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5 地震作用和结构抗震验算

5.1 一般规定

5.1.1

抗震设计时，结构所承受的”r;地震力”实际上是由于地震地面运动引起的动态作用，包括地震加速度、速度和动位移的作用，按照国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》GB／T50083的规定，属于间接作用，不可称为”r;荷载”，应称”r;地震作用”。

89规范对结构应考虑的地震作用方向有以下规定：

1. 考虑到地震可能来自任意方向，为此要求有斜交抗侧力构件的结构，应考虑对各构件的最不利方向的水平地震作用，一般即与该构件平行的方向。

2. 不对称不均匀的结构是”r;不规则结构”的一种，同一建筑单元同一平面内质量、刚度布置不对称，或虽在本层平面内对称，但沿高度分布不对称的结构。需考虑扭转影响的结构，具有明显的不规则性。

3. 研究表明，对于较高的高层建筑，其竖向地震作用产生的轴力在结构上部是不可忽略的，故要求9度区高层建筑需考虑竖向地震作用。

本次修订，基本保留89规范的内容，所做的改进如下：

1. 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、翼墙等，尚应包括翼缘、翼墙的抗侧力作用；

2. 参照混凝土高层规程的规定，明确交角大于15°时，应考虑斜向地震作用；

3. 扭转计算改为”r;考虑双向地震作用下的扭转影响”。

关于大跨度和长悬臂结构，根据我国大陆和台湾地震的经验，9度和9度以上时，跨度大于18m的屋架、1.5m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重甚至倒塌；8度时，跨度大于24m的屋架、2m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重。

5.1.2

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，底部剪力法和振型分解反应谱法仍是基本方法，时程分析法作为补充计算方法，对特别不规则(参照表3.4.2规定)、特别重要的和较高的高层建筑才要求采用。

进行时程分析时，鉴于各条地震波输入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％。每条地震波输入的计算结果不会小于65％。

正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。

加速度有效峰值按规范表5.1.2-2中所列地震加速度最大值采用，即以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到。当结构采用三维空间模型等需要双向(二个水平向)或三向(二个水平和一个竖向)地震波输入时，其加速度最大值通常按1(水平1)：0.85(水平2)：0.65(竖向)的比例调整。选用的实际加速度记录，可以是同一组的三个分量，也可以是不同组的记录，但每条记录均应满足”r;在统计意义上相符”的要求；人工模拟的加速度时程曲线，也按上述要求生成。

输入的地震加速度时程曲线的持续时间，不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般为结构基本周期的5～10倍。

5.1.3

按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的原则规定，地震发生时恒荷载与其他重力荷载可能的遇合结果总称为”r;抗震设计的重力荷载代表值G_E”，即永久荷载标准值与有关可变荷载组合值之和。组合值系数基本上沿用78规范的取值，考虑到藏书库等活荷载在地震时遇合的概率较大，故按等效楼面均布荷载计算活荷载时，其组合值系数为0.8。

表中硬钩吊车的组合值系数，只适用于一般情况，吊重较大时需按实际情况取值。

5.1.4，5.1.5

弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论，规范所采用的设计反应谱以地震影响系数曲线的形式给出。

89规范的地震影响系数的特点是：

1. 同样烈度、同样场地条件的反应谱形状，随着震源机制、震级大小、震中距远近等的变化，有较大的差别，影响因素很多。在继续保留烈度概念的基础上，把形成6～8度地震影响的地震，按震源远近分为设计近震和设计远震。远震水平反应谱曲线比近震向右移，体现了远震的反应谱特征。于是，按场地条件和震源远近，调整了地震影响系数的特征周期T_g。

2. 在T≤0.1s的范围内，各类场地的地震影响系数一律采用同样的斜线，使之符合T＝0时(刚体)动力不放大的规律；在T≥T_g时，各曲线的递减指数为非整数；曲线下限仍按78规范取为0.2α_max；T＞3s时，地震影响系数专门研究。

3. 按二阶段设计要求，在截面承载力验算时的设计地震作用，取众值烈度下结构按完全弹性分析的数值，据此调整了本规范相应的地震影响系数，其取值与按78规范各结构影响系数C折减的平均值大致相当。

本次修订有如下重要改进：

1. 地震影响系数的周期范围延长至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，地震影响系数仍专门研究。

2. 理论上，设计反应谱存在二个下降段，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，地震影响系数在T≤5T_g范围内与89规范相同，在T＞5T_g的范围，把89规范的下平台改为倾斜下降段，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＝6T_g附近，新的地震影响系数值比89规范约增加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，89规范的设计近震和设计远震改为设计地震分组。地震影响系数的特征周期T_g，即设计特征周期，不仅与场地类别有关，而且还与设计地震分组有关，可更好地反映震级大小、震中距和场地条件的影响。

4. 为了适当调整和提高结构的抗震安全度， Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的设计特征周期值较89规范的值约增大了0.05s。同理，罕遇地震作用时，设计特征周期 值也适当延长。这样处理比较符合近年来得到的大量地震加速度资料的统计结果。与89规范相比，安全度有一定提高。

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，这种修正可分二段进行：在反应谱平台段(α＝α_max)，修正幅度最大；在反应谱上升段(T＜T_g)和下降段(T＞T_g)，修正幅度变小；在曲线两端(0s和6s)，不同阻尼比下的α系数趋向接近。表达式为：
上升段：

水平段：
 

曲线下降段：
 

倾斜下降段：
 

对应于不同阻尼比计算地震影响系数的调整系数如下，条文中规定，当η₂小于0.55时取0.55；当η₁小于0.0时取0.0。

6. 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。一，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。为了与中国地震动参数区划图接口，表5.1.4中的。一除沿用89规范6、7、8、9度所对应的设计基本加速度值外，特于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。

5.1.6

在强烈地震下，结构和构件并不存在最大承载能力极限状态的可靠度。从根本上说，抗震验算应该是弹塑性变形能力极限状态的验算。研究表明，地震作用下结构和构件的变形和其最大承载能力有密切的联系，但因结构的不同而异。本次修订继续保持89规范关于不同的结构应采取不同验算方法的规定。

1. 当地震作用在结构设计中基本上不起控制作用时，例如6度区的大多数建筑，以及被地震经验所证明者，可不做抗震验算，只需满足有关抗震构造要求。但”r;较高的高层建筑(以后各章同)”，诸如高于40m的钢筋混凝土框架、高于60m的其他钢筋混凝土民用房屋和类似的工业厂房，以及高层钢结构房屋，其基本周期可能大于Ⅳ类场地的设计特征周期T_g，则6度的地震作用值可能大于同一建筑在7度Ⅱ类场地下的取值，此时仍须进行抗震验算。

2. 对于大部分结构，包括6度设防的上述较高的高层建筑，可以将设防烈度地震下的变形验算，转换为以众值烈度下按弹性分析获得的地震作用效应(内力)作为额定统计指标，进行承载力极限状态的验证，即只需满足第一阶段的设计要求，就可具有与78规范相同的抗震承载力的可靠度，保持了规范的延续性。

3. 我国历次大地震的经验表明，发生高于基本烈度的地震是可能的，设计时考虑”r;大震不倒”是必要的，规范增加了对薄弱层进行罕遇地震下变形验算，即满足第二阶段设计的要求。89规范仅对框架、填充墙框架、高大单层厂房等(这些结构，由于存在明显的薄弱层，在唐山地震中倒塌较多)及特殊要求的建筑做了要求，本次修订增加了其他结构，如各类钢筋混凝土结构、钢结构、采用隔震和消能减震技术的结构，进行第二阶段设计的要求。