关于建筑结构抗震设计若干问题的讨

个世纪以来， 我国的结构抗震设计方法随地震学 、 动 力学、 结构分析和结构试验等的进步而从无到有， 在 强震观察 、 震害调查 、 学习和借鉴其它国家先进经验 。 的过程中不断成熟 如何从我国的地震环境和社会 发展的实际情况出发， 不断提高建筑结构抗震设计 的水平， 使之更安全可靠 、 更合理经济， 是结构抗震 工作者的重要任务 。 笔者长期从事建筑结构的设计 在学习和从事结构抗震设计的实践中有一些 工作， 现结合自己的工程经验， 对我国建筑结 思考和心得， 构抗震设 计 的 若 干 原 则 性 问 题 提 出 一 些 粗 浅 的 看 法， 期望引起讨论 。
建筑结构学报
Journal of Building Structures
第 32 卷 第 12 期 2011 年 12 月 Vol. 32 No. 12 Dec． 2011
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文章编号： 1000-6869 （ 2011 ） 12-0046-06
关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论
1 方小丹 ，魏
琏
Discuss on issues of seismic design of building structures
FANG Xiaodan1 ，WEI Lian2 （ 1． Architectural Design and Research Institute of SCUT，Guangzhou 510641 ，China 2． LPS Architectural Engineering Design Associates，Shenzhen 518031 ，China）
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级相关的内力增大系数 。 地震作用取值小， 调整系 －4 －3 数多， 对应于给定可靠指标的 、 小至 10 ～ 10 量级 的失效概率不便于设计人员对结构总体及关键构件 安全度的直观把握 。
①避免强震时非结构构件如玻璃幕墙 、 内隔墙等因 结构过大的变形而破坏； ② 避免结构过大的变形影 响电梯等设备的正常运行； ③ 避免强震时结构过大 的侧向变形加剧 PΔ 效应， 恶化结构的受力； ④ 避免 在较大风荷载作用下建筑物产生令人不舒服的低频 振动 。从一般抗震结构的适宜刚度原则出发， 在满 足上述要求的前提下， 结构应当做得相对柔一些以 减少地震作用反应 。 倘若由于采用比实际地震时小得多的地震作用 作为结构构件设计的依据而没有把握， 需要结构承 担必要的 、 最低限度的地震作用， 这不难理解； 与此 如果要求加大结构的刚度来增加作用于其上 相反， 的惯性力也即地震作用， 就未免本末倒置了 。 很容 易举出 实 际 上 可 能 存 在 的 工 程 实 例 作 为 反 证 。 例 如， 某位于上海地区 Ⅳ 类场地的超高层建筑， 结构各 项控制性指标均满足相关规范的要求且有一定的富 余， 剪重比即最小地震作用也恰好满足要求； 如果将 其置于风荷载相似 、 抗震设防烈度同样是 7 度的广 州地区， 虽然场地的工程地质情况远好于上海地区， 为Ⅰ、 Ⅱ 类 场 地， 但结构却不满足最小地震作用要 求。于是就有此不合理的情况出现： 地质条件较好 、 结构地震反应较小 、 位于广州地区 Ⅰ、 Ⅱ 类场地上的 此超高层建筑， 尽管结构的其它各项控制性指标均 满足规范要求且富余量更多， 却要再加大梁 、 柱、 核 心筒等构件的截面尺寸来增加结构的刚度， 加大结 。 构的地震作用反应来满足最小地震作用要求 不失一般性， 按单自由度体系对此钢筋混凝土 超高层建筑做一简单的讨论 。 假定其周期大于 5 T g ， 则根据规范
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（ 1． 华南理工大学建筑设计研究院，广东广州 510641 ； 2． 深圳市力鹏建筑结构设计事务所，广东深圳 518031 ）
摘要： 对当前建筑结构抗震设计中若干原则性问题进行讨论， 提出： 建筑结构抗震设计不适宜采用概率可靠度方法而更适 T 规律改进设计中的地 依 Rμ合采用多安全系数设计方法； 应以设防烈度地震即中震的地震动参数进行结构承载力设计， 震作用延性等级组合； 当结构的计算基底剪力不满足规定的最小基底剪力时， 可以加大地震作用力， 而不应该调整结构的 说明巨型框架的侧向刚度远较普通框架差， 不具备承 刚度来加大地震反应； 比较了巨型框架与普通框架结构的侧向刚度， 而应令核心筒承担全部的地震剪力； 我国现行规范对结构的层间位移角限值过于严 担一定比例地震作用剪力的必要刚度， 分析其主要原因并建议大幅度放宽。 格， T 规律； 巨型框架； 层间位移角限值 关键词： 抗震设计； 多安全系数； Rμ中图分类号： TU351. 104 文献标志码： A
1 结构抗震设计中可靠度设计方法wk.baidu.com的适用性
强烈地震尤其是大震级地震是破坏性很大但发 生几率很小的小概率事件 。 我国是地震多发国家， 大部分地区都受到破坏性地震的威胁 。 新中国成立 以来， 发生过 1976 年 7. 8 级的唐山大地震和 2008 年 8 级的汶川大地震， 造成了人民生命和财产的极大损 失 。同时， 也应当看到， 大多数抗震设防区的建筑物 在其整个服役期间并未遭受较大地震的袭击 。 半个 地震学有了长足的发展， 然而人们对地震 世纪以来， 动机理的认识不能不说还十分肤浅 。 当我们在谈论 — —板块学说和局部机制 — — — 弹性 地震的宏观机制 — — —称为板 又发生诸如唐山地震 — 回跳理论的时候， 内或直下型地震， 其机理更为复杂 。 竖向荷载 、 风荷 载、 材料的力学性能等的随机性可通过大量的实测 数据和试验数据的统计分析获得， 对工程设计来说， 已可足够准确地掌握其统计规律和特征 。 而地震则 完全不同， 强震发生次数不多， 在同一地区重复发生 的机会更少， 无从进行工程意义上的有价值的统计 分析， 由于其难以把握的不确定性， 使可靠度设计方 法失去最基本的依据 。 除了地震输入， 结构响应的 其中最主要的是地基与基础 不确定性也是明显的， 间的相互作用以及地震过程中结构自身动力特性的 变化。当前， 将地震视为一随机过程已为工程界所 接受， 但将非平稳的随机过程视为与时间无关的平 稳随机过程， 并以最简单的 、 一个参数即可表达地震 发生的概率分布的泊松模型来描述这个随机过程， 实际上并没有足够的 、 由实际发生的地震统计数据 的支持。迄今为止， 还没有较可靠的方法来预估未 来一段时间可能发生地震的强度 、 频谱特性及持时
