.3.7-2 特征周期值Tg s

【條文解析】

本條規定了水平地震影響系數最大值和場地特征周期取值。現階段仍采用抗震設防烈度所對應的水平地震影響系數最大值αmax,多遇地震烈度(小震)和預估罕遇地震烈度(大震)分別對應于50年設計基準期內超越概率為63%和2%~3%的地震烈度。

根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度將建筑的場地劃分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類,其中I類分為I0和I1兩個亞類。

 

4.3.14 跨度大于24m的樓蓋結構、跨度大于12m的轉換結構和連體結構、懸挑長度大于5 m的懸挑結構,結構豎向地震作用效應標準值宜采用時程分析方法或振型分解反應譜方法進行計算。時程分析計算時輸入的地震加速度最大值可按規定的水平輸入最大值的65%采用,反應譜分析時結構豎向地震影響系數最大值可按水平地震影響系數最大值的65%采用,但設計地震分組可按第一組采用。

【條文解析】

主要考慮目前高層建筑中較多采用大跨度和長懸挑結構,需要采用時程分析演繹法中反應譜方法進行豎向地震的分析,給出了反應譜和時程分析計算時需要的數據。反應譜采用水平反應譜的65%,包括最大值和形狀參數,但認為豎向反應譜的特征周期與水平反應譜相比,尤其在遠震中跨時,明顯小于水平反應譜,故本條規定:設計特征周期均按第一組采用。對處于發震斷裂10km以內的場地,其最大值可能接近于水平譜,特征周期小于水平譜。

 

4.3.15 高層建筑中,大跨度結構、懸挑結構、轉換結構、連體結構的連接體的豎向地震作用標準值,不宜小于結構或構件承受的重力荷載代表值與表4.3.15所規定的豎向地震作用系數的乘積。

表4.3.15 豎向地震作用系數

注:g為重力加速度。

【條文解析】

高層建筑中的大跨度、懸挑、轉換、連體結構的豎向地震作用大小與其所處的位置以及支承結構的剛度都有一定關系,因此對于跨度較大、所處位置較高的情況,建議進行豎向地震作用計算,并且計算結果不宜小于本條規定。

為了簡化計算,跨度或懸挑長度可直接按本條規定的地震作用系數乘以相應的重力荷載代表值作為豎向地震作用標準值。

 

4.3.16 計算各振型地震影響系數所采用的結構自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響予以折減。

【條文解析】

高層建筑結構整體計算分析時,只考慮了主要結構構件(梁、柱、剪力墻和簡體等)的剛度,沒有考慮非承重結構構件的剛度,因而計算的自振周期較實際的偏長,按這一周期計算的地震力偏小。為此,本條規定應考慮非承重墻體的剛度影響,對計算的自振周期予以折減。

 

4.3.17 當非承重墻體為砌體墻時,高層建筑結構的計算自振周期折減系數可按下列規定取值:

1 框架結構可取0.6~0.7;

2 框架-剪力墻結構可取0.7~0.8;

3 框架-核心筒結構可取0.8~0.9;

4 剪力墻結構可取0.8~1.0。

對于其他結構體系或采用其他非承重墻體時,可根據工程情況確定周期折減系數。

【條文解析】

本條規定應考慮非承重墻體的剛度影響,對計算的結構自振周期予以折減,并按折減后的周期值確定水平地震影響系數。如果在結構分析模型中,已經考慮了非承重墻體的剛度影響,則可不進行周期折減。

周期折減系數的取值,與結構中非承重墻體的材料性質、多寡、構造方式等有關,應由設計人員根據實際情況確定,本條給出的參考值,主要是磚或空心磚砌體填充墻結構的經驗總結,不是強制的。

 

《混凝土小型空心砌塊建筑技術規程》JGJ/T 14—2011

7.2.1 計算地震作用時,建筑的重力荷載代表值應取結構和構件自重標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數,應按表7.2.1采用。

表7.2.1 組合值系數

【條文解析】

根據《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068—2001的規定,發生地震時荷載與其他重力荷載的可能組合結果稱為抗震設計重力荷載代表值GE,即永久荷載標準值與有關的可變荷載組合值之和。組合值系采用《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010規定的數值。

 

7.2.5 一般情況下,小砌塊砌體房屋應至少在建筑結構的兩個主軸方向分別計算水平地震作用并進行抗震驗算,各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。

7.2.6 質量和剛度分布明顯不對稱的小砌塊砌體房屋,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。

