建筑抗震设计规范.ppt

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1、地震作用、结构动力分析地震作用、结构动力分析和抗震验算和抗震验算关于建筑抗震设计规范关于建筑抗震设计规范20102010的修订的修订2023/9/25秦权，清华大学21 修订的背景和概貌修订的背景和概貌1959年,地震区建筑抗震设计规范(草案)未颁布1964年,地震区建筑抗震设计规范(草案),首次引入结构系数C折减结构的地震荷载,以弥补弹性理论计算结果与弹塑性结构客观实际之间的差距。未颁布。1974年,TJ1174工业与民用建筑抗震设计规范(试行),原国家建委批准颁布。7个版本个版本1978年,TJ1178工业与民用建筑抗震设计规范,国家建委批准颁布。1989年,GBJ1189建筑抗震设计规范

2、,建设部批准颁布,1990年开始实施,并于1993年作局部修订2001年,GB500112001建筑抗震设计规范,建设部和国家质检总局联合发布。于汶川地震(2008.5.12)后作了局部修订,成为GB500112001建筑抗震设计规范(2008版本)。2010年,GB500112010建筑抗震设计规范,目前已完成报批手续。2023/9/25秦权，清华大学32023/9/25秦权，清华大学4第一阶段修订第一阶段修订:78 78 规范规范1976年唐山地震中,大量砖混结构和单层工业厂房遭受严重破坏。将74规范关于房屋建筑的设计烈度比地震基本烈度降低一度的规定提高为按基本烈度提高为按基本烈度采用。将

3、采用振型分解法计算结构地震荷载和内力的规定由附录移到正文。2023/9/25秦权，清华大学5适用范围：全国79度设防区。抗震设防水准：以基本烈度作为设计烈度(中震)的单水准抗震设防。场地划分：分为抗震有利、不利和危险地段；场地土按岩土性状简单分为I,II,III三类。场地土液化判别：地下15m范围内饱和砂土，当标贯锤击数小于以下临界值时,可判为可液化土:Ncr=N01+0.125(ds-3)0.05(dw-2)2023/9/25秦权，清华大学6地震荷载：引入与场地土条件相关的设计加速度反应设计加速度反应谱谱(即：地震影响系数地震影响系数 )计算地震荷载。三条谱加速度曲线组成设计反应谱2023/

4、9/25秦权，清华大学7考虑结构在地震作用下的弹塑性效应,采用结构影响系数 C 对弹性计算的地震荷载加以折减,结构底部剪力(即总水平地震力)为:Q0=C1W结构抗震强度验算：采用安全系数法或容许应力法。安全系数取不考虑地震荷载时的80%,但不小于1.1;采用容许应力法时,容许应力取不考虑地震荷载时数值的125%抗震构造措施：对超过一定高度的多层砖房提出了构造柱构造柱的概念和详细构造要求，提高了砌体结构的延性和整体性。构造柱是一个创造性的、有中国特色的工程抗震技术2023/9/25秦权，清华大学8第二阶段修订第二阶段修订:89 89 规范规范国家地震工作主管和建设行政主管部门着手安排对中国地震烈

5、度区划图和78规范的修订。又发生了江苏溧阳、云南澜沧、耿马、丽江等6级以上的多次地震的震害。美国ATC3、CEBFIP、日本和前苏联等国家相继颁布了新的抗震设计规范2023/9/25秦权，清华大学9适用范围：适用于全国69度设防区。将抗震设将抗震设防区扩大到防区扩大到 6 6 度区度区是一项重大决策,使我国的抗震设防区占到大陆国土面积的60%。其中,6度区约占一半。20多年来在6度区发生了多次破坏性地震,实际烈度远远超过6度,甚至达到8、9度,人员伤亡和财产损失占到所有破坏性地震的90%以上。因此,在地震预报和地震区划的科学水平较低的现阶段,对6度区的建筑进行适当设防十分必要,土建造价增加不多

6、,防震减灾的效果却非常明显。2023/9/25秦权，清华大学10抗震设防水准和设防目标：由单水准设防过渡到三水准设防,提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标：小震的重现期为50年中震的重现期为475年大震的重现期为16412475年*,16002400（节3.10.3说明）对应的烈度差分别是1.55度(中震小震)和约1度(大震中震)。三水准设防原则的提出,标志着我国建筑抗震设计理论与实践基本与国际先进国家站到同一水平上2023/9/25秦权，清华大学112023/9/25秦权，清华大学12*ISO2394建议用重现期重现期 RP（某一烈度地震平均每平均每隔隔 RP 年发生一

