zaaa建筑抗震設計規(guī)范

1、地震作用、結構動力分析和抗震驗算關于建筑抗震設計規(guī)范2010的修訂,秦 權清華大學土木系2010年7月,2024/3/29,秦 權，清華大學,2,1 修訂的背景和概貌,1959年,《地震區(qū)建筑抗震設計規(guī)范》(草案) 未頒布1964年,《地震區(qū)建筑抗震設計規(guī)范》(草案) , 首次引入結構系數(shù) C 折減結構的地震荷載,以彌補彈性理論計算結果與彈塑性結構客觀實際之間的差距。未頒布。1974年, TJ 11—74《工業(yè)與

2、民用建筑抗震設計規(guī)范》(試行), 原國家建委批準頒布。,7個版本,1978年, TJ 11—78《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范,國家建委批準頒布。1989年, GBJ 11—89《建筑抗震設計規(guī)范》, 建設部批準頒布, 1990 年開始實施,并于1993年作局部修訂2001年, GB 50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》, 建設部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布。于汶川地震(2008.5.12) 后作了局部修訂, 成為GB 50011—20

3、01《建筑抗震設計規(guī)范》(2008 版本) 。2010年, GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》, 目前已完成報批手續(xù)。,2024/3/29,秦 權，清華大學,3,2024/3/29,秦 權，清華大學,4,第一階段修訂:《78 規(guī)范》,1976 年唐山地震中, 大量磚混結構和單層工業(yè)廠房遭受嚴重破壞。將《74 規(guī)范》關于房屋建筑的設計烈度比地震基本烈度降低一度的規(guī)定提高為按基本烈度采用。將采用振型分解法計算結構地震荷

4、載和內(nèi)力的規(guī)定由附錄移到正文。,2024/3/29,秦 權，清華大學,5,適用范圍：全國 7～9 度設防區(qū)?？拐鹪O防水準：以基本烈度作為設計烈度 (中震) 的單水準抗震設防。場地劃分：分為抗震有利、不利和危險地段；場地土按巖土性狀簡單分為 I, II, III 三類。場地土液化判別：地下 15 m 范圍內(nèi)飽和砂土，當標貫錘擊數(shù)小于以下臨界值時, 可判為可液化土:Ncr =N0[1+ 0.125 (ds-3) – 0.05 (d

5、w- 2)],2024/3/29,秦 權，清華大學,6,地震荷載：引入與場地土條件相關的設計加速度反應譜 (即：地震影響系數(shù) α) 計算地震荷載。三條譜加速度曲線組成設計反應譜,2024/3/29,秦 權，清華大學,7,考慮結構在地震作用下的彈塑性效應, 采用結構影響系數(shù) C 對彈性計算的地震荷載加以折減, 結構底部剪力 (即總水平地震力 )為:Q0 = Cα1W結構抗震強度驗算：采用安全系數(shù)法或容許應力法。安全系數(shù)取不考慮地

6、震荷載時的 80% , 但不小于 1.1; 采用容許應力法時, 容許應力取不考慮地震荷載時數(shù)值的 125%抗震構造措施：對超過一定高度的多層磚房提出了構造柱的概念和詳細構造要求，提高了砌體結構的延性和整體性。構造柱是一個創(chuàng)造性的、有中國特色的工程抗震技術,2024/3/29,秦 權，清華大學,8,第二階段修訂:《89 規(guī)范》,國家地震工作主管和建設行政主管部門著手安排對《中國地震烈度區(qū)劃圖》和《78 規(guī)范》的修訂。又發(fā)生了江蘇溧陽

7、、云南瀾滄、耿馬、麗江等 6 級以上的多次地震的震害。美國 ATC3 、CEB－FIP 、日本和前蘇聯(lián)等國家相繼頒布了新的抗震設計規(guī)范,2024/3/29,秦 權，清華大學,9,適用范圍：適用于全國 6～9 度設防區(qū)。將抗震設防區(qū)擴大到 6 度區(qū)是一項重大決策, 使我國的抗震設防區(qū)占到大陸國土面積的 60%。其中, 6 度區(qū)約占一半。20 多年來在 6 度區(qū)發(fā)生了多次破壞性地震, 實際烈度遠遠超過 6 度, 甚至達到 8、9 度,

8、人員傷亡和財產(chǎn)損失占到所有破壞性地震的 90% 以上。因此, 在地震預報和地震區(qū)劃的科學水平較低的現(xiàn)階段, 對 6 度區(qū)的建筑進行適當設防十分必要, 土建造價增加不多, 防震減災的效果卻非常明顯。,2024/3/29,秦 權，清華大學,10,抗震設防水準和設防目標：由單水準設防過渡到三水準設防, 提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準抗震設防目標： 小震的重現(xiàn)期為 50 年中震的重現(xiàn)期為

