5 地震作用和結構抗震驗算
5.1 一般規(guī)定
5.1.1 各類建筑結構的地震作用,應符合下列規(guī)定:
1 一般情況下,應至少在建筑結構的兩個主軸方向分別計算水平地震作用,各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。
2 有斜交抗側力構件的結構,當相交角度大于15°時,應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。
3 質量和剛度分布明顯不對稱的結構,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響;其他情況,應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。
4 8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑,應計算豎向地震作用。
注:8、9度時采用隔震設計的建筑結構,應按有關規(guī)定計算豎向地震作用。
5.1.2 各類建筑結構的抗震計算,應采用下列方法:
1 高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構,以及近似于單質點體系的結構,可采用底部剪力法等簡化方法。
2 除1款外的建筑結構,宜采用振型分解反應譜法。
3 特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表5.1.2-1所列高度范圍的高層建筑,應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算;當取三組加速度時程曲線輸入時,計算結果宜取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值;當取七組及七組以上的時程曲線時,計算結果可取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。
采用時程分析法時,應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線,其中實際強震記錄的數(shù)量不應少于總數(shù)的2/3,多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符,其加速度時程的最大值可按表5.1.2-2采用。彈性時程分析時,每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%,多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。
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4 計算罕遇地震下結構的變形,應按本規(guī)范第5.5節(jié)規(guī)定,采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法。
5 平面投影尺度很大的空間結構,應根據(jù)結構形式和支承條件,分別按單點一致、多點、多向單點或多向多點輸入進行抗震計算。按多點輸入計算時,應考慮地震行波效應和局部場地效應。6度和7度Ⅰ、Ⅱ類場地的支承結構、上部結構和基礎的抗震驗算可采用簡化方法,根據(jù)結構跨度、長度不同,其短邊構件可乘以附加地震作用效應系數(shù)1.15~1.30;7度Ⅲ、Ⅳ類場地和8、9度時,應采用時程分析方法進行抗震驗算。
6 建筑結構的隔震和消能減震設計,應采用本規(guī)范第12章規(guī)定的計算方法。
7 地下建筑結構應采用本規(guī)范第14章規(guī)定的計算方法。
5.1.3 計算地震作用時,建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數(shù),應按表5.1.3采用。
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5.1.4 建筑結構的地震影響系數(shù)應根據(jù)烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值應按表5.1.4-1采用;特征周期應根據(jù)場地類別和設計地震分組按表5.1.4-2采用,計算罕遇地震作用時,特征周期應增加0.05s。
注:周期大于6.0s的建筑結構所采用的地震影響系數(shù)應專門研究。
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5.1.5 建筑結構地震影響系數(shù)曲線(圖5.1.5)的阻尼調整和形狀參數(shù)應符合下列要求:
1 除有專門規(guī)定外,建筑結構的阻尼比應取0.05,地震影響系數(shù)曲線的阻尼調整系數(shù)應按1.0采用,形狀參數(shù)應符合下列規(guī)定:
1)直線上升段,周期小于0.1s的區(qū)段。
2)水平段,自0.1s至特征周期區(qū)段,應取最大值(αmax)。
3)曲線下降段,自特征周期至5倍特征周期區(qū)段,衰減指數(shù)應取0.9。
4)直線下降段,自5倍特征周期至6s區(qū)段,下降斜率調整系數(shù)應取0.02。
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5.1.6 結構的截面抗震驗算,應符合下列規(guī)定:
1 6度時的建筑(不規(guī)則建筑及建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外),以及生土房屋和木結構房屋等,應符合有關的抗震措施要求,但應允許不進行截面抗震驗算。
2 6度時不規(guī)則建筑、建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑,7度和7度以上的建筑結構(生土房屋和木結構房屋等除外),應進行多遇地震作用下的截面抗震驗算。
注:采用隔震設計的建筑結構,其抗震驗算應符合有關規(guī)定。
5.1.7 符合本規(guī)范第5.5節(jié)規(guī)定的結構,除按規(guī)定進行多遇地震作用下的截面抗震驗算外,尚應進行相應的變形驗算。
5.2.1 采用底部剪力法時,各樓層可僅取一個自由度,結構的水平地震作用標準值,應按下列公式確定(圖5.2.1):
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2 水平地震作用效應(彎矩、剪力、軸向力和變形),當相鄰振型的周期比小于0.85時,可按下式確定:
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5.2.3 水平地震作用下,建筑結構的扭轉耦聯(lián)地震效應應符合下列要求:
1 規(guī)則結構不進行扭轉耦聯(lián)計算時,平行于地震作用方向的兩個邊榀各構件,其地震作用效應應乘以增大系數(shù)。一般情況下,短邊可按1.15采用,長邊可按1.05采用;當扭轉剛度較小時,周邊各構件宜按不小于1.3采用。角部構件宜同時乘以兩個方向各自的增大系數(shù)。
2 按扭轉耦聯(lián)振型分解法計算時,各樓層可取兩個正交的水平位移和一個轉角共三個自由度,并應按下列公式計算結構的地震作用和作用效應。確有依據(jù)時,尚可采用簡化計算方法確定地震作用效應。