7、次年发生一次）不用T年超越概率P()表示设计烈度。工程地震学是实验科学，其预测能力取决于历史地震记录积累，RP与在设计基准期T的超越概率P间的关系只能来自历史数据：中国地震烈度区划图已改为地面加速度，人类有地震加速度的历史只有几十年，能平均到每隔多少年？上述关系延伸到千年量级时，只能有1、2位有效数字。Penzien认为推到5000年是ridiculous。场地划分：划分标准除岩土性状之外,还考虑地形地貌;场地类别分为I、II、III、IV四类,按场地土平均剪切波速和覆盖层厚度双参数确定,比仅按岩土种类划分更为科学场地土的液化判别：采用初判和再判的两步判别法,考虑近震和远震条件下的液化可能性和

8、危害性,适用于粉土和砂土两类土,并提出了比较具体的抗液化措施。再判地下15m深度范围内液化土标贯锤击数临界值:Ncr=N00.9+0.1(ds-dw)(3/c)对存在液化土层的地基,根据土层深度和厚度,以及标贯实测值和临界值计算液化指数,并划分液化等级(危害性)2023/9/25秦权，清华大学13地震作用：间接作用,不再是“荷载”。对应四类场地土、区分远震和近震,定义反应谱特征周期Tg见下表设计反应谱,在长周期部分设定了下限值0.2max2023/9/25秦权，清华大学140.2max两阶段抗震设计：小震(多遇地震)作用下的截面抗震验算(包括承载力和变形验算)和大震(罕遇地震)作用下的抗倒塌变

9、形验算。第一阶段抗震设计,按照GBJ6884建筑结构设计统一标准规定,采用基于概率可靠度理论的极限状态设计方法,取消结构影响系数C,设计表达式为GCGGk+EhCEhEhk+EvCEvEvk+wwCwWkR/RE直接取“小震作用”(大约为中震作用的0.35倍,即降低1.55度)进行弹性抗震验算,通过系数RE反映不同材料结构的延性（原78规范C）的不同，还要求进行“小震作用”下的结构弹性层间变形验算,并提出结构弹性层间位移角限值。2023/9/25秦权，清华大学15第二阶段抗震设计是为了达到“大震不倒”的设防目标,对位于高烈度区的甲类建筑和带薄弱部位的结构,89规范要求进行罕遇地震作用下的弹塑性

10、变形验算,相应地提出了结构弹塑性位移角限值。2023/9/25秦权，清华大学16结构时程分析和输入地震加速度时程：除采用底部剪力法和振型分解反应谱法之外,对于特别不规则的和较高的高层建筑的抗震设计,要求采用时程分析法进行补充计算,同时对输入的地震加速度时程,即地震波的选择提出要求。抗震概念设计：增加“抗震概念设计”内容,形成独立的一章“抗震设计的基本要求”,对建设选址、建筑体型、结构体系(包括地震作用传力路径、多道抗震防线、结构承载能力、变形和耗能能力)、非结构构件以及材料和施工等作了具体规定。2023/9/25秦权，清华大学17计算要点和构造措施：89规范对不同的结构类型,分别单列计算要点和

11、构造措施。例如,砌体的受剪承载力验算、引入钢筋混凝土结构的抗震等级、柱轴压比等,在构件受弯、受剪承载力验算中为实现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”所采用的内力调整系数等。2023/9/25秦权，清华大学18相关抗震设计规范：在89规范修订和实施期间,构筑物、水工、水运、铁路、公路、冶金、机械、煤炭、化工、石油、电力、电信和各类工业设备的抗震设计规范标准也相继进行修订并颁布实施,初步形成了比较完整的抗震设计标准体系。基本上,各类工程抗震设计规范在设防水准、基本原则、场地和地基、地震作用和抗震验算、构造措施等主要方面,基本借鉴了GBJ1189建筑抗震设计规范的基本思路和规定。2023/

12、9/25秦权，清华大学19第三阶段修订第三阶段修订:2001 2001 规范规范吸取了国内外大地震的震害经验，特别是1995年日本阪神地震和1999年台湾集集地震提供了大量钢筋混凝土和钢结构高层建筑的震害实例;美国UBC和IBC(InternationalBuildingCode,InternationalCodecouncil)、日本BSL(日本建筑基本法)和欧洲Eurocode8规范的修订2023/9/25秦权，清华大学20适用范围：维持69度设防。抗震设防水准和设防目标：继续保持“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标。场地划分：计算土层厚度取20m,尽量减小不同场地类别划分