【條文解析】

地震作用于房屋是任意方向的,但均可按力分解為兩個主軸方向,抗震驗算時分別沿房屋的兩個主軸方向作用。當房屋的質量和剛度有明顯不均勻時,或采用了不對稱結構時,應考慮地震作用導致的扭轉影響,進行扭轉驗算。

 

《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ 99—1998

4.3.2 第一階段設計時,其地震作用應符合下列要求:

1 通常情況下,應在結構的兩個主軸方向分別計入水平地震作用,各方向的水平地震作用應全部由該方向的抗側力構件承擔;

2 當有斜交抗側力構件時,宜分別計入各抗側力構件方向的水平地震作用;

3 質量和剛度明顯不均勻、不對稱的結構,應計入水平地震作用的扭轉影響;

4 按9度抗震設防的高層建筑鋼結構,或者按8度和9度抗震設防的大跨度和長懸臂構件,應計入豎向地震作用。

【條文解析】

本條各項要求基本上是按照現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011所提出的要求制定的,有兩點要說明:

1)在需要考慮水平地震作用扭轉影響的結構中,應考慮結構偏心引起的扭轉效應,而不考慮扭轉地震作用。

2)對于平面很不規則的結構,一般仍規定僅按一個方向的水平地震作用計算,包括考慮最不利的水平地震作用方向,而對不規則性帶來的影響,則由充分考慮扭轉來計及,這樣處理使計算較簡便,且較符合我國目前的情況。

 

《建筑抗震加固技術規程》JGJ 116—2009

3.0.3 現有建筑抗震加固設計時,地震作用和結構抗震驗算應符合下列規定:

1 當抗震設防烈度為6度時(建造于Ⅳ類場地的較高的高層建筑除外),以及木結構和土石墻房屋,可不進行截面抗震驗算,但應符合相應的構造要求。

2 加固后結構的分析和構件承載力計算,應符合下列要求:

1)結構的計算簡圖,應根據加固后的荷載、地震作用和實際受力狀況確定;當加固后結構剛度和重力荷載代表值的變化分別不超過原來的10%和5%時,應允許不計入地震作用變化的影響;在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河崖坡和邊坡邊緣等不利地段,水平地震作用應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011的規定乘以增大系數1.1~1.6;

2)結構構件的計算截面面積,應采用實際有效的截面面積;

3)結構構件承載力驗算時,應計入實際荷載偏心、結構構件變形等造成的附加內力,并應計入加固后的實際受力程度、新增部分的應變滯后和新舊部分協同工作的程度對承載力的影響。

3 當采用樓層綜合抗震能力指數進行結構抗震驗算時,體系影響系數和局部影響系數應根據房屋加固后的狀態取值,加固后樓層綜合抗震能力指數應大于1.0,并應防止出現新的綜合抗震能力指數突變的樓層。采用設計規范方法驗算時,也應防止加固后出現新的層間受剪承載力突變的樓層。

3.0.4 采用現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011的方法進行抗震驗算時,宜計入加固后仍存在的構造影響,并應符合下列要求:

對于后續使用年限50年的結構,材料性能設計指標、地震作用、地震作用效應調整、結構構件承載力抗震調整系數均應按國家現行設計規范、規程的有關規定執行;對于后續使用年限少于50年的結構,即現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》GB 50023—2008規定的A、B類建筑結構,其設計特征周期、原結構構件的材料性能設計指標、地震作用效應調整等應按現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》GB 50023—2008的規定采用,結構構件的“承載力抗震調整系數”應采用下列“抗震加固的承載力調整系數”替代:

1 A類建筑,加固后的構件仍應依據其原有構件按現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》GB 50023—2008規定的“抗震鑒定的承載力調整系數”值采用;新增鋼筋混凝土構件、砌體墻體可仍按原有構件對待。

2 B類建筑,宜按現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011的“承載力抗震調整系數”值采用。

【條文解析】

現有建筑抗震加固的設計計算,與新建建筑的設計計算不完全相同,有自身的某些特點,主要內容是:

1)抗震加固設計,一般情況應在兩個主軸方向分別進行抗震驗算,在下列情況下,加固的抗震驗算要求有所放寬;6度時(建造于Ⅳ類場地的較高的現有高層建筑除外),可不進行構件截面抗震驗算;對局部抗震加固的結構,當加固后結構剛度不超過加固前的10%或者重力荷載的變化不超過5%時,可不再進行整個結構的抗震分析。

