3.3.1
本条主要引用了现行国家标准《建筑抗震设防分类标准》 GB 50223 和《建筑抗震设计规范》 GB 50011 的规定。对甲类建筑的地震作用,增加了”r;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”的规定。对于乙、丙类建筑,规定应按本地区抗震设防烈度计算。规程 JGJ 3—91 曾规定,6度抗震设防时,除IV类场地上的较高建筑外,可不进行地震作用计算。本次修订,鉴于高层建筑比较重要且结构计算分析软件应用较为普遍,因此规定6度抗震设防时也应进行地震作用计算。通过计算,可与无地震作用效应组合进行比较,并可采用有地震作用组合的柱轴压力设计值计算柱的轴压比。
3.3.2
某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担,如该构件带有翼缘,尚应包括翼缘作用。有斜交抗侧力构件的结构,当交角大于15°时,应考虑斜向地震作用。对质量和刚度明显不均匀、不对称的结构考虑双向地震作用下的扭转影响。本条第3款的大跨度和长悬臂结构,如结构转换层中的转换构件、跨度大于24m的楼盖或屋盖、悬挑大于2m的水平悬臂构件等,在8度和9度抗震设防时竖向地震作用的影响比较明显,设计中应予考虑。
3.3.3
国外多数抗震设计规范规定需考虑由于施:正、使用或地震地面运动的扭转分量等因素所引起的偶然偏心的不利影响。即使对于平面规则(包括对称)的建筑结构也规定了偶然偏心;对于平面布置不规则的结构,除其自身已有的偏心外,还要加上偶然偏心。现行国家标准《建筑抗震设计规范》 GB 50011 中,对平面规则的结构,采用增大边榀结构地震内力的简化方法考虑偶然偏心的影响。对于高层建筑而言,增大边榀结构内力的简化方法不尽合宜。因此,本条规定直接取各层质量偶然偏心为 0.05Li(Li为垂直于地震作用方向的建筑物总长度) 来计算单向水平地震作用。实际计算时,可将每层质心沿主轴的同一方向 (正向或负向) 偏移。
采用底部剪力法计算地震作用时,也应考虑质量偶然偏心的不利影响。
当计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响。
3.3.4
不同的结构采用不同的分析方法在各国抗震规范中均有体现,振型分解反应谱法和底部剪力法仍是基本方法。对高层建筑结构主要采用振型分解反应谱法(包括不考虑扭转耦联和考虑扭转耦联两种方式),底部剪力法的应用范围较小。弹性时程分析法作为补充计算方法,在高层建筑结构分析中已得到比较普遍的应用。
本条第 3 款对于需要采用弹性时程分析法进行补充计算的高层建筑结构作了具体规定,这些结构高度较高或质量和刚度沿竖向分布不规则或属于特别重要的甲类建筑。
3.3.5
进行时程分析时,鉴于各条地震波输人进行时程分析的结果不同,本条规定根据小样本容量下的计算结果来估计地震效应值。通过大量地震加速度记录输入不同结构类型进行时程分析结果的统计分析,若选用不少于二条实际记录和一条人工模拟的加速度时程曲线作为输入,计算的平均地震效应值不小于大样本容量平均值的保证率在 85%以上,而且一般也不会偏大很多。所谓”r;在统计意义上相符”指的是,其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在各个周期点上相差不大于 20%。计算结果的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法计算结果的 80%。
3.3.7~3.3.8
弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论,本规程的设计反应谱以地震影响系数曲线的形式给出:
1. 设计反应谱周期延至6s。根据地震学研究和强震观测资料统计分析,在周期6s范围内,有可能给出比较可靠的数据,也基本满足了国内绝大多数高层建筑和长周期结构的抗震设计需要。对于周期大于6s的结构,抗震设计反应谱应进行专门研究;
2. 理论上,设计反应谱存在两个下降段,即:速度控制段和位移控制段,在加速度反应谱中,前者衰减指数为1,后者衰减指数为2。设计反应谱是用来预估建筑结构在其设计基准期内可能经受的地震作用,通常根据大量实际地震记录的反应谱进行统计并结合工程经验判断加以规定。为保持规范的延续性,在T≤5Tg范围内与《建筑抗震设计规范》GBJ 11—89相同,在T>5Tg的范围把《建筑抗震设计规范》 GBJ 11—89 的下平台改为倾斜段,使T>5Tg后的反应谱值有所下降,不同场地类别的最小值不同,较符合实际反应谱的统计规律。在T等于6Tg附近,新的反应谱比《建筑抗震设计规范》 GBJ 11—89 约增加 15%,其余范围取值的变动更小;
3. 为了与我国地震动参数区划图接轨,根据设计地震分组和不同场地类别确定反应谱特征周期Tg,即特征周期不仅与场地类别有关,而且还与设计地震分组有关,同时反映了震级大小、震中距和场地条件的影响。设计地震分组中的一组、二组、三组分别反映了近、中、远震的不同影响。为了适当调整和提高结构的抗震安全度,各分区中 I、Ⅱ、Ⅲ类场地的特征周期值较《建筑抗震设计规范》 GBJ 11—89 的值约增大了 0.05s 。同理,罕遇地震作用时,特征周期Tg,值也适当延长。这样处理比较接近近年来得到的大量地震加速度资料的统计结果。