9、 475 年大震的重現(xiàn)期為 1 641～2 475年*, 1600~2400（節(jié) 3.10.3說明） 對應的烈度差分別是 1.55 度 (中震－小震) 和約 1 度 (大震－中震) 。三水準設防原則的提出, 標志著我國建筑抗震設計理論與實踐基本與國際先進國家站到同一水平上,2024/3/29,秦 權，清華大學,11,2024/3/29,秦 權，清華大學,12,*ISO 2394 建議用 ‘重現(xiàn)期 RP’

10、 （某一烈度地震平均每隔 RP 年發(fā)生一次）不用‘T 年超越概率 P (％)’表示設計烈度。工程地震學是實驗科學，其預測能力取決于歷史地震記錄積累，RP 與在設計基準期 T 的超越概率 P 間的關系只能來自歷史數(shù)據(jù)：《中國地震烈度區(qū)劃圖》已改為地面加速度，人類有地震加速度的歷史只有幾十年，能平均到每隔多少年？上述關系延伸到千年量級時，只能有 1、2 位有效數(shù)字。Penzien 認為推到 5000 年是 ridiculous。,

11、場地劃分：劃分標準除巖土性狀之外, 還考慮地形地貌; 場地類別分為 I、II、III、IV 四類, 按場地土平均剪切波速和覆蓋層厚度雙參數(shù)確定, 比僅按巖土種類劃分更為科學場地土的液化判別：采用初判和再判的兩步判別法,考慮近震和遠震條件下的液化可能性和危害性, 適用于粉土和砂土兩類土, 并提出了比較具體的抗液化措施。再判——地下 15 m 深度范圍內(nèi)液化土標貫錘擊數(shù)臨界值:Ncr = N0 [0.9 +0.1(ds-dw)] ?

12、(3/ρc) 對存在液化土層的地基, 根據(jù)土層深度和厚度,以及標貫實測值和臨界值計算液化指數(shù), 并劃分液化等級 (危害性),2024/3/29,秦 權，清華大學,13,地震作用：間接作用, 不再是“荷載”。對應四類場地土、區(qū)分遠震和近震, 定義反應譜特征周期 Tg 見下表 設計反應譜, 在長周期部分設定了下限值 0.2αmax,2024/3/29,秦 權，清華大學,14,0.2αmax,兩階段抗震設計：小震

13、 (多遇地震) 作用下的截面抗震驗算 (包括承載力和變形驗算) 和大震 (罕遇地震) 作用下的抗倒塌變形驗算。第一階段抗震設計, 按照 GBJ 68—84《建筑結構設計統(tǒng)一標準》規(guī)定, 采用基于概率可靠度理論的極限狀態(tài)設計方法, 取消結構影響系數(shù) C , 設計表達式為γGCGGk+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψwγwCwWk ≤ R /γRE 直接取“小震作用”(大約為中震作用的 0.35 倍,即降低 1.55

14、 度) 進行彈性抗震驗算, 通過系數(shù) γRE 反映不同材料結構的延性（原 78 規(guī)范C ）的不同， 還要求進行“小震作用”下的結構彈性層間變形驗算, 并提出結構彈性層間位移角限值。,2024/3/29,秦 權，清華大學,15,第二階段抗震設計是為了達到“大震不倒”的設防目標, 對位于高烈度區(qū)的甲類建筑和帶薄弱部位的結構,《89規(guī)范》要求進行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算, 相應地提出了結構彈塑性位移角限值。,2024

15、/3/29,秦 權，清華大學,16,結構時程分析和輸入地震加速度時程：除采用底部剪力法和振型分解反應譜法之外, 對于特別不規(guī)則的和較高的高層建筑的抗震設計, 要求采用時程分析法進行補充計算, 同時對輸入的地震加速度時程, 即地震波的選擇提出要求?？拐鸶拍钤O計：增加“抗震概念設計”內(nèi)容, 形成獨立的一章“抗震設計的基本要求”, 對建設選址、建筑體型、結構體系 (包括地震作用傳力路徑、多道抗震防線、結構承載能力、變形和耗能能力) 、非結

16、構構件以及材料和施工等作了具體規(guī)定。,2024/3/29,秦 權，清華大學,17,計算要點和構造措施：《89規(guī)范》對不同的結構類型, 分別單列計算要點和構造措施。例如, 砌體的受剪承載力驗算、引入鋼筋混凝土結構的抗震等級、柱軸壓比等, 在構件受彎、受剪承載力驗算中為實現(xiàn)“強柱弱梁”、“強剪弱彎”和“強節(jié)點弱構件”所采用的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)等。,2024/3/29,秦 權，清華大學,18,相關抗震設計規(guī)范：在《89規(guī)范》修訂和實施期間, 構

