3.3 地震作用

3.3.1

各抗震设防类别的高层建筑地震作用的计算,应符合下列规定:

1. 甲类建筑:应按高于本地区抗震设防烈度计算,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;

2. 乙、丙类建筑:应按本地区抗震设防烈度计算。

 

3.3.2

高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用:

1一般情况下,应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算;有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用;

2. 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响;

3. 8度、9度抗震设计时,高层建筑中的大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作用;

4. 9度抗震设计时应计算竖向地震作用。

 

3.3.3

计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用:

 

        (3.3.3)

 

式中

:第层质心偏移值(m),各楼层质心偏移方向相同;

      

:第层垂直于地震作用方向的建筑物总长度(m)。

 

3.3.4

高层建筑结构应根据不同情况,分别采用下列地震作用计算方法:

1. 高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法;

2. 高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法;

3. 7~9度抗震设防的高层建筑,下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算:

1)甲类高层建筑结构;
2)表3.3.4所列的乙、丙类高层建筑结构;
3)不满足本规程第4.4.2~4.4.5条规定的高层建筑结构;
4)本规程第10章规定的复杂高层建筑结构;
5)质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。

 

表3.3.4

采用时程分析法的高层建筑结构

设防烈度、场地类别

建筑高度范围

8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度

>100m

8度Ⅲ、Ⅳ类场地

>80m

9度

>60m

 

3.3.5

按本规程第3.3.4条规定进行动力时程分析时,应符合下列要求:

1. 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,且弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%,多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。

2. 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的3~4倍,也不宜少于12s,地震波的时间间距可取0.01s或0.02s;

3. 输入地震加速度的最大值,可按表3.3.5采用;

 

表3.3.5

弹性时程分析时输入地震加速度的最大值(cm/s2

设防烈度

7度

8度

9度

加速度最大值

35(55)

70(110)

140

※注:

7、8度时括号内的数值分别用于设计基本地址呢加速度为0.15g和0.30g的地区,此处g为中立加速度。

 

4. 结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

 

3.3.6

计算地震作用时,建筑结构的重力荷载代表值应取永久荷载标准值和可变荷载组合值之和。可变荷载的组合值系数应按下列规定采用:

1. 雪荷载取0.5;

2. 楼面活荷载按实际情况计算时取1.0;按等效均布活荷载计算时,藏书库、档案库、库房取0.8,一般民用建筑取0.5。

 

3.3.7

建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值αmax应按表3.3.7-1采用;特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表3.3.7-2采用,计算8、9度罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s。

 

※注:

1. 周期大于6.0s的高层建筑结构所采用的地震影响系数应做专门研究;
2. 已编制抗震设防区划的地区,应允许按批准的设计地震动参数采用相应的地震影响系数。

 

表3.3.7-1

水平地震影响系数最大值αmax

地震影响

6度

7度

8度

9度

多遇地震

0.04

0.08(0.12)

0.16(0.24)

0.32

罕遇地震

----

0.50(0.72)

0.90(1.20)

1.40

 

※注:

7、8度时括号内的数值分别用于设计基本地址呢加速度为0.15g和0.30g的地区。

 

特征周期值Tg(S)

 

第一组

0.25

0.35

0.45

0.65

第二组

0.30

0.40

0.55

0.75

第三组

0.35

0.45

0.65

0.90

 

※注:

1 周期大于6.0s的高层建筑结构所采用的地震影响系数应做专门研究;
2 已编制抗震设防区划的地区,应允许按批准的设计地震动参数采用相应的地震影响系数。

 

3.3.8

高层建筑结构地震影响系数曲线(图3.3.8)的形状参数和阻尼调整应符合下列要求:

 

 

 

 

1. 除有专门规定外,钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取0.05,此时阻尼调整系数η2应取1.0,形状参数应符合下列规定:

1)直线上升段,周期小于0.1s的区段;
2)水平段,自0.1s至特征周期Tg的区段,地震影响系数应取最大值αmax;
3)曲线下降段,自特征周期至5倍特征周期的区段,衰减指数γ应取0.9;
4)直线下降段,自5倍特征周期至6.0s的区段,下降斜率调整系数η1应取0.02。

 

2. 当建筑结构的阻尼比不等于0.05时,地震影响系数曲线的分段情况与本条第1款相同,但其形状参数和阻尼调整系数η2应符合下列规定:

1)曲线水平段地震影响系数应取η2αmax;
2)曲线下降段的衰减指数应按下式确定:

 

      (3.3.8-1)

 

式中

:曲线下降段的衰减指数;

       

:阻尼比。

 

*3)直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定:

 

      (3.3.8-2)

 

式中  

:直线下降段的斜率调整系数,小于0时应取0。

 

4)阻尼调整系数应按下式确定:

 

        (3.3.8-3)

 

式中

:阻尼调整系数,当小于0.05时,应取0.55。

 