13、的“跳跃”,对断层的影响和避让及液化土的处理也作出相应的规定。场地类别仍分为四类,但场地土平均剪切波速改用等效剪切波速;同时在波速和覆盖层厚度的边界附近(相差15%左右)允许采用插入法计算场地特征周期Tg。场地土液化判别：增加了1520m范围的标贯锤击数临界值Ncr=N0(2.40.1dw)(3/c)对于存在液化土层的地基同样进行液化等级(危害性)划分。2023/9/25秦权，清华大学21地震作用：新的GB183062001中国地震动参数区划图不再使用地震烈度I的概念,而用基本地震加速度 Ag,也不再用远震和近震区分,而用三个地震分组定义特征周期值Tg。和特征周期 Tg表示,分别给出两张区划图

14、。2023/9/25秦权，清华大学22地震影响系数曲线2023/9/25秦权，清华大学232023/9/25秦权，清华大学24反应谱重要调整：周期延至周期延至 6 s；反应谱在T5Tg范围内与89规范相同，但取消下限值0.2max,把下平台改为直线倾斜段下平台改为直线倾斜段,使T5Tg后的反应谱值有下降；Tg分组中的第一组、第二组、第三组大致反映了近、中、远震影响。为调整和提高结构抗震安全度,各分区中I、II、III类场地的特征周期值较89规范约增大了0.05s，罕遇地震的特征周期Tg值适当延长；提供了阻尼调整系数，以阻尼比为0.05为标准,给出不同阻尼比(0.010.20)反应谱上升段调整最

15、大:0.45+10(20.45)Tmax水平段:2max下降段:(Tg/T)2max倾斜段:20.2-1(T-5Tg)max两阶段抗震设计：维持两阶段抗震设计,只是符号按照GB500682001建筑结构可靠度设计统一标准相应作了改变GSG+EhSEh+EvSEv+wwSwR/RE2023/9/25秦权，清华大学25楼层最小地震剪力控制：地震影响系数只反映加速度反应谱的特征,在长周期段下降很快,不能反映地震地面运动的速度速度和位移位移在结构上产生的地震作用,可能导致高层建筑和大跨度空间结构的计算地震内力偏小,需要对此进行控制和补偿。结构任一楼层i的水平地震剪力为:VEkiinGj最小地震剪力系数

16、应按下表2023/9/25秦权，清华大学26结构时程分析和输入地震加速度时程：对进行时程分析的结构高度有所放宽,对输入地震加速度时程要求满足一定的一定的数量数量和反应谱特征反应谱特征,以计算结构底部总剪力作为评估输入地震动合理性的结构底部总剪力作为评估输入地震动合理性的标准标准。抗震概念设计：某些规定,如建筑平面和立面不规则性的定义定量化,具有更强的可操作性。对于结构计算分析方法、计算机软件和计算模型等单列一节加以规定。对大震作用下的结构弹塑性计算分析,除动力时程分析法外,引入静力非线性(Pushover)方法以确定弹塑性变形限。2023/9/25秦权，清华大学27钢筋混凝土结构：扩大适用范围

17、,包括框架、框墙、板柱框架、板柱墙、筒体和抗震墙等结构类型;重新制定了各类结构的抗震等级划分标准;调整了截面抗震验算时的若干系数,如:强柱系数、框架梁端剪力增大系数、框架柱和抗震墙剪力增大系数等；多层砌体结构：有条件地放宽了混凝土空心砌块结构和底部框架抗震墙结构的高度限值;修改了水平配筋砖砌体的计算公式,修改和补充了构造措施；新增了多层和高层钢结构房屋抗震设计；新增了隔震和消能减震设计内容。2023/9/25秦权，清华大学28最新修订最新修订:2010 2010 规范规范汶川地震震害表明,建设规划选址应充分考虑地震断裂和次生地质影响,中、小学校舍和医院等重要建筑应提高抗震设防类别,各类结构的重

18、要部位和薄弱部位、例如楼梯间等应予加强,结构防止连续倒塌和强柱弱梁设计问题应予重视等等2023/9/25秦权，清华大学29于是对2001规范作了应急局部修订应急局部修订,于2008年7月30日颁布了GB500112001(2008版)建筑抗震设计规范。局部修订的修订内容有:(1)依据地震动参数区划图的局部修订,对四川、陕西、甘肃地震灾区的设防烈度予以变更;(2)增加山区场地建筑抗震设计的专门要求;(3)从概念设计的角度,提出建筑结构体系需要注意和改进之处;(4)提高楼梯间抗震安全性的对策;(5)抗震结构材料性能和施工要求的局部调整;(6)增加一定数量的强制性条文。2023/9/25秦权，清华大