17、筑物、水工、水運、鐵路、公路、冶金、機械、煤炭、化工、石油、電力、電信和各類工業(yè)設備的抗震設計規(guī)范標準也相繼進行修訂并頒布實施, 初步形成了比較完整的抗震設計標準體系?；旧? 各類工程抗震設計規(guī)范在設防水準、基本原則、場地和地基、地震作用和抗震驗算、構造措施等主要方面, 基本借鑒了 GBJ 11—89《建筑抗震設計規(guī)范》的基本思路和規(guī)定。,2024/3/29,秦 權，清華大學,19,第三階段修訂:《2001 規(guī)范》,吸取了國內(nèi)外大地

18、震的震害經(jīng)驗，特別是 1995 年日本阪神地震和 1999 年臺灣集集地震提供了大量鋼筋混凝土和鋼結構高層建筑的震害實例; 美國 UBC 和 IBC (International Building Code, International Code council)、日本 BSL (日本建筑基本法) 和歐洲 Eurocode 8 規(guī)范的修訂,2024/3/29,秦 權，清華大學,20,適用范圍：維持 6～9 度設防。 抗震設防水準

19、和設防目標：繼續(xù)保持“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準抗震設防目標。場地劃分：計算土層厚度取 20 m, 盡量減小不同場地類別劃分的“跳躍”, 對斷層的影響和避讓及液化土的處理也作出相應的規(guī)定。場地類別仍分為四類, 但場地土平均剪切波速改用等效剪切波速; 同時在波速和覆蓋層厚度的邊界附近 (相差 15% 左右) 允許采用插入法計算場地特征周期 Tg。場地土液化判別：增加了 15～20 m 范圍的標貫錘擊數(shù)臨界值 Ncr =

20、 N0 ( 2.4 – 0.1dw ) ?(3/ρc) 對于存在液化土層的地基同樣進行液化等級 (危害性) 劃分。,2024/3/29,秦 權，清華大學,21,地震作用：新的 GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》不再使用地震烈度 I 的概念, 而用基本地震加速度 Ag, 也不再用遠震和近震區(qū)分, 而用三個地震分組定義特征周期值 Tg。和特征周期 Tg 表示, 分別給出兩張區(qū)劃圖。,2024/3/29,秦

21、 權，清華大學,22,,地震影響系數(shù)曲線,2024/3/29,秦 權，清華大學,23,,2024/3/29,秦 權，清華大學,24,反應譜重要調(diào)整：周期延至 6 s；反應譜在 T ≤ 5Tg 范圍內(nèi)與《89規(guī)范》相同，但取消下限值 0.2αmax , 把下平臺改為直線傾斜段,使 T > 5Tg 后的反應譜值有下降；Tg 分組中的第一組、第二組、第三組大致反映了近、中、遠震影響。為調(diào)整和提高結構抗震安全度, 各分區(qū)中 I、

22、II、III 類場地的特征周期值較《89 規(guī)范》約增大了 0.05 s，罕遇地震的特征周期 Tg 值適當延長；,提供了阻尼調(diào)整系數(shù)，以阻尼比為 0.05 為標準, 給出不同阻尼比 (0.01～0.20) 反應譜上升段調(diào)整最大: [ 0.45 + 10 (η2 – 0.45) T ]αmax水平段: η2 αmax下降段: (Tg / T)γ η2 αmax傾斜段: [η2 0.2γ - η1 ( T - 5Tg)]αma

23、x兩階段抗震設計：維持兩階段抗震設計, 只是符號按照 GB 50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》相應作了改變γGSG+γEhSEh+γEvSEv+ψwγwSw ≤ R /γRE,2024/3/29,秦 權，清華大學,25,樓層最小地震剪力控制：地震影響系數(shù)只反映加速度反應譜的特征, 在長周期段下降很快, 不能反映地震地面運動的速度和位移在結構上產(chǎn)生的地震作用, 可能導致高層建筑和大跨度空間結構的計算地震內(nèi)力偏小, 需要

24、對此進行控制和補償。結構任一樓層 i 的水平地震剪力為:VEki >λΣinGj最小地震剪力系數(shù) λ 應按下表,2024/3/29,秦 權，清華大學,26,結構時程分析和輸入地震加速度時程：對進行時程分析的結構高度有所放寬, 對輸入地震加速度時程要求滿足一定的數(shù)量和反應譜特征, 以計算結構底部總剪力作為評估輸入地震動合理性的標準?？拐鸶拍钤O計：某些規(guī)定, 如建筑平面和立面不規(guī)則性的定義定量化, 具有更強的可操作性。對于結構

25、計算分析方法、計算機軟件和計算模型等單列一節(jié)加以規(guī)定。對大震作用下的結構彈塑性計算分析, 除動力時程分析法外, 引入靜力非線性 (Push over) 方法以確定彈塑性變形限。,2024/3/29,秦 權，清華大學,27,鋼筋混凝土結構：擴大適用范圍, 包括框架、框－墻、板柱－框架、板柱－墻、筒體和抗震墻等結構類型; 重新制定了各類結構的抗震等級劃分標準; 調(diào)整了截面抗震驗算時的若干系數(shù),如: 強柱系數(shù)、框架梁端剪力增大系數(shù)、框架柱和

