结构抗震设计_4抗震设计方法

建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地基-结构相互作用
SSI效应 与刚性地基相比，弹性地基上的结构的水平地震作用 有所减少； 与结构基本周期和SSI体系周期相关。 SSI效应的考虑-折减 条件： 1）8度和9度时建造于Ⅲ、Ⅳ类场地； 2）箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础； 3）钢筋混凝土高层建筑且T1=(1.2~5)Tg
有斜交抗侧力构件且交角大于15度的结构：应分别 计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
扭转影响：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；其他情况应 允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。 竖向地震作用：8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9 度时的高层建筑。
2015年9月29日
建筑结构抗震设计
1.多遇地震下结构强度验算
S R
S R /
RE
---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值； ---结构构件承载力设计值； ---承载力抗震调整系数，当仅计算竖向地震作用时，采用1.0。
RE
承载力抗震调整系数 材料 钢 砌体 混凝土 结构构件
RE
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地基-结构相互作用
SSI效应的考虑-折减 折减 水平地震剪力折减，层间变形按折减后楼层剪力计算 方法 高宽比<3，按下式；不小于3，顶部不折减，中间层插值
烈度
8 9 场地类别 Ⅲ 0.08 0.10 Ⅳ 0.20 0.25
限定 折减后各层水平地震剪力应满足楼层最小地震剪力的要求。
表5.1.2-1（ 3-10）采用时程分析的房屋高度范围
烈度、场地类别 8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度 8度Ⅲ、Ⅳ类场地
房屋高度范围（m） >100 >80
9度
>60
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薄弱楼层弹塑性层间位移的验算：
u
h
p
[ p ] h
[ p ] ---弹塑性层间位移角限值，按规范表5.5.5 书4.7表采用；
建筑结构抗震设计
第4章 建筑抗震设计方法
4.1 两阶段设计方法 4.2 抗震性能化设计方法
建筑结构抗震设计
·建筑抗震设计的内容
建筑抗震设计
概念设计
设计原则、设计思想 总体布置、细部构造
抗震计算
强度验算、变形验算
抗震措施
结构与非结构 的细部要求
概念设计
场地选择 建筑体型 结构布置 结构体系 抗震防线 强度刚度均衡 连接 非结构构件等
§4.1 两阶段设计方法—第二阶段设计 1.罕遇地震下结构弹塑性变形验算
(a)下列结构应进行弹塑性变形验算
1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架; 2）7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构和框排架结构； 3）高度大于150m的结构； 4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 5）采用隔震和消能减震设计的结构。
§4.1 两阶段设计方法-第二阶段抗震设计
2. 弹塑性变形的计算 静力弹塑性分析方法-pushover 弹塑性时程分析方法 简化计算： 12层以下且层刚度无突变的框架结构及单层钢筋混凝土柱厂房

弹塑性变形的简化计算方法
（1）罕遇地震作用下结构薄弱层（部位）的确定； （2）弹塑性位移增大系数的确定。
受力状态
γRE 0.75 0.80 0.90 1.00 0.75 0.75 0.80 0.85 0.85
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柱，梁，支撑，节点板件，螺栓，焊 强度 缝柱，支撑 稳定 两端均有构造柱、芯柱的抗震墙 其他抗震墙 梁 轴压比小于0.15的柱 轴压比不小于0.15的柱 抗震墙 各类构件 受剪 受剪 受弯 偏压 偏压 偏压 受剪、偏拉
---薄弱层楼层高度或单层厂房上柱高度。 结构类型 混凝土单层柱排架 钢筋混凝土框架 底部框架砖房中的框架-抗震墙
[
p
]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1/30 1/50 1/100 1/100 1/120 1/50
钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 多、高层钢结构
2015年9月29日
建筑结构抗震设计