19、学302023/9/25秦权，清华大学31完成2008版局部修订后,2001规范的修订工作步入正轨,于2009年12月完成审查并报批。2008版和2009年修订基本延续了2001规范的主要抗震设计理念和方法,如:保持了 6度区设防要求、“小震不坏,中震可修，大震不倒”的三水准设防基本原则和两阶段设计方法、小震作用下的截面抗震验算采用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达式和引用承载力抗震调整系数、以及对楼层最小地震剪力的控制等。2023/9/25秦权，清华大学32此外,对场地分类和场地土液化判别、地震影响系数曲线作了微调;小震作用下的截面抗震验算增加了以竖向地震为主的效应组合工况;进一步细化了

20、概念设计和各类结构抗震措施的内容;增加了大跨度屋盖建筑、地下建筑和钢支撑混凝土框架和钢框架混凝土筒体结构、钢筋混凝土框排架结构和多层钢结构厂房抗震设计内容;新增了对有专门要求的建筑进行抗震性能设计的要求,并提供了关于性能化设计的原则规定和参考指标。2023/9/25秦权，清华大学33具体内容如下:场地：对于不利地段,如:河岸、坡脚等容易产生滑坡、塌方的地点建设,提出了避开要求，严禁在危险地段建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类建筑；对于发震断裂规定了建筑物的最小避让距离。如确有必要在避让距离内建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时,应提高一度采取抗震措施,并不得跨越断层线。边坡设计：山区建筑场地应设

21、置符合抗震设防要求的边坡工程,并与边坡保留一定距离,避免次生地质灾害。2023/9/25秦权，清华大学34场地划分：进一步细化场地类别,区分波速vs800m/s的“硬质岩石”和波速vs=500800m/s的“软质岩石”,将I类场地分为I0和I1两个亚类。初勘阶段波速测试孔数量改为不少于3个。场地类别按下表I0I1液化判别：标准贯入锤击数临界值按下式计算Ncr=N0ln(0.6ds+1.5)0.1dw(3/c)增补了8度(0.30g)和9度时饱和粉质粘土的震陷判别方法及相应的处理对策。2023/9/25秦权，清华大学35抗震设计基本要求：抗震设计基本要求：建筑规则性：对不规则的建筑应采取加强措施

22、;特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;禁止严重不规则的建筑方案。预制装配式结构的整体性:装配式结构构件,例如预制板的楼、屋盖应从楼盖体系和连接构造上采取措施,保证结构的整体性。楼梯间：汶川地震中,楼梯间倒塌导致人员伤亡严重。因此,结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响,以及楼梯构件本身的地震作用效应,防止楼梯构件破坏倒塌;同时应加强楼梯间填充墙的连接构造,防止墙体塌落。楼梯间应设计成为“安全岛”。2023/9/25秦权，清华大学36防震缝：建筑物是否设置防震缝,应根据建筑布置的不规则程度和特点确定。如果设置,应留有足够宽度,防止地震时碰撞,引起结构主体破坏。非结构构件：充分估

23、计框架结构围护墙和隔墙对结构主体可能产生的不利影响,加强构造措施,避免墙体倒塌。2023/9/25秦权，清华大学37地震作用：按GB183062001中国地震动参数区划图所定义的基本地震加速度Ag 和三个设计地震分和三个设计地震分组定组定义的特征周期值Tg确定地震动参数。补充了对应于设防烈度(中震)的地震动参数。还补充规定6度罕遇地震影响系数最大值取0.28、设计地震加速度峰值取125cm/s2。增加了6度设防的要求，包括:6度区的不规则结构也应计算地震作用;6度最小地震剪力系数,当结构扭转效应明显或基本周期小于3.5s时取0.010,当周期大于5.0s时取0.008。2023/9/25秦权，

24、清华大学38增设了地震影响系数特征周期I0地震影响系数的骨架不变,但是改变了形状参数和阻尼调整系数直线上升段：0.45+10(20.45)Tmax,(0T0.1s)水平段：2max,(0.1sTTg)曲线下降段：(Tg/T)2max,(TgT5Tg)直线下降段：20.21(T-5Tg)max,(5Tg15时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。3质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其它情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。2023/9/25秦权，清华大学4748、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用5平面投影尺度很