26、抗震墻剪力增大系數(shù)等；多層砌體結構：有條件地放寬了混凝土空心砌塊結構和底部框架－抗震墻結構的高度限值; 修改了水平配筋磚砌體的計算公式, 修改和補充了構造措施；新增了多層和高層鋼結構房屋抗震設計；新增了隔震和消能減震設計內(nèi)容。,2024/3/29,秦 權，清華大學,28,最新修訂:《2010 規(guī)范》,汶川地震震害表明, 建設規(guī)劃選址應充分考慮地震斷裂和次生地質(zhì)影響, 中、小學校舍和醫(yī)院等重要建筑應提高抗震設防類別, 各類結構的重

27、要部位和薄弱部位、例如樓梯間等應予加強,結構防止連續(xù)倒塌和強柱弱梁設計問題應予重視等等,2024/3/29,秦 權，清華大學,29,于是對《2001規(guī)范》作了應急局部修訂, 于 2008年7月 30日頒布了 GB 50011—2001 ( 2008版)《建筑抗震設計規(guī)范》。局部修訂的修訂內(nèi)容有:(1)依據(jù)地震動參數(shù)區(qū)劃圖的局部修訂, 對四川、陜西、甘肅地震災區(qū)的設防烈度予以變更;(2)增加山區(qū)場地建筑抗震設計的專門要求;(3)從

28、概念設計的角度, 提出建筑結構體系需要注意和改進之處;(4)提高樓梯間抗震安全性的對策;(5)抗震結構材料性能和施工要求的局部調(diào)整;(6)增加一定數(shù)量的強制性條文。,2024/3/29,秦 權，清華大學,30,2024/3/29,秦 權，清華大學,31,完成 2008 版局部修訂后,《2001規(guī)范》的修訂工作步入正軌, 于 2009 年 12 月完成審查并報批。2008 版和 2009 年修訂基本延續(xù)了《2001 規(guī)范》的主

29、要抗震設計理念和方法, 如: 保持了 6 度區(qū)設防要求、“小震不壞, 中震可修，大震不倒”的三水準設防基本原則和兩階段設計方法、小震作用下的截面抗震驗算采用不同荷載與地震作用效應組合的多系數(shù)表達式和引用承載力抗震調(diào)整系數(shù)、以及對樓層最小地震剪力的控制等。,2024/3/29,秦 權，清華大學,32,此外, 對場地分類和場地土液化判別、地震影響系數(shù)曲線作了微調(diào);小震作用下的截面抗震驗算增加了以豎向地震為主的效應組合工況; 進一步細化

30、了概念設計和各類結構抗震措施的內(nèi)容;增加了大跨度屋蓋建筑、地下建筑和鋼支撐－混凝土框架和鋼框架－混凝土筒體結構、鋼筋混凝土框排架結構和多層鋼結構廠房抗震設計內(nèi)容; 新增了對有專門要求的建筑進行抗震性能設計的要求, 并提供了關于性能化設計的原則規(guī)定和參考指標。,2024/3/29,秦 權，清華大學,33,具體內(nèi)容如下:場地：對于不利地段, 如: 河岸、坡腳等容易產(chǎn)生滑坡、塌方的地點建設, 提出了避開要求，嚴禁在危險地段建造甲、乙類

31、的建筑, 不應建造丙類建筑；對于發(fā)震斷裂規(guī)定了建筑物的最小避讓距離。如確有必要在避讓距離內(nèi)建造分散的、低于三層的丙、丁類建筑時, 應提高一度采取抗震措施, 并不得跨越斷層線。邊坡設計：山區(qū)建筑場地應設置符合抗震設防要求的邊坡工程, 并與邊坡保留一定距離, 避免次生地質(zhì)災害。,2024/3/29,秦 權，清華大學,34,場地劃分：進一步細化場地類別, 區(qū)分波速 vs > 800 m/s的“硬質(zhì)巖石”和波速 vs = 500～8

32、00 m/s 的“軟質(zhì)巖石”, 將 I 類場地分為 I0 和 I1 兩個亞類。初勘階段波速測試孔數(shù)量改為不少于 3 個。場地類別按下表,液化判別：標準貫入錘擊數(shù)臨界值按下式計算 Ncr = N0 β [ln (0.6ds + 1.5) – 0.1dw] ?(3/ρc)增補了8 度 (0.30g) 和 9 度時飽和粉質(zhì)粘土的震陷判別方法及相應的處理對策。,2024/3/29,秦 權，清華大學,35,抗震設計基本要求：建筑