4. 现阶段仍采用抗震设防烈度所对应的水平地震影响系数最大值αmax,多遇地震烈度和罕遇地震烈度分别对应于 50 年设计基准期内超越概率为 63%和 2%~3%的地震烈度,也就是通常所说的小震烈度和大震烈度。为了与新的地震动参数区划图接口,表 3.3.7-1 中的αmax除沿用《建筑抗震设计规范》GBJ 11—89的6、7、8、9度所对应的设计基本加速度值外,对于7~8度、8~9度之间各增加一档,用括号内的数字表示,分别对应于设计基本地震加速度为 0.15g 和 0.30g 的地区。
5. 考虑到不同结构类型建筑的抗震设计需要,提供了不同阻尼比(0.01~0.20)地震影响系数曲线相对于标准的地震影响系数(阻尼比为 0.05)的修正方法。根据实际强震记录的统计分析结果,这种修正可分段进行:在反应谱平台段(a=αmax),修正幅度最大;在反应谱上升段 (T<0.1s) 和下降段 (T>Tg) ,修正幅度变小; 0s 时不修正。
对应于不同阻尼比计算地震影响系数的衰减指数和调整系数见表2。条文中规定,当η2小于0.55时应取0.55;当η1小于0时应取0。
表 2
不同阻尼比时的衰减指数和调整系数 |
|||
ζ |
η2 |
γ |
η1 |
0.01 0.02 0.05 0.10 0.20 |
1.54 1.34 1.00 0.75 0.56 |
0.97 0.95 0.90 0.85 0.80 |
0.025 0.024 0.020 0.014 0.001 |
3.3.10~3.3.11
引用现行国家标准《建筑抗震设计规范》朋 50011 的规定。增加了考虑双向水平地震作用下的地震效应组合方法。根据强震观测记录的统计分析,两个方向水平地震加速度的最大值不相等,二者之比约为 1:0.85 ;而且两个方向的最大值不一定发生在同一时刻,因此采用平方和开平方计算两个方向地震作用效应的组合。条文中的 Sx和 Sy是指在两个正交的 X 和 y 方向地震作用下,在每个构件的同一局部坐标方向上的地震作用效应,如 X 方向地震作用下在局部坐标 x 方向的弯矩MXX和Y方向地震作用下在局部坐标 x 方向的弯矩MXy。
作用效应包括楼层剪力、弯矩和位移,也包括构件内力 (弯矩、剪力:轴力、扭矩等) 和变形。
本规程条文 (包括第 5.1.13 条) 中建议的振型数是对质量和刚度分布比较均匀的结构而言的。对于质量和刚度分布很不均匀的结构,振型分解反应谱法所需的振型数一般可取为振型参与质量达到总质量的 90%时所需的振型数。
3.3.12
底部剪力法在高层建筑水平地震作用计算中应用较少,但作为一种方法,本规程仍予以保留,因此列于附录中。对于规则结构,采用本条方法计算水平地震作用时,仍应考虑偶然偏心的不利影响。
3.3.13
由于地震影响系数在长周期段下降较快,对于基本周期大于 3s 的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小。而对于长周期结构,地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此做出估计。出于结构安全的考虑,增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求,规定了不同烈度下的楼层地震剪力系数 (即剪重比) ,结构水平地震作用效应应据此进行相应调整。对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力应按本规程第5.1.14 条的规定乘以 1.15 的增大系数,并应符合本条的规定,即楼层最小剪力系数不应小于 1.15λ。
本条表 3.3.13 中所说的扭转效应明显的结构,是指楼层最大水平位移 (或层间位移) 大于楼层平均水平位移 (或层间位移)1.2 倍的结构。
3.3.14
结构的竖向地震作用的精确计算比较繁杂,本规程保留了原规程 JGJ 3—91 的简化计算方法。
3.3.15
高层建筑结构中的长悬挑结构、大跨度结构以及结构上部楼层外挑的部分对竖向地震作用比较敏感,应考虑竖向地震作用进行结构计算。为简化计算,将竖向地震作用取为重力荷载代表值的百分比,直接加在结构上进行内力分析。
3.3.16
高层建筑结构内力位移分析时.只考虑了主要结构构件 (梁、柱、剪力墙和筒体等) 的刚度,没有考虑非承重结构的刚度,因而计算的自振周期较实际的长,按这一周期计算的地震力偏小。为此,本条规定应考虑非承重墙体的刚度影响,对计算的自振周期予以折减。
3.3.17
大量工程实测周期表明:实际建筑物自振周期短于计算的周期。尤其是有实心砖填充墙的框架结构,由于实心砖填充墙的刚度大于框架柱的刚度,其影响更为显著,实测周期约为计算周期的 0.5~0.6 倍;剪力墙结构中,由于砖墙数量少,其刚度又远小于钢筋混凝土墙的刚度,实测周期与计算周期比较接近。据此本条对采用砖填充墙的框架、框架—剪力墙和剪力墙结构提出了计算自振周期的折减系数。其他工程情况由设计人员根据具体情况考虑。