25、大的空间结构，应视结构形式和支承条件，分别按单点一致、多点多点、多向或多向多点输入计算地震作用。平面投影尺度很大的空间结构指：跨度大于120m、或长度大于300m、或悬臂大于40m的结构。2023/9/25秦权，清华大学48周边支承空间结构，如：网架、单、双层网壳、索穹顶、弦支穹顶屋盖和下部圈梁-框架结构，当下部支承结构为一个整体、且与上部空间结构侧向刚度比大于等于2时，应允许采用三向（水平两向加竖向）单点一致输入计算地震作用；当下部支承结构由结构缝分开、且每个独立的支承结构单元与上部空间结构侧向刚度比小于2时，应采用三向多点输入多点输入计算地震作用；两线边支承空间结构，如：拱，拱桁架；门式刚

26、架，门式桁架；圆柱面网壳等结构，当支承于独立基础时，应采用三向多点输入多点输入计算地震作用。长悬臂空间结构，应视其支承结构特点，采用多向单点一致输入、或多向多点输入多点输入计算地震作用。2023/9/25秦权，清华大学49单点一致Synchronous输入：地基为刚性平面，各点地面运动完全一致，多向输入：地震地面运动是固体中的应力波，含3个平移分量（水平两向、竖向）。对空间结构时程分析时，三分量应同时输入，其加速度峰值或反应谱峰值比例取：水平主向:水平次向:竖向=1.00:0.85:0.652023/9/25秦权，清华大学50多点Spatially varying,Asynchronous,M

27、ulti-support输入：由于地基实际上不是刚性的，平面尺寸大的结构，不同基础地震波不同。包括行波效应Wavepassage，局部场地效应，和失相干效应Decoherence（均匀地层的地震波是完全相干的，实际地层是空间变化的，导致相干性有所损失）。完全相干时Coherencefunction1，Si()自功率谱密度，Si,j()互功率谱密度2023/9/25秦权，清华大学51多点输入对大结构有两个效应：动力效应动力效应，由于各基础不同步，多点输入的动力效应一般小于单点输入；伪静力效应伪静力效应，多点输入使各基础间出现相对位移，从而在静不定结构静不定结构中产生的效应，这是多点输入独有的。多

28、点输入总效应是这两部分的和，是否比单点输入效应大，取决于多方面因素。2023/9/25秦权，清华大学52设计地震和地面运动参数设计地震和地面运动参数1,反应谱（水平地震影响系数）作为反应谱法的输入。最大值应按下表特征周期应根据场地类别和设计地震分组按下表计算罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s周期大于6.0s的建筑结构所采用的地震影响系数应专门研究。2023/9/25秦权，清华大学53除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，其地震影响系数曲线为衰减指数，直线下降段的下降斜率调整系数0，其它阻尼比结构按实际阻尼比，用阻尼调整系数0.552023/9/25秦权，清华大学54直线上升段曲线

29、下降段水平段直线下降段（1）基本解决了在长周期段，不同阻尼比地震影响系数曲线交叉、大阻尼曲线值高于小阻尼曲线值的不合理现象。I、II、III类场地的地震影响系数曲线在周期接近6s时，基本交汇在一点上，符合理论和统计规律。（2）降低了小阻尼（23.5%）的地震影响系数值，最大降低幅度达18%。略微提高了阻尼比610%的地震影响系数值，长周期部分最大增幅约5%。（3）适当降低了大阻尼（2030%）的地震影响系数值，在5Tg周期以内，基本不变，长周期部分最大降幅约10%，扩大了消能减震技术的应用范围。2023/9/25秦权，清华大学55反应谱的优点：1）每一点都是非平稳非平稳反应时程的最大值最大值，

30、正是抗震设计需要的，而平稳功率谱的平稳不合实际，而且需要复杂的换算才能得到最大值；2）设计反应谱是大量同级、同类地震反应谱的母体平均值母体平均值（中值），有代表性。反应谱的缺点，1）反应谱法的振型组合（包括CQC）原则都是基于平稳反应的假定，实际地震地面运动和结构反应都是非平稳的，造成振振型组合的误差型组合的误差；2）反应谱法一次计算只能针对一个方向的地震输入，而实际地震地面运动是三维的，造成方向组合的误差方向组合的误差；3）不能表示多点输入。这些缺点需要时程分析法弥补。2023/9/25秦权，清华大学562，地震地面运动时程历史地震地面运动时程历史作为时程分析法的输入最好的输入是当地同烈度的