2)應采用符合加固后結構實際情況的計算簡圖與計算參數,包括實際截面構件尺寸、鋼筋有效截面、實際荷載偏心和構件實際撓度產生的附加內力等,對新增構件的抗震承載力,需考慮應變滯后的二次受力影響。

3)A類結構的抗震驗算,優先采用與抗震鑒定相同的簡化方法,如要求樓層綜合抗震能力指數大于1.0,但應按加固后的實際情況取相應的計算參數和構造影響系數。這些方法不僅便捷、有足夠精度,而且能較好地解釋現有建筑的震害。

 

《預應力混凝土結構抗震設計規程》JGJ 140—2004

3.1.5 預應力混凝土結構構件在地震作用效應和其他荷載效應的基本組合下,進行截面抗震驗算時,應加入預應力作用效應項。當預應力作用效應對結構不利時,預應力分項系數應取1.2;有利時應取1.0。

承載力抗震調整系數γRE,除另有規定外,應按表3.1.5取用。

表3.1.5 承載力抗震調整系數

【條文解析】

預應力混凝土結構構件的地震作用效應和其他荷載效應的基本組合主要按照現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011的有關規定,并加入了預應力作用效應項,預應力作用效應也包括預加力產生的次彎矩、次剪力。當預應力作用效應對構件承載能力有利時,預應力分項系數應取1.0,不利時應取1.2。

預應力混凝土結構的承載能力抗震調整系數、層間位移角限值的選取,遵照現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB 50011的有關規定。

 

《底部框架-抗震墻砌體房屋抗震技術規程》JGJ 248—2012

4.1.8 底部框架-抗震墻砌體房屋的地震作用效應,應按下列規定調整:

1 對底層框架-抗震墻砌體房屋,當第二層與底層的側向剛度比不小于1.3時,底層的縱向和橫向地震剪力設計值均應乘以增大系數,其值可在1. 0~1.5范圍內選用,第二層與底層側向剛度比大者應取大值;

注:層間側向剛度可按本規程附錄A的方法計算。

2 對底部兩層框架-抗震墻砌體房屋,當第三層與第二層的側向剛度比不小于1.3時,底層和第二層的縱向和橫向地震剪力設計值均應乘以增大系數,其值可在1.0~1.5范圍內選用,第三層與第二層側向剛度比大者應取大值;

3 底層或底部兩層縱向和橫向地震剪力設計值,應全部由該方向的抗震墻承擔,并按各墻體的側向剛度比例分配。

【條文解析】

底部框架-抗震墻砌體房屋的地震反應,實際并未因底部的剛度小于過渡樓層而在底部出現增大的反應,但考慮到底部的嚴重破壞將危及整體房屋,為防止因底部嚴重破壞而導致房屋的整體垮塌、減少底部的薄弱程度,對底部的地震剪力設計值進行增大調整以增強底部的抗震承載能力。增大系數可按過渡樓層與其下相鄰樓層的側向剛度比值用線性插值法近似確定,側向剛度比越大增加越多。

由于底部框架-抗震墻部分的承載能力、變形和耗能能力較上部砌體房屋部分要好一些,根據國內多家單位對這類房屋大量的抗震能力、結構均勻性與不同側向剛度比相關性的工程實例分析結果,當過渡樓層與其下相鄰樓層的側向剛度比在1.0~1.3之間時,底部的地震剪力設計值可不作增大調整。

為了使底部第一道防線的抗震墻具有較好的承載能力,提出地震剪力設計值全部由抗震墻承擔的要求。

 

4.1.9 底部框架-抗震墻砌體房屋中,底部框架的地震作用效應,宜按下列原則確定:

1 底部框架承擔的地震剪力設計值,可按各抗側力構件有效側向剛度比例分配。有效側向剛度的取值,框架不折減,混凝土抗震墻或配筋小砌塊砌體抗震墻可乘以折減系數0.30,約束普通磚砌體或小砌塊砌體抗震墻可乘以折減系數0.20。

2 當抗震墻之間樓蓋長寬比大于2.5時,框架柱各軸線承擔的地震剪力和軸向力,尚應計入樓蓋平面內變形的影響。

【條文解析】

關于底部框架承擔的地震剪力,考慮了抗震墻開裂后的彈塑性內力重分布,是為了提高底部第二道防線的抗震能力。

樓層水平地震作用在各抗側力構件之間的分配受樓蓋平面內變形的影響較大,當抗震墻之間樓蓋長寬比較大時,需考慮樓蓋變形對樓層水平地震作用分配的影響。

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