W
---风荷载组合值系数;一般结构取0,风荷载起控制作用的高层建筑应采用0.2。
2015年9月29日
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法—第一阶段设计
2.多遇地震下结构允许弹性变形验算
除砌体结构、厂房外的框架结构、填充墙框架结构、框架-剪力墙结 构等需验算允许弹性变形。 弹性位移计算公式：
u e (i ) V e (i ) / K
h
---计算楼层层高；
[ e ] ---弹性层间位移角限值，按下表采用。
结构类型 钢筋混凝土框架 钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 钢筋混凝土框支层
[
1/550 1/800
e
]
1/1000 1/1000
多、高层钢结构
1/250
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建筑结构抗震设计
式中：
y (0) y (2); y (n 1) y (n 1)
如果所有楼层的a(i)>=0.8，则认为 y 沿高度分布均匀； 当任意某层a(i)<0.8时，认为 y 沿高度分布不均匀。
建筑结构抗震设计
（1）根据楼层屈服强度系数确定结构薄弱层
y 沿高度分布不均匀，通常将最小或相对较小的楼层作为结 构薄弱层。 y 沿高度分布均匀的框架结构，一般底层的层间变形较大， 可将底层视作结构薄弱层。 对于单层钢筋混凝土柱厂房，薄弱层一般出现在上柱，取上柱 作为薄弱层。
u e ( i ) ---第i层的层间位移；
i
K
i
---第i层的侧移刚度，钢筋混凝土结构采用弹性刚度； ---第i层的水平地震剪力标准值。
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V e (i)
建筑结构抗震设计 楼层内最大弹性层间位移应符合：
u e [ e ] h
u e ---多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；
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建筑结构抗震设计
(b)下列结构宜进行弹塑性变形验算
1）表5.1.2-1所列高度范围且属于竖向不规则类型的高层建筑结构；
2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构； 3）板柱-抗震墙结构和底部框架砌体房屋； 4）高度不大于150m的其它高层钢结构。 5）不规则的地下建筑结构及地下空间综合体。
0.006
0.012(0.018)
0.024(0.032)
0.048
对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数 。
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地震作用效应调整
竖向不规则结构
刚度小的楼层的地震剪力：放大1.15；（软弱层）
楼层承载力突变时：薄弱层受剪承载力≥ 相邻上一层的 65%；（薄弱层） 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：放大1.25~2.0。（转换层）
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法
内力组合 地震水准 设防目标结构性能 不坏，线性 两阶段设计 承载力设计 及变形验算
抗地 震震 设设 防防 烈 度分 区 或
小震，地震作用
中震
可修，非线性
抗震 措施
大震，地震作用
不倒，非线性
弹塑性验算
简化方法或 弹塑性时程法
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地震作用
u p p ue
建筑结构抗震设计
（1)根据楼层屈服强度系数确定结构薄弱层的确定
按构件实配筋As和材料强度标准值fyk计算的楼层受剪承载力 屈服强度系数＝ 按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力 对排架柱 屈服强度系数＝ 按实际As、fyk和N计算的正截面受弯承载力 按罕遇地震作用标准值计算的弹性地震弯矩
建筑结构抗震设计
（2）弹塑性位移增大系数取值
准备工作： 数千个1-15层剪切型结构，
理想弹塑性恢复力模型，
弹塑性时程分析， 对计算结果进行统计分析。 总规律：塑性变形集中于薄弱层； 多层剪切型结构的薄弱层的弹塑性变形与弹性变形 之 间有相对稳定的关系。 做法： 弹塑性位移=弹塑性层间位移增大系数 p *弹性位移
y (i )
Vy (i ) Ve (i )
m m
计算地震作用时，钢筋混凝土结构和钢结构，阻尼比均 取为0.05；
t b M cj M cj
Vy (i ) Vcyj
j 1 j 1
hj
其中： m ―楼层i的柱总数； hj―楼层i中的第j柱的净高； t b M cj , M cj ―楼层屈服时j柱上、下端弯矩。
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地震作用效应调整
楼层最小剪力要求（剪重比要求）
Veki G j
j i
n
楼层最小地震剪力系数值 类别 扭转效应明显或基本周 期小于3.5s结构 基本周期大于5.0s结构 6 0.008 7 0.016(0.024) 8 0.032(0.048) 9 0.064
建筑结构抗震设计
地震作用效应和其它荷载效应的基本组合表达式：
S S S S S
G GE Eh Ehk Ev Evk W W
Wk


G
---重力荷载分项系数，一般取1.2，当重力荷载效应对构件承载能力 有利时，不应大于1.0；
、
Ev
Eh
---分别为水平、竖向 地震作用分项系数 地震作用分项系数， 地震作用 按右表采用；
特别不规则的建筑 甲类建筑 表所列高度范围内建筑
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——时程分析方法
地震波选取
至少3组：2组实际强震+1组人造波； 平均地震影响系数曲线应与反应谱在统计意义上相符； 加速度时程最大值
设防烈度 多遇地震 罕遇地震 6 18 125 7 35（55） 220（310） 8 70（110） 400（510） 9 140 620
2015年9月29日
第3章 结构地震反应分析与抗震计算
建筑结构抗震设计
（1）根据楼层屈服强度系数确定结构薄弱层
若所有楼层ξy>0.5，则结构不存在薄弱层； 反之，需根据ξy沿高度分布是否均匀确定薄弱层位置 为了判别楼层屈服强度系数沿高度分布是否均匀，引入参数 2 y (i ) a (i ) [ y (i 1) y (i 1)]
抗震计算
两阶段设计方法 地震作用计算 地震作用效应调整 抗震验算 性能化设计方法 选定地震动水准 选定性能目标 选定性能设计指标
抗震措施
材料要求 构件截面尺寸 钢筋混凝土结构的钢筋 构造要求、边缘构件、 轴压比限值等 砌体结构的圈梁、构造 柱设置及构造等 钢结构连接、构件长细 比、构件宽厚比等
仅计算水平地震作用 1.3 0.0 1.3 仅计算竖向地震作用 同时计算水平与竖向地震作用
Eh

Ev

0.0 1.3 0.5
W
---风荷载分项系数，取1.4；
S
GE
---重力荷载代表值的效应；
S Ehk 、S Evk ---水平、竖向地震作用标准值的效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数;
S
Wk
---风荷载标准值的效应；
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法—第一阶段设计
1.多遇地震下结构强度验算
下列情况可不进行结构强度验算，应符合有关的抗震措施要求： （1）6度时的建筑（不规则建筑及建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外） ， （2）生土房屋和木结构房屋等 ； 应进行多遇地震作用下的截面抗震验算的结构范围：
（1）6度时不规则建筑及建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑； （2）7度和7度以上的建筑结构（生土房屋和木结构房屋等除外） ；
底部剪力法
地 震 作 用 计 算 方 法
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 近似于单质点体系的结构
振型分解反应谱法
除底部剪力法中的结构 时程分析方法-补充
烈度，场地 类别 8度I，II类 和7度 8度III，IV 类 9度
房屋高度 （m） >100 >80 >60

计算结果要求
计算的结构底部剪力：每条≥65%反应谱法结果 平均≥80%反应谱法结果 3组时程时， max(时程结果包络，反应谱结果) 7组或以上时，max(时程结果平均，反应谱结果)

设计时取值
建筑结构抗震设计
§4.1 两阶段设计方法——地震作用方向
一般情况：两个主轴方向分别考虑水平地震作用并 进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向 抗侧力构件承担。