31、地震地面运动记录，即使对一致地震地面运动，这种记录也难以得到。而多点输入地震地面运动需要千米尺度的密集台阵，世界上这种台阵少之又少，得到的强震记录一共只有几群,可以说：基本没有。人工时程历史（人工波）第一代人工波，完全由设计反应谱用随机随机方法生成，由于用频域调整频域调整逼近目标谱，质量低 第二代人工波，由地震地面运动记录出发，通过时域调整时域调整逼近设计反应谱，质量高，确定论法 2023/9/25秦权，清华大学57生成多点输入多点输入地面运动时程历史的RuptureScenario法，美国1980年代已实用，确定论法。三维分析模型需要同时输入一组（set）三分量，多点输入需要同时对每个基础输

32、入一组三分量（多向），形成一群三分量。一组输入的反应只是随机过程的一个实现 Relization，应当对大量子样统计得出必要的反应。复杂结构的时程分析耗费大量机时，减少计算次数的方法是提高输入的质量：1、每个分量的频谱，可用反应谱表示；2、每个分量的峰值加速度（PGA）；3、强震持时。应当用这三个标准检查人工波的质量验收2023/9/25秦权，清华大学583 3 地震反应分析的一般原则地震反应分析的一般原则各类建筑结构的抗震计算，应采用下列方法：1,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结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2,除1款外的建筑结

33、构，宜采用振型分解反应谱法。3,特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，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。2023/9/25秦权，清华大学592023/9/25秦权，清华大学60弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的804,计算罕遇地震下结构的变形，应按规定，采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。5,按多点输入计算地震作用时，应考虑地震行波效应和局部场地效应。7度I、II类场

34、地时，允许采用简化方法，根据结构跨度、长度不同，支承结构和基支承结构和基础抗震验算础抗震验算时，将单点输入结果乘以附加地震作用系数1.151.30；上部结构抗震验算上部结构抗震验算时，乘以附加地震作用系数1.301.50。7度III、IV类场地和8、9度时，应采用时程分析方法进行抗震验算。2023/9/25秦权，清华大学616,当结构在地震作用下的重力附加弯矩（任一楼层以上全部重力荷载与该楼层地震平均层间位移的乘积）大于初始弯矩（该楼层地震剪力与楼层层高的乘积）的10时，应计入重力二阶效应（P-效应）的影响，7,结构抗震分析时，应按照楼、屋盖的平面形状和平面内变形情况确定为刚性、分块刚性、半刚

35、性、局部弹性和柔性等的横隔板，再按抗侧力系统的布置确定抗侧力构件间的共同工作并进行各构件间的地震内力分析。8,质量和侧向刚度分布接近对称且楼、屋盖可视为刚性横隔板的结构，以及本规范有关章节有具体规定的结构，可采用平面结构模型平面结构模型进行抗震分析。其它情况，应采用空间结构模型空间结构模型进行抗震分析。9,结构抗震计算，一般情况下可不计入地基与结构相互作用的影响；10,8、9度时建造于III、IV类场地，采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高层建筑，当结构基本自振周期处于特征周期的1.2倍至5倍范围时，若计入地基与结构动力相互作用的影响，对刚性地基假定计算的水平地震剪力可按下列规

36、定折减，其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。1)高宽比小于3的结构，各楼层水平地震剪力的折减系数，按下式计算2023/9/25秦权，清华大学62式中计入地基与结构动力相互作用后的地震剪力折减系数；T1按刚性地基假定确定的结构基本自振周期(s)；T计入地基与结构动力相互作用的附加周期(s)，可按下表（s）2)高宽比不小于3的结构，底部的地震剪力按1)款规定折减，顶部不折减，中间各层按线性插入值折减。3)折减后各楼层的水平地震剪力，不应小于该楼层的最小水平地震剪力。2023/9/25秦权，清华大学632023/9/25秦权，清华大学6411,利用计算机进行结构抗震分析，应符合下列要求：1)计算模型

37、的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响，楼梯构件自身应计算抗震，但并不要求一律参与整体结构的计算。2)计算软件的技术条件应符合本规范及有关标准的规定，并应阐明其特殊处理的内容和依据。3)所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。2023/9/25秦权，清华大学65复杂结构指计算的力学模型十分复杂、难以找到完全符合实际工作状态的理想模型，只能依据各个软件自身的特点在力学模型上分别作某种程度不同的简化后才能运用该软件进行计算的结构。例如，多塔类结构，其计算模型可以是底部一个塔通过水平刚臂分成上部若干个不落地分塔的分叉结构，也可以

