新版《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(gb50011-2010)疑問解答3

1、國家標(biāo)準(zhǔn)《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 (GB5OO11-2010)王亞勇(中國建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所,北京 100013)[摘 要] 國 家標(biāo)準(zhǔn)《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 (GB50011-2010)于 ⒛10年 5月 31日 頒布 ,12月 1日 實(shí)施 。為了配合新規(guī)范的實(shí)施 ,幫助建筑設(shè)計人員對新規(guī)范的理解 ,規(guī)范管理組將對設(shè)計人員在學(xué)習(xí)和實(shí)施規(guī)范 中所遇到的問題作出解釋。本文主要介紹新規(guī)范第 5章 關(guān)于地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算的主要條文

2、修改及有關(guān)問題解釋。[關(guān) 鍵詞] 抗 震設(shè)計 ;規(guī) 范 ;地 震作用 ;抗 霽驗算中 圖 分 類 號 : T U 3 1 8 , 4文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 : A文 章 編 號 △ 0 0 2 ˉ 8 4 8 X ( 2 0 1 1 ) ∞ ˉ O I 3 7 ⒑ 5第 41卷 第 2期2011年 2月建 筑 結(jié) 構(gòu)B u i 1 d i n gs t m c t u r eVo 1.41No .2Fe b , 2011疑 問解答 (三 )

3、z 1 新 規(guī)范關(guān)于“ 三水準(zhǔn)” 抗震設(shè)防和“ 兩階段” 抗震驗算的基本要求有何改進(jìn)?自s 9年 版《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 提 出“ 三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防和“ 兩階段” 抗震驗算 以來 ,我 國的建筑抗震設(shè)計一直遵循這∵基本要求。所謂“ 三水準(zhǔn)” 指 的是在 50年 設(shè)計基準(zhǔn)期 ,超越概率分別為 63%,10%和 2%~ 3%的 地震作用 ,即“ 多遇地震 ” 、 “ 設(shè) 防地震 ” 和 “ 罕遇地震 ” ,簡 稱 “ 小震” 、 “ 中震

4、” 和“ 大震 ” 。所謂 “ 兩 階段” 抗震驗算 ,指的是“ 小震” 下對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度驗算與彈性變形驗算和“ 大震” 下 的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算。我國的《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 將地震烈度 f 與 地面加速度 ⒕ i a x 掛鉤,如表 1所 示 ,對應(yīng)的地震影響系數(shù)最大值 α Ⅱ a x 按 下式計算,計算結(jié)果如表 2所 示:α m a x=卩 Am a △ (1)式中:卩 為放大系數(shù),按照我國《 肄筑抗震設(shè)計規(guī)范》可取:卩 〓2&

5、#183; 25 ( 2 )為了適應(yīng)在 6度 區(qū)對某些建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算的需要 ,新規(guī)范特地給 出了 6度 下的地面加速度峰值相地震影響系數(shù)最大值 。地震 烈度 ` 與 地面加速度峰值 丸擊 / c m / s 2表 1z z新 規(guī)范對設(shè)計反應(yīng)譜有何調(diào)整 ,為什么要調(diào)整?規(guī)范反應(yīng)譜是在大量實(shí)測的強(qiáng)震加速度記錄統(tǒng)計平均基礎(chǔ)上得到的,如圖 1所 示 。但是 ,由于強(qiáng)震儀頻帶范圍的局限和加速度反應(yīng)譜在長周期段下降速度太快 ,以致對高層建筑等長周

6、期綺構(gòu) 的抗震計算得到的地震響應(yīng)小到根本不起控制作用。出于工程安全的考慮 ,我 國《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 在構(gòu)建反應(yīng)譜時 ,將反應(yīng)譜 的速度控制段和位移控制段人為抬升了,得到了如圖 2所 示的規(guī)范反應(yīng)譜 。2000180016001400冖 1200言 葶 1000800600400200 0杏圖2 中 國規(guī)范的設(shè)計反應(yīng)譜新規(guī)范對反應(yīng)譜 的 曲線下 降段 的衰減 指 數(shù) γ 、直線下降段的斜率調(diào)整系數(shù) 叼 1和 阻尼調(diào)整系數(shù) η 2進(jìn)