33、規(guī)則性：對不規(guī)則的建筑應采取加強措施; 特別不規(guī)則的建筑應進行專門研究和論證, 采取特別的加強措施; 禁止嚴重不規(guī)則的建筑方案。預制裝配式結構的整體性: 裝配式結構構件, 例如預制板的樓、屋蓋應從樓蓋體系和連接構造上采取措施, 保證結構的整體性。樓梯間：汶川地震中, 樓梯間倒塌導致人員傷亡嚴重。因此, 結構整體計算中應考慮樓梯構件的影響, 以及樓梯構件本身的地震作用效應, 防止樓梯構件破壞倒塌; 同時應加強樓梯間填充墻的連接構造,

34、防止墻體塌落。樓梯間應設計成為“安全島”。,2024/3/29,秦 權，清華大學,36,防震縫：建筑物是否設置防震縫, 應根據(jù)建筑布置的不規(guī)則程度和特點確定。如果設置, 應留有足夠?qū)挾? 防止地震時碰撞, 引起結構主體破壞。非結構構件：充分估計框架結構圍護墻和隔墻對結構主體可能產(chǎn)生的不利影響, 加強構造措施,避免墻體倒塌。,2024/3/29,秦 權，清華大學,37,地震作用：按 GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖

35、》所定義的基本地震加速度 Ag 和三個設計地震分組定義的特征周期值 Tg 確定地震動參數(shù)。補充了對應于設防烈度 (中震) 的地震動參數(shù)。還補充規(guī)定 6 度罕遇地震影響系數(shù)最大值取 0.28、設計地震加速度峰值取 125 cm/s2。增加了6 度設防的要求，包括: 6 度區(qū)的不規(guī)則結構也應計算地震作用; 6 度最小地震剪力系數(shù), 當結構扭轉(zhuǎn)效應明顯或基本周期小于 3.5 s 時取0.010, 當周期大于 5.0 s 時取 0.008

36、。,2024/3/29,秦 權，清華大學,38,增設了地震影響系數(shù)特征周期 I0地震影響系數(shù)的骨架不變, 但是改變了形狀參數(shù)和阻尼調(diào)整系數(shù)直線上升段：[0.45+10 (η2 – 0.45) T]αmax, (0<T≤ 0.1 s)水平段：η2 αmax, 　 (0.1 s < T ≤ Tg)曲線下降段：(Tg / T)γ η2 αmax, 　(Tg < T ≤ 5

37、Tg)直線下降段：[η2 0.2γ – η1 (T- 5Tg)] αmax, 　(5Tg < T ≤ 6.0 s),2024/3/29,秦 權，清華大學,39,,式中衰減指數(shù) γ 與阻尼比 ζ 有關斜率調(diào)整系數(shù)阻尼調(diào)整系數(shù)以避免不同阻尼比的地震影響系數(shù)曲線在周期 5 s以后交叉, 以及阻尼比為 0.25 時直線下降段變?yōu)橹本€上升段,2024/3/29,秦 權，清華大學,40,由于本次修訂新納入了大跨度屋蓋和地下

38、建筑的內(nèi)容，特別規(guī)定：對于平面投影尺寸很大的空間結構, 應根據(jù)結構形式和支承條件, 分別按單點一致、多點、多向或多向多點輸入地震作用進行驗算, 多點輸入時應考慮地震行波效應和局部場地效應。對于地下建筑地震作用的取值, 原則上低于地面建筑, 基巖處取一半, 隨深度插值。,2024/3/29,秦 權，清華大學,41,結構抗震驗算結構抗震驗算仍維持“小震作用”下的截面抗震驗算、變形驗算和“大震作用”下的彈塑性變形驗算的兩階段設計方法和計

39、算公式。但在小震作用下的截面抗震驗算時, 增加了以豎向地震作用為主工況, 其地震作用分項系數(shù)分別取 αh = 0.5 和 αv = 1.3。鋼結構構件承載力驗算時, 承載力抗震調(diào)整系數(shù)強度破壞驗算：γRE = 0.75，屈曲穩(wěn)定驗算：γRE = 0.80。,2024/3/29,秦 權，清華大學,42,建筑抗震性能化設計 Performance design當建筑結構采用抗震性能化設計時，應根據(jù)其抗震設防類別、設防烈

40、度、場地條件、結構類型和不規(guī)則性，建筑使用功能和附屬設施功能的要求、投資大小、震后損失和修復難易程度等，對選定的抗震性能控制目標提出技術和經(jīng)濟可行性綜合分析和論證。,2024/3/29,秦 權，清華大學,43,修訂伴隨理論和實踐能力的提高,歷次震害揭示了：1）地震作用的動力性質(zhì)，認識到結構動力學的重要性；2）不同結構系統(tǒng)有不同動力特性，導致不同震害。用結構動力學進行抗震設計的必要性：現(xiàn)在的房子越來越大、越來越高、結構體系越來越復雜