38、用多个落地塔通过底部的低塔连成整个结构，还可以将底部按高塔分区分别归入相应的高塔中再按多个高塔进行联合计算，等等。因此本规范对这类复杂结构要求用多个相对恰当、合适的力学模型而不是截然不同不合理的模型进行比较计算。4)复杂结构在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的不同力学模型，并对其计算结果进行分析比较。2023/9/25秦权，清华大学66合理的抗震设计靠：取得必要且正确的的地震动参数，验收验收正确的分析：正确的分析模型，正确的分析方法，正确的抗震措施：依靠正确的分析结果依靠正确的分析结果。2023/9/25秦权，清华大学673.分析模型分析模型1，建筑结构的不规则性及处理原

39、则1）建筑方案和结构布置的平面和竖向不规则性，应按下列要求综合判断：(1)混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构存在下表所列的某项平面不规则类型或下表所列的某项竖向不规则类型以及类似的不规则，应属于不规则的建筑结构：2023/9/25秦权，清华大学68(2)砌体结构、单层工业厂房和大跨空旷房屋的平面不规则性和竖向不规则性判断，应分别符合本规范有关章节的规定。(3)当存在多项不规则或某项不规则超过规定的参考指标较多时，应属于特别不规则的建筑结构。补充说明：对于扭转不规则计算，需注意以下几点，有关的计算软件需相应修改：a.按国外的有关规定，楼盖周边两端位移不超过平均位移2倍的情况称为刚性楼盖刚性楼

40、盖，超过2倍则属于柔性楼盖柔性楼盖。因此，2001版说明中提到的刚性楼盖，并不是刚度无限大。2023/9/25秦权，清华大学69b.扭转位移比计算时，楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，按国外的规定明确改为取“给定水平力”计算，可避免有时CQC计算的最大位移出现在楼盖边缘的中部而不在角部，而且对无限刚楼盖、分块无限刚楼盖和弹性楼盖均可采用相同的计算方法处理；该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合。c.偶然偏心大小的取值，除采用该方向最大尺寸的5%外，也可考虑具体的平面形状和抗侧力构件的布置调整

41、。d.扭转不规则的判断，还可依据楼层质量中心和刚度中心的距离用偏心率的大小作为参考方法。2023/9/25秦权，清华大学70对于侧向刚度的不规则，建议根据结构特点采用多种方法，包括楼层标高处单位位移所需要的水平力、结构层间位移角的变化等进行综合分析，不能仅简单依靠某个方法和某个参考数值决定。多项和某项不规则划为特别不规则建筑结构的界定及相应的加强措施，可参考建设部超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（建质2006220号）。2）不规则的建筑结构，应按下列要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：2023/9/25秦权，清华大学71(1)平面不规则而竖向规则的

42、建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍，当最大层间位移远小于规范限值时，可适当放宽；凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度平面内实际刚度变化的计算模型；高烈度或不规则程度较大时，宜计入楼板局部变形的影响；平面不对称且凹凸不规则或局部不连续，可根据实际情况分块计算扭转位移比，扭转较大的部位应考虑局部的内力增大系数。2023/9/25秦权，清华大学72(2)平面规则而竖向不规则的建筑结构，也应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力

43、应乘以不小于1.15的增大系数，其薄弱层应按本规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合下列要求：竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.252.0的增大系数；相邻层的侧向刚度比，应依据其结构类型分别不超过本规范有关章节的规定；楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。2023/9/25秦权，清华大学732023/9/25秦权，清华大学742,平面层模型、空间层模型3,3,三维三维（杆系）模型模型，用三维梁、柱、杆单元，仅对纯框架现在有限元技术的发展，使结构工程师能用板板壳壳单单

44、元元或三三维维体体元元对薄壁钢、混凝土芯筒，楼盖和抗剪墙建模。这对结构工程师提出了新的问题和更高的要求梁梁静力：一维（x），常常微分方程，梁动力（结构动力学结构动力学）：二维(x,t),偏偏微分方程，板壳单元（板板壳壳理理论论，静力：二维x,y，偏偏微分方程，动力：三维（x,y,t），偏偏微分方程，三维体元（弹弹性性力力学学，静力：三维x,y,z，偏偏微分方程，动力：四维（x,y,z,t），偏偏微分方程，2023/9/25秦权，清华大学75非弹性分析时，塑性铰部位应计算轴压、两向弯曲、两向剪切和扭转联合作用下的屈服球面，并以理想弹塑性表示其弯矩曲率关系，混凝土塑性铰弯矩只计入约束区混凝土，屈服