7、 行 如 下 調(diào) 整 : 將 γ 〓 0 . 9 十 ( 0 . O s - ‘ ) / ( Q . 5 + 5 鄉(xiāng) )切目鎣筌為 γ 〓 0.9 + (0.05 -‘ )/(0.3 +6F);平 箏 ,,1 〓o 。 02+(0.05 -鄉(xiāng) )/8 調(diào) 蔞筌 丿V 叼 1 〓 0· 02 + (0.05 -ζ )/(4+32F);將 ,92〓 1+(0,05-F)/(0.06+1,7ζ )3刀地震影響 6 度 7度 8 度

8、9度多遇地震設(shè)防地震罕遇地震185012535 (55)100 (150)220 (310)( 1 1 0 )(300)(510)70200140400620注:括號中的數(shù)據(jù)分別對應(yīng) 7度 0.15g 和 8度 ⒍30g 。圖 1 統(tǒng) 計得到 的加速度反應(yīng)譜 骨架 曲線o 01 「 g地震影 響 6 度 7 度 8 度 9 度多遇地震設(shè)防地震罕遇地震0 040 12o .280 . 0 8( 0 , 1 2 )0 23 (0 34)o

9、5 0( 0 . 7 2 )01 6 (0 , 2 4 )04 5( 0 . 6 7 )o . 9 0( 1 , 2 0 )0,320,901,40注 :括號 中的數(shù)據(jù)分別對應(yīng) 7度 015g 和 8度 030g 。地震:影 晌系數(shù)最大值 α i a ※ 表 2鐾 · ∷ · 〓 · 〓 ·第 41卷 第 2期 王 亞勇.國家標(biāo)準(zhǔn)《 建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 (GBs O011— 2010)疑 問解答

10、 (三 ) 139劃圖》 (GB183“ -2001)中 的中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖 A1和 中國地震動反應(yīng)譜特征周期 (凡 )區(qū)劃圖 B1確 定的地震動參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)計。規(guī)范反應(yīng)譜是 曲大量的強(qiáng)震加速度記 錄統(tǒng)計平均得到的,經(jīng)過幾代建筑抗震設(shè)計規(guī)范修訂和大量工程應(yīng)用 ,證明是合理可靠的。 “ 安評” 對特定工程建設(shè)場址周邊一定范 圍內(nèi)的地震危險性進(jìn)行估計 ,假 定某種地震動衰減模 型進(jìn)行估計 ,得到場址基巖處 的地震加速度峰值和反應(yīng)

11、譜 ,再運(yùn)用一維或二維土層模型計算得到地表或不同深度土層處 的地震動參數(shù)。“ 安評 ” 可能 比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定更有針對性和更加細(xì)化。但是 ,由 于地震危險性估計方法、 地震動衰減規(guī)律、 基巖地震動輸人及土層反應(yīng)模型的不確定性 ,加 上從事阝 安評” 人員 自身專業(yè)水平高低不一 ,使 “ 安評” 報告所提供地震動參數(shù)的可靠性和工程實(shí)用性大受影響。規(guī)范和“ 安評” 所定義 的地震動參數(shù) 的主要差別有 :1)對 特定 的設(shè) 防烈度 ,規(guī) 范反

12、應(yīng)譜 的最 大值αm a x 與 超越概率有關(guān) ,而特征周期 r g 與 超越概率無關(guān) ,即對于小震 、 中震 、 大震 ,%是 相同的;而 “ 安評”反應(yīng)譜 ,不但最大值 α n a x 與超越概率有關(guān) ,而且特征周期 r g 也 與超越概率相關(guān) ,中震 、 大震反應(yīng)譜 的 Γ g往往大于小震。關(guān)于這一點(diǎn) ,地震學(xué)界仍存在爭論。2)實(shí) 際強(qiáng)震記錄統(tǒng)計結(jié)果表 明,加 速度反應(yīng)譜的長周期段(r )5r :)為 位移控制段 ,譜值變化規(guī)律為

13、 1/卩 ° 33,即 為二次 曲線下降 ,衰 減指數(shù) γ ≈2.0。 “ 安評” 報告完全按 照這一規(guī)律 給 出設(shè)計反應(yīng)譜。但正如前述 ,考 慮 到如果按此指數(shù)規(guī)律下 降 ,T>5r g 以 后的長周期加速度反應(yīng)譜 的值變得很小 ,計算長周期結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) (內(nèi) 力和位移 )太 小 ,對 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計不起控制作用。出于結(jié)構(gòu)抗震安全考慮 ,在構(gòu)建規(guī)范反應(yīng)譜時 ,將位移控制段調(diào)整為直線下降 ,下降斜率為 η 1=0,∞ ,