41、、震害的社會經(jīng)濟影響越來越大，復雜結構體系導致復雜的動力特性，使這樣的結構地震反應復雜化，原來的簡化方法給出的結果越來越不可靠。可能性：現(xiàn)在研究生的數(shù)學力學，特別是結構動力學知識大有提高，大型有限元動力分析程序普及，現(xiàn)在本科生使用這些程序的能力和過去的結構工程師不可比。,2024/3/29,秦 權，清華大學,44,結構動力學多出了時間變量 t，由此引出靜力學不考慮的質(zhì)量和阻尼，使一維梁的振動問題也變成求解偏微分方程的問題了。這對

42、建筑工程師提出更高的要求。清華大學土木系本科生不學偏微分方程（數(shù)學物理方法），因此不能上結構動力學，板殼理論，彈性力學的課,2024/3/29,秦 權，清華大學,45,2024/3/29,秦 權，清華大學,46,早期規(guī)范的抗震分析為何如此簡單：1）過去結構工程師認為建筑結構只受豎向靜荷載，唐山地震后才認識到建筑結構還受動荷載，而且有水平向的，2） 50，60年代我國結構工程師的理論素質(zhì)比現(xiàn)在低很多，規(guī)范只能規(guī)定最簡單的方法，現(xiàn)

43、在本科生的數(shù)學力學知識大有提高,1956中科院自然科學獎L’Hopital’s rule S. Timoshenko, Vibration Problems in Engineering, 1928, Van Nostrand, J.P. Den Hartog, Mechanical Vibrations, Mc Graw Hilll, 1934,第一本專講結構動力學的書 J.

44、M. Biggs, Introduction to Structural Dynamics, 1964, MGH第一本有限元的書 O. C. Zienkiewicz, The Finite Element Methods in Structural & Continuum Mechanics, 1967, MGH早期規(guī)范粗糙簡單的分析方法弄不好會變成發(fā)展建筑抗震技術的阻力?？拐鹪O計是門技術，它的基礎則是結構動力學和偏微

45、分方程，它們是科學。有科學做支持，技術才能不斷提高。,,2 地震作用,一般規(guī)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 > 15°時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。3 質(zhì)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(zhuǎn)影響；其它情況，應允許采用調(diào)整地震作用效應的方法計入扭轉(zhuǎn)

46、影響。,2024/3/29,秦 權，清華大學,47,4 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平面投影尺度很大的空間結構，應視結構形式和支承條件，分別按單點一致、多點、多向或多向多點輸入計算地震作用。平面投影尺度很大的空間結構指：跨度大于 120 m、或長度大于 300 m、或懸臂大于 40 m 的結構。,2024/3/29,秦 權，清華大學,48,周邊支承空間結構，如：網(wǎng)架、單、雙層網(wǎng)殼

47、、索穹頂、弦支穹頂屋蓋和下部圈梁-框架結構，當下部支承結構為一個整體、且與上部空間結構側向剛度比大于等于 2 時，應允許采用三向（水平兩向加豎向）單點一致輸入計算地震作用；當下部支承結構由結構縫分開、且每個獨立的支承結構單元與上部空間結構側向剛度比小于 2 時，應采用三向多點輸入計算地震作用；兩線邊支承空間結構，如：拱，拱桁架；門式剛架，門式桁架；圓柱面網(wǎng)殼等結構，當支承于獨立基礎時，應采用三向多點輸入計算地震作用。長懸臂空間結構，

48、應視其支承結構特點，采用多向單點一致輸入、或多向多點輸入計算地震作用。,2024/3/29,秦 權，清華大學,49,單點一致 Synchronous 輸入：地基為剛性平面，各點地面運動完全一致，多向輸入：地震地面運動是固體中的應力波，含3 個平移分量（水平兩向、豎向）。對空間結構時程分析時，三分量應同時輸入，其加速度峰值或反應譜峰值比例?。核街飨?: 水平次向 : 豎向 = 1.00 : 0.85 : 0.65,2024/3/29

49、,秦 權，清華大學,50,多點 Spatially varying, Asynchronous, Multi-support 輸入：由于地基實際上不是剛性的，平面尺寸大的結構，不同基礎地震波不同。包括行波效應 Wave passage，局部場地效應，和失相干效應 Decoherence （均勻地層的地震波是完全相干的，實際地層是空間變化的，導致相干性有所損失）。完全相干時 Coherence function

50、 ＝1，Si (?)－自功率譜密度，Si,j(?)－互功率譜密度,2024/3/29,秦 權，清華大學,51,多點輸入對大結構有兩個效應：動力效應，由于各基礎不同步，多點輸入的動力效應一般小于單點輸入；偽靜力效應，多點輸入使各基礎間出現(xiàn)相對位移，從而在靜不定結構中產(chǎn)生的效應，這是多點輸入獨有的。多點輸入總效應是這兩部分的和，是否比單點輸入效應大，取決于多方面因素。,2024/3/29,秦 權，清華大學,52