1) j振型i層的水平地震作用標準值,應按下列公式確定:
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3)雙向水平地震作用下的扭轉耦聯(lián)效應,可按下列公式中的較大值確定:
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5.2.4 采用底部剪力法時,突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應,宜乘以增大系數(shù)3,此增大部分不應往下傳遞,但與該突出部分相連的構件應予計入;采用振型分解法時,突出屋面部分可作為一個質點;單層廠房突出屋面天窗架的地震作用效應的增大系數(shù),應按本規(guī)范第9章的有關規(guī)定采用。
5.2.5 抗震驗算時,結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求:
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5.2.6 結構的樓層水平地震剪力,應按下列原則分配:
1 現(xiàn)澆和裝配整體式混凝土樓、屋蓋等剛性樓、屋蓋建筑,宜按抗側力構件等效剛度的比例分配。
2 木樓蓋、木屋蓋等柔性樓、屋蓋建筑,宜按抗側力構件從屬面積上重力荷載代表值的比例分配。
3 普通的預制裝配式混凝土樓、屋蓋等半剛性樓、屋蓋的建筑,可取上述兩種分配結果的平均值。
4 計入空間作用、樓蓋變形、墻體彈塑性變形和扭轉的影響時,可按本規(guī)范各有關規(guī)定對上述分配結果作適當調整。
5.2.7 結構抗震計算,一般情況下可不計入地基與結構相互作用的影響;8度和9度時建造于Ⅲ、Ⅳ類場地,采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯(lián)合基礎的鋼筋混凝土高層建筑,當結構基本自振周期處于特征周期的1.2倍至5倍范圍時,若計入地基與結構動力相互作用的影響,對剛性地基假定計算的水平地震剪力可按下列規(guī)定折減,其層間變形可按折減后的樓層剪力計算。
1 高寬比小于3的結構,各樓層水平地震剪力的折減系數(shù),可按下式計算:
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2 高寬比不小于3的結構,底部的地震剪力按第1款規(guī)定折減,頂部不折減,中間各層按線性插入值折減。
3 折減后各樓層的水平地震剪力,應符合本規(guī)范第5.2.5條的規(guī)定。
5.3.1 9度時的高層建筑,其豎向地震作用標準值應按下列公式確定(圖5.3.1);樓層的豎向地震作用效應可按各構件承受的重力荷載代表值的比例分配,并宜乘以增大系數(shù)1.5。
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5.3.2 跨度、長度小于本規(guī)范第5.1.2條第5款規(guī)定且規(guī)則的平板型網(wǎng)架屋蓋和跨度大于24m的屋架、屋蓋橫梁及托架的豎向地震作用標準值,宜取其重力荷載代表值和豎向地震作用系數(shù)的乘積;豎向地震作用系數(shù)可按表5.3.2采用。
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5.3.3 長懸臂構件和不屬于本規(guī)范第5.3.2條的大跨結構的豎向地震作用標準值,8度和9度可分別取該結構、構件重力荷載代表值的10%和20%,設計基本地震加速度為0.30g時,可取該結構、構件重力荷載代表值的15%。
5.3.4 大跨度空間結構的豎向地震作用,尚可按豎向振型分解反應譜方法計算。其豎向地震影響系數(shù)可采用本規(guī)范第5.1.4、第5.1.5條規(guī)定的水平地震影響系數(shù)的65%,但特征周期可均按設計第一組采用。
5.4.1 結構構件的地震作用效應和其他荷載效應的基本組合,應按下式計算:
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5.4.3 當僅計算豎向地震作用時,各類結構構件承載力抗震調整系數(shù)均應采用1.0。
5.5.1 表5.5.1所列各類結構應進行多遇地震作用下的抗震變形驗算,其樓層內最大的彈性層間位移應符合下式要求:
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5.5.2 結構在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗算,應符合下列要求:
1 下列結構應進行彈塑性變形驗算:
1)8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時,高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架;
2)7~9度時樓層屈服強度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架結構和框排架結構;
3)高度大于150m的結構;
4)甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構;
5)采用隔震和消能減震設計的結構。
2 下列結構宜進行彈塑性變形驗算:
1)本規(guī)范表5.1.2-1所列高度范圍且屬于本規(guī)范表3.4.3-2所列豎向不規(guī)則類型的高層建筑結構;
2)7度Ⅲ、Ⅳ類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構;
3)板柱-抗震墻結構和底部框架砌體房屋;
4)高度不大于150m的其他高層鋼結構;
5)不規(guī)則的地下建筑結構及地下空間綜合體。
注:樓層屈服強度系數(shù)為按鋼筋混凝土構件實際配筋和材料強度標準值計算的樓層受剪承載力和按罕遇地震作用標準值計算的樓層彈性地震剪力的比值;對排架柱,指按實際配筋面積、材料強度標準值和軸向力計算的正截面受彎承載力與按罕遇地震作用標準值計算的彈性地震彎矩的比值。
5.5.3 結構在罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑性變形計算,可采用下列方法:
1 不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架和框排架結構、單層鋼筋混凝土柱廠房可采用本規(guī)范第5.5.4條的簡化計算法;
2 除1款以外的建筑結構,可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法等。
3 規(guī)則結構可采用彎剪層模型或平面桿系模型,屬于本規(guī)范第3.4節(jié)規(guī)定的不規(guī)則結構應采用空間結構模型。
5.5.4 結構薄弱層(部位)彈塑性層間位移的簡化計算,宜符合下列要求:
1 結構薄弱層(部位)的位置可按下列情況確定:
1)樓層屈服強度系數(shù)沿高度分布均勻的結構,可取底層;
2)樓層屈服強度系數(shù)沿高度分布不均勻的結構,可取該系數(shù)最小的樓層(部位)和相對較小的樓層,一般不超過2~3處;
3)單層廠房,可取上柱。
2 彈塑性層間位移可按下列公式計算:
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