14、實(shí) 際上提高 了設(shè)計地震作用。由此可見 ,“ 安評” 所提供 的地震動參數(shù)對于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是不安全的。(3)如 何正確應(yīng)用規(guī)范和“ 安評” 地震動參數(shù)鑒于上述理 由,從 工程使用和抗震安全角度考慮 ,一般工程應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計。做 了地震 “ 安評” 的重大工程 ,抗震設(shè)計時 ,在小震作用下 ,可分別取規(guī)范和“ 安評” 的地震動參數(shù)計算 ,取二者計算所得到的結(jié)構(gòu)底部剪力較大者的樓層水平地震力進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗算 。中震和大震作用

15、則應(yīng)按規(guī)范提供的地震動參數(shù)取值 ,包括反應(yīng)譜和加速度峰值 。對于要求進(jìn)行“ 安評” 的重要工程 ,具有實(shí)際工程意義的是 “ 安評 ” 報告預(yù)估 的小震地面加速度峰值 ⒕ m a x ,在 應(yīng)用式 (1)確 定設(shè)計反應(yīng)譜最大值 時 ,卩取 2.笏 ,Fg 按 規(guī)范取值 ,相 應(yīng) 的最小剪力 系數(shù)也應(yīng)取 入 〓 0 . 2 αm a x ; 大 震 作 用 的 r g 比 小 震 的 r g 增 加0.Os s ,中 震 的 r g 與 小

16、震 的相 同。| z s結(jié) 構(gòu)時程分析 法在 抗震設(shè)計 中起什 么作用 ,應(yīng)注意什么 問題?結(jié)構(gòu)時程分析法 即結(jié)構(gòu)直 接動力 分析法 ,與 振型分解反應(yīng)譜法一樣 ,結(jié) 構(gòu) 時程分析法是 經(jīng)典 的結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法之一 。(1)時 程分析法 的適用范 圍新規(guī)范仍將 時程分析法作為振型分解反應(yīng)譜法的補(bǔ)充計算手段 ,小 震作 用下 彈性 時程 分析 的適用范 圍與 ⒛01規(guī) 范 相 同。按 照 《 高層 建 筑 工 程 超 限抗震設(shè) 防審查 技

17、術(shù) 要 點(diǎn)》 要 求 ,大 震 作 用 下 彈 塑性時程分析 的適用范 圍擴(kuò)大到高度超過 ⒛0m 的 各類建筑結(jié)構(gòu) 。(2)輸 入地震波 的選波原則結(jié)構(gòu)時程分析法 中 ,輸 人地震 波 的確定是 時程分析結(jié)果 能否 既反 映結(jié) 構(gòu) 最 大 可 能遭 受 的地 震 作用 ,叉能滿足工程抗震設(shè) 計基 于安全 和功 能要求 的基礎(chǔ) 。在這里不提真 實(shí)地反 映地震作 用 ,也 不提計算結(jié)果 的精確性 ,是 由于預(yù)估 地震作用 的極 大 的不確定

18、性和計算 中結(jié)構(gòu)建模 的近似性 。在工程實(shí)際應(yīng)用 中經(jīng)常出現(xiàn)對 同一個 建筑結(jié) 構(gòu)采用 時程分 析 時 ,由于輸入地震波的不 同造成計算結(jié)果 的數(shù)倍乃至數(shù)十倍之差 ,使工程師無所適從 。為此 ,新規(guī)范作 了比較 明確 的規(guī)定 。1)數(shù) 量要求對于高度不是太高 、 體型 比較規(guī)則 的高層建筑 ,取 2+1,即 選用不少于 2條 天然地震波 和 1條 擬合目標(biāo)譜 的人工地震波 ,出于安全考慮 ,計算結(jié)果宜取包絡(luò)值 。對于超高 、 大跨 、

19、體 型復(fù)雜 的建筑結(jié) 構(gòu) ,需要更多 的地震 波輸 人進(jìn)行 時程分析 ,規(guī) 范規(guī)定 5+2,即 不少于 7組 ,其 中,天然地震波數(shù)量不少于總數(shù)的 2/3,計 算結(jié)果取平均值 。舉兩個例子 。圖 5為 一組 3分 量 天然 地震 波 ,其 中編 號 Us 2569為 豎 向分 量 ,US2570和 Us 2571為水平兩 向分量 。通 常取 峰值 較 大者 為 主 向 ,主 向與次 向按 1。 0O:0.85比 例調(diào)整 。從波形和反應(yīng)譜