Abstract ： In this paper， some principle issues about the seismic design of building structures are discussed． The multisafety factor method can be more suitable than the probabilistic reliability method for the seismic design of building structures． It is suggested that the ground motion parameters corresponding to the fortification intensity level be used to check the load carrying capacities of structures． The earthquake loadductility level combination can be improved for T rules． When the calculated base shear does not meet the minimum base shear the design according to the Rμrequirement ，the seismic force can be increased instead of adjusting the stiffness of the structure to increase the seismic responses． The lateral stiffness of the megaframe structure is much smaller than that of the normal frame structure． The megaframe can not bear a certain proportion of the total seismic shear force as it hasn ’ t the necessary lateral stiffness． Instead， the core tube should be designed to bear all the earthquake shear force． The story drift limits are too strict and should be substantially relaxed． Keywords： seismic design ； multisafety factors； RT rule； megaframe； interstory drift limit μ-
2 采用设防烈度地震动参数进行 结构构件承载力设计
我国 GBJ 11 —1989《建筑抗震设计规范 》 颁布并 “ ” 沿用至今的 小震不坏， 中震可修， 大震不倒 的抗震 与当今世界上抗震 设计原则已经受了历史的考验， 设计较先进的国家如美国 、 日本、 欧洲等大致相同 。 所不同的是， 他们以设防烈度地震即中震的地震动 参数进行构件的承载力设计， 我国则以多遇烈度地 震即小震作为设计依据 。 前者验算中震作用下结构 ； 后者辅 同时也就保证了“小震不坏 ” 构件的安全性， 加各种以小震作用组合及地震作用调整系数进行结 构构件的承载力设计， 满足较大安全系数的小震组 ， 合的承载力要求， 也就保证了“中震可修 ” 从最终结 果看， 有安全度的高低， 但并无原则性的差别 。 但是， 采用小震地震动参数有如下缺点： （ 1 ） 借鉴和学习其它国家的抗震设计的经验和 方法是提高我国抗震设计水平的途径之一 。 决定结 构构件抗震承载力安全度高低的主要因素有： 地震 作用的大 小； 结 构 材 料 强 度 的 取 值； 安 全 系 数 的 大 小。虽然其它国家的做法各有特点， 但由于地震作 还是不方便进行横向比较 用取值存在较大的差别， 。 和彼此间的交流 （ 2 ） 与美 、 日、 欧洲等国家的抗震设计原则类似， “中震 ” 我国也以 作为设防目标， 但却用小震作用进 行结构构件承载力设计， 并又考虑了各种与抗震等
作者简介： 方小丹（ 1951 — 收稿日期： 2011 年 6 月
）， mail： f5101@ 126. com 男， 广东汕头人， 一级注册结构工程师， 注册土木工程师（ 岩土） 。E-
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引言
我国是世界上地震灾害最严重的国家之一 。 半
等对结构反应有决定性影响的要素 。 从某种程度上 “给定的 ” ， 说， 地震作用实际上是 与当前对地震的认 还与社会的 识水平相对应所能达到的可靠性相关， 经济发展水平相关 。 当前结构构件抗震承载力表达 式除了形式上与结构抗力相似， 并不存在抗震设计 其根本原因就在于地震 承载力极限状态的可靠度， 作用及其效应的难以估计 。 关于建筑结构工程设计采用可靠度方法的适用 ： “规范的设计方法 有学者提出质疑并指出 性问题， 与其说是一种科学， 还不如说更多的是一种工程技 术， 更应注意整体的综合 。 从这个意义上说， 多安全 系数设计 方 法 要 比 可 靠 度 设 计 方 法 更 合 适 规 范 采 ［1 ］ 用” 。这个结论用于结构抗震设计更为恰当 。 近 年来， 基于性能的设计方法引入抗震设计， 中震作用 甚至大震作用的分析更频繁地见诸初步设计文件和 实际上已连可靠度方法的外 超限设计可行性报告， 壳也抛弃了 。 去除可靠度设计方法的外壳， 改用多 “退一步 、 、 “退 安全系数设计方法， 可令人有 进二步” 一步海阔天空 ” 之感， 不必为尴尬的 γ RE 伤脑筋， 许多 安全度的调整问题可迎刃而解 。