3.3.9

高层建筑的场地类别应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定确定。

 

3.3.10

采用振型分解反应谱方法时,对于不考虑扭转耦联振动影响的结构,应按下列规定进行地震作用和作用效应的计算:

1. 结构第j振型i质点的水平地震作用的标准值应按下式确定:

 

      (3.3.10-1)

 

      (3.3.10-2)    

 

2. 水平地震作用效应(内力和位移)应按下式计算:

 

       (3.3.10-3)

 

式中       

:水平地震作用标准值的效应;

      

振型的水平地震作用标准值的效应(弯矩、剪力、轴向力和位移等)。

 

3.3.11

考虑扭转影响的结构,按扭转耦联振型分解法计算时,各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角位移共三个自由度,并应按下列规定计算地震作用和作用效应。确有依据时,尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。

1. j振型i层的水平地震作用标准值,应按下列公式确定:

 

         (3.3.11-1)

 

式中      

:分别为振型层的方向、方向和转角方向的地震作用标准值;

      

: 分别为振型层质心在方向的水平相对位移;

      

振型层的相对扭转角;

      

层转动半径,可取层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根;

      

:相对于第振型自振周期的地震影响系数,应按本规程第3.3.7~3.3.8条确定;

      

:考虑扭转的振型参与系数,可按本规程公式(3.3.11-2)~(3.3.11-4)确定。

      

:结构计算总质点数,小塔楼宜每层作为一个质点参加计算;

      

:结构计算振型数,一般情况下可取9~15,多塔楼建筑每个塔楼的振型数不宜小于9。

 

当仅考虑x方向地震作用时:

 

          (3.3.11-2)

 

当仅考虑y方向地震作用时:

 

           (3.3.11-3)

 

当仅考虑与x方向夹角为的地震作用时:

 

           (3.3.11-4)

 

式中  

:分别为由式(3.3.11-2)、(3.3.11-3)求得的振型参与系数。

 

2. 单向水平地震作用下,考虑扭转的地震作用效应,应按下列公式确定:

 

           (3.3.11-5)

 

            (3.3.11-6)

 

式中      

:考虑扭转的地震作用标准值的效应;

        

:分别为振型地震作用标准值的效应;

        

振型与振型的耦联系数;

        

振型与振型的自振周期比;

        

:分别为振型的阻尼比。

 

3. 考虑双向水平地震作用下的扭转地震作用效应,应按下列公式中的较大值确定:

 

         (3.3.11-7)

     或

          (3.3.11-8)

 

式中      

:仅考虑向水平地震作用时的地震作用效应;

      

:仅考虑向水平地震作用时的地震作用效应。

 

3.3.12

采用底部剪力法计算结构的水平地震作用时,可按本规程附录B进行。

 

3.3.13

水平地震作用计算时,结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求:

 

           (3.3.13)

 

式中

:第层对应于水平地震作用标准值的剪力;

      

:水平地震剪力系数,不应小于表3.3.13规定的值;对于竖向不规则结构的薄弱层,尚应乘以1.15的增大系数;

      

:第层的重力荷载代表值;

      

:结构计算总层数。

 

表3.3.13

楼层最小地震剪力系数值

类别

7度

8度

9度

扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构

0.016(0.024)

0.032(0.048)

0.084

基本周期大于5.0s的结构

0.012(0.018)

0.024

0.040

※注:

1 基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构,应允许线性插入取值

2 7、8度时括号内数值分别用于设计地震加速度为0.15g和0.3g的地区。

 

3.3.14

9度抗震设计时,结构竖向地震作用标准值可按下列规定计算(图3.3.14):

1. 结构总竖向地震作用标准值可按下列公式计算:

 

           (3.3.14-1)

 

           (3.3.14-2)

 

            (3.3.14-3)

 

式中       

:结构总竖向地震作用标准值;

       

:结构竖向地震影响系数最大值;

       

:结构等效总重力荷载代表值;

       

:计算竖向地震作用时,结构总重力荷载代表值,应取各质点重力荷载代表值之和。

 

2. 结构质点i的竖向地震作用标准值可按下式计算:

 

                  (3.3.14-4)

 

式中       

:质点的竖向地震作用标准值;

      

:分别为集中于质点的重力荷载代表值,应按本规程第3.3.6条的规定计算;

      

:分别为质点的计算高度。

 

3. 楼层各构件的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值比例分配,并宜乘以增大系数1.5。

 

3.3.15

水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时,竖向地震作用的标准值在8度和9度设防时,可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10%和20%。

 

3.3.16

计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减。

 

3.3.17

当非承重墙体为填充砖墙时,高层建筑结构的计算自振周期折减系数ψT可按下列规定取值:

1. 框架结构可取0.6~0.7;

2. 框架-剪力墙结构可取0.7~0.8;

3. 剪力墙结构可取0.9~1.0。

对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时,可根据工程情况确定周期折减系数。