45、条件屈服条件是用内力内力表示的，弹性反应的点永在球内，当点接触球时为屈服。但运动方程运动方程是对位移位移的。因此还对应一个位移屈服球，还要规定屈服时位移的方向。对理想弹塑性结构，屈服过程中，位移屈服球整体平移。2023/9/25秦权，清华大学76屈服球，3维，6维P0MxMy0My0Mx0PPT2023/9/25秦权，清华大学774,4,二维板壳单元二维板壳单元（抗剪墙、芯筒、楼盖、屋盖）1)1)维数增加，计算量增大，维数增加，计算量增大，2)2)相邻单元位移仅在节点连续，相邻单元位移仅在节点连续，节线节线节线节线上上不一定连续不一定连续不一定连续不一定连续，3)3)相邻单元合力仅在节点与外力

46、平衡，相邻单元合力仅在节点与外力平衡，节线节线节线节线上上不一定平衡不一定平衡不一定平衡不一定平衡，两者都不符合实际，两者都不符合实际，4)4)矩形截面内筒的特殊问题：翼缘矩形截面内筒的特殊问题：翼缘按 平板 原理工作，每节点有一个位移w（z向）、两个转角y、z自由度；腹板则按弹性理论平面问题原理工作每节点只有两个位移自由度u、v（z向、y向），无转动自由度。造成节点处y、z不连续，需要自行编制附加附加约束条件约束条件。翼缘XZ平面内的挠度板a板b腹板板a的弯曲转角板b的平面内转角（绕其法线由平面位移场产生2023/9/25秦权，清华大学78平面有限元变形后的位移不连续位移不连续2023/9/

47、25秦权，清华大学795)单元网格密度取决于应力梯度，在粗网格区与密网格区交接面上也需要特殊特殊处理：上图是一个处理方法，另外的方法是增加节点，由多出的位移计算附加位移，以满足位移连续，因而需要由用户自编附加子程序用户自编附加子程序。有些商业软件没有这个功能。有些有限元软件有薄壁箱梁单元，每个梁单元最多有18个自由度，单元每端多出来的自由度是扭率，畸变角和畸变率。但这个单元不能处理变截面、变厚度、开洞等问题。解的质量远不如板壳单元。2023/9/25秦权，清华大学802023/9/25秦权，清华大学815,5,三维实体单元三维实体单元（构件节点的详细分析）4 节点四面体元：节点位移 u,v,w

48、，每单元12自由度，等应变等应变元，当应力梯度较大时不适用、低效率低效率。仅单元中心点的应力较可靠。10节点四面体等参元：节点位移u,v,w，每单元 30 自由度，可用于曲边，比 4 节点四面体单元明显改进，但形状畸变时精度降低。边中点应力比角点精确。1)1)只有位移自由度，维数进一步增加，计算量更大，只有位移自由度，维数进一步增加，计算量更大，2)2)相邻单元相邻单元位移位移位移位移仅在节点连续，仅在节点连续，节面节面节面节面上上不一定连续不一定连续不一定连续不一定连续，3)3)相邻单元相邻单元应力应力应力应力在节线在节线不连续、也不平衡不连续、也不平衡不连续、也不平衡不连续、也不平衡，节面

49、上节面上节面上节面上应力应力不连续、也不平衡不连续、也不平衡不连续、也不平衡不连续、也不平衡，两者都不符合实际。，两者都不符合实际。2023/9/25秦权，清华大学828节点六面体元：节点位移u,v,w，每单元24自由度，能反映有限的应力梯度，且形状畸变时精度降低。20节点六面体等参元，每单元60自由度，可用于曲边、曲面，效率最高效率最高，形状过度畸变时精度降低。边中点应力比角点精确。Gaussian积分点的应力最可靠。对钢筋混凝土结构单元主拉应力单元主拉应力需要换算换算到钢筋上2023/9/25秦权，清华大学83节点应力不连续节点应力不连续导致需要某种平均技术，如简单平均，或应力磨平应力磨平

50、技术。磨平前的应力 磨平后的应力高阶单元给出的应力较可靠，低阶单元给出的应力不可靠。当网格足够密时，给出的应力才可靠。2023/9/25秦权，清华大学84应力等高线图应力云图应力等高线图应力云图是用节点应力绘制的（节点应力是由积分点应力外推得到的，精度有所降低），一般不可直接用于强度验算不可直接用于强度验算。应切割出自由体验算平衡，用积分检查检查所得应力，不平衡力相对误差小于两位数时，所得应力才能用于强度验算。6,6,不同类型单元的连接不同类型单元的连接板壳单元与梁单元的连接连接、板壳单元与三维体元的连接、三维体元与梁单元的连接都需要用2、3维应力场求导建立附加约束方程附加约束方程。2023/