51、,設計地震和地面運動參數(shù)1,反應譜（水平地震影響系數(shù)）作為反應譜法的輸入。最大值應按下表特征周期應根據(jù)場地類別和設計地震分組按下表計算罕遇地震作用時，特征周期應增加 0.05 s周期大于 6.0 s 的建筑結構所采用的地震影響系數(shù)應專門研究。,2024/3/29,秦 權，清華大學,53,,,,,除有專門規(guī)定外，建筑結構的阻尼比應取 0.05，其地震影響系數(shù)曲線為衰減指數(shù)

52、 ，直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù) ? 0，其它阻尼比結構按實際阻尼比，用阻尼調(diào)整系數(shù) ? 0.55,2024/3/29,秦 權，清華大學,54,（1）基本解決了在長周期段，不同阻尼比地震影響系數(shù)曲線交叉、大阻尼曲線值高于小阻尼曲線值的不合理現(xiàn)象。I、II、III 類場地的地震影響系數(shù)曲線在周期接近 6 s 時，基本交匯在一點上，符合理論和統(tǒng)計規(guī)律

53、。（2）降低了小阻尼（2～3.5%）的地震影響系數(shù)值，最大降低幅度達 18%。略微提高了阻尼比 6～10% 的地震影響系數(shù)值，長周期部分最大增幅約 5%。（3）適當降低了大阻尼（20～30%）的地震影響系數(shù)值，在 5Tg 周期以內(nèi)，基本不變，長周期部分最大降幅約 10%，擴大了消能減震技術的應用范圍。,2024/3/29,秦 權，清華大學,55,反應譜的優(yōu)點：1）每一點都是非平穩(wěn)反應時程的最大值，正是抗震設計需要的，而平穩(wěn)功率譜的

54、‘平穩(wěn)’不合實際，而且需要復雜的換算才能得到最大值；2）設計反應譜是大量同級、同類地震反應譜的母體平均值（中值），有代表性。反應譜的缺點，1）反應譜法的振型組合（包括CQC）原則都是基于平穩(wěn)反應的假定，實際地震地面運動和結構反應都是非平穩(wěn)的，造成振型組合的誤差；2）反應譜法一次計算只能針對一個方向的地震輸入，而實際地震地面運動是三維的，造成方向組合的誤差；3）不能表示多點輸入。這些缺點需要時程分析法彌補。,2024/3/29,秦 權

55、，清華大學,56,2，地震地面運動時程歷史作為時程分析法的輸入最好的輸入是當?shù)赝叶鹊牡卣鸬孛孢\動記錄，即使對一致地震地面運動，這種記錄也難以得到。而多點輸入地震地面運動需要千米尺度的密集臺陣，世界上這種臺陣少之又少，得到的強震記錄一共只有幾群,可以說：基本沒有。人工時程歷史（人工波）①第一代人工波，完全由設計反應譜用隨機方法生成，由于用頻域調(diào)整逼近目標譜，質(zhì)量低 ②第二代人工波，由地震地面運動記錄出發(fā)，通過時域調(diào)整逼近設計

56、反應譜，質(zhì)量高，確定論法,2024/3/29,秦 權，清華大學,57,③生成多點輸入地面運動時程歷史的 Rupture Scenario 法，美國 1980 年代已實用，確定論法。三維分析模型需要同時輸入一組（set）三分量，多點輸入需要同時對每個基礎輸入一組三分量（多向），形成一群三分量。一組輸入的反應只是隨機過程的一個實現(xiàn) Relization，應當對大量子樣統(tǒng)計得出必要的反應。復雜結構的時程分析耗費大量機時，減少計算次數(shù)的方

57、法是提高輸入的質(zhì)量：1、每個分量的頻譜，可用反應譜表示；2、每個分量的峰值加速度（PGA）；3、強震持時。應當用這三個標準檢查人工波的質(zhì)量－驗收,2024/3/29,秦 權，清華大學,58,3 地震反應分析的一般原則,各類建筑結構的抗震計算，應采用下列方法：1, 高度不超過 40 m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質(zhì)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

58、型分解反應譜法。3, 特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和下表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，可取多條時程曲線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。,2024/3/29,秦 權，清華大學,59,2024/3/29,秦 權，清華大學,60,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

59、譜法計算結果的 80％4, 計算罕遇地震下結構的變形，應按規(guī)定，采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法。5, 按多點輸入計算地震作用時，應考慮地震行波效應和局部場地效應。7 度 I、II 類場地時，允許采用簡化方法，根據(jù)結構跨度、長度不同，支承結構和基礎抗震驗算時，將單點輸入結果乘以附加地震作用系數(shù) 1.15～1.30；上部結構抗震驗算時，乘以附加地震作用系數(shù) 1.30～1.50。 7 度 III、IV 類場地和 8、9 度時，

60、應采用時程分析方法進行抗震驗算。,2024/3/29,秦 權，清華大學,61,6, 當結構在地震作用下的重力附加彎矩（任一樓層以上全部重力荷載與該樓層地震平均層間位移的乘積）大于初始彎矩（該樓層地震剪力與樓層層高的乘積）的 10％ 時，應計入重力二階效應（ P-?效應）的影響，7, 結構抗震分析時，應按照樓、屋蓋的平面形狀和平面內(nèi)變形情況確定為剛性、分塊剛性、半剛性、局部彈性和柔性等的橫隔板，再按抗側力系統(tǒng)的布置確定抗側力構件間的共

61、同工作并進行各構件間的地震內(nèi)力分析。8, 質(zhì)量和側向剛度分布接近對稱且樓、屋蓋可視為剛性橫隔板的結構，以及本規(guī)范有關章節(jié)有具體規(guī)定的結構，可采用平面結構模型進行抗震分析。其它情況，應采用空間結構模型進行抗震分析。,9, 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；10, 8 、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(lián)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

62、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(guī)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折減系數(shù)，按下式計算,2024/3/29,秦 權，清華大學,62,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(shù)；T1－ 按剛性地基假定確定的結構基本自振周期 (s)；ΔT－ 計入地基與結構動力相互作用的附加周期 (s)，可按

63、下表（s）2) 高寬比不小于 3 的結構，底部的地震剪力按 1) 款規(guī)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，不應小于該樓層的最小水平地震剪力。,2024/3/29,秦 權，清華大學,63,2024/3/29,秦 權，清華大學,64,11, 利用計算機進行結構抗震分析，應符合下列要求：1) 計算模型的建立、必要的簡化計算與處理，應符合結構的實際工作狀況，計算中應考慮樓梯構件的影響

64、，樓梯構件自身應計算抗震，但并不要求一律參與整體結構的計算。2) 計算軟件的技術條件應符合本規(guī)范及有關標準的規(guī)定，并應闡明其特殊處理的內(nèi)容和依據(jù)。3) 所有計算機計算結果，應經(jīng)分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。,2024/3/29,秦 權，清華大學,65,復雜結構指計算的力學模型十分復雜、難以找到完全符合實際工作狀態(tài)的理想模型，只能依據(jù)各個軟件自身的特點在力學模型上分別作某種程度不同的簡化后才能運用該軟件進行計算的結構。

65、例如，多塔類結構，其計算模型可以是底部一個塔通過水平剛臂分成上部若干個不落地分塔的分叉結構，也可以用多個落地塔通過底部的低塔連成整個結構，還可以將底部按高塔分區(qū)分別歸入相應的高塔中再按多個高塔進行聯(lián)合計算，等等。因此本規(guī)范對這類復雜結構要求用多個相對恰當、合適的力學模型而不是截然不同不合理的模型進行比較計算。,4) 復雜結構在多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析時，應采用不少于兩個合適的不同力學模型，并對其計算結果進行分析比較。,2024/

66、3/29,秦 權，清華大學,66,合理的抗震設計靠：取得必要且正確的的地震動參數(shù)，驗收正確的分析：正確的分析模型，正確的分析方法，正確的抗震措施：依靠正確的分析結果。,2024/3/29,秦 權，清華大學,67,3. 分析模型,1，建筑結構的不規(guī)則性及處理原則,1）建筑方案和結構布置的平面和豎向不規(guī)則性，應按下列要求綜合判斷：(1) 混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構存在下表 所列的某項平面不規(guī)則類型或下表所列

67、的某項豎向不規(guī)則類型以及類似的不規(guī)則，應屬于不規(guī)則的建筑結構：,2024/3/29,秦 權，清華大學,68,,(2) 砌體結構、單層工業(yè)廠房和大跨空曠房屋的平面不規(guī)則性和豎向不規(guī)則性判斷，應分別符合本規(guī)范有關章節(jié)的規(guī)定。(3) 當存在多項不規(guī)則或某項不規(guī)則超過規(guī)定的參考指標較多時，應屬于特別不規(guī)則的建筑結構。補充說明：① 對于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則計算，需注意以下幾點，有關的計算軟件需相應修改：a.按國外的有關規(guī)定，樓蓋周邊兩端位

68、移不超過平均位移 2 倍的情況稱為剛性樓蓋，超過 2 倍則屬于柔性樓蓋。因此，2001 版說明中提到的剛性樓蓋，并不是剛度無限大。,2024/3/29,秦 權，清華大學,69,b. 扭轉(zhuǎn)位移比計算時，樓層的位移不采用各振型位移的CQC 組合計算，按國外的規(guī)定明確改為取“給定水平力”計算，可避免有時 CQC 計算的最大位移出現(xiàn)在樓蓋邊緣的中部而不在角部，而且對無限剛樓蓋、分塊無限剛樓蓋和彈性樓蓋均可采用相同的計算方法處理；該水平力一般采