5.3 地震作用
5.3.1 本条基本采用了引用的方法。除第3款“7度(0.15g)”外,与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定基本一致。某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担。有斜交抗侧力构件的结构,当交角大于15°时,应考虑斜交构件方向的地震作用计算。扭转特别不规则的结构应考虑双向地震作用的扭转影响。
大跨度指跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构,悬挑长度大于5m的悬挑结构。大跨度、长悬臂结构应验算自身及其支承部位结构的竖向地震效应。
大跨度、长悬臂结构7度(0.15g)时也应计入竖向地震作用的影响。主要原因是:高层民用建筑由于高度较高,竖向地震作用效应放大比较明显。
5.3.2 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,振型分解反应谱法和底部剪力法仍是基本方法。对高层民用建筑钢结构主要采用振型分解反应谱法,底部剪力法的应用范围较小。弹性时程分析法作为补充计算方法,在高层民用建筑中已得到比较普遍的应用。
本条第3款对于需要采用弹性时程分析法进行补充计算的高层民用建筑钢结构作了具体规定,这些结构高度较高或刚度、承载力和质量沿竖向分布不均匀的特别不规则建筑或特别重要的甲、乙类建筑。所谓“补充”,主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较,当时程法分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时,相关部位的构件内力作相应的调整。
本条第4、5款规定了罕遇地震和有消能减震装置的高层民用建筑钢结构计算应采用的分析方法。
5.3.3 进行时程分析时,鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同,本条规定一般可以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进行时程分析结果的统计分析,若选用不少于2组实际记录和1组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。当选用较多的地震波,如5组实际记录和2组人工模拟时程曲线,则保证率很高。所谓“在统计意义上相符”是指,多组时程波的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相比,在对应于结构主要振型的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%;从工程应用角度考虑,可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但时程法计算结果也不必过大,每条地震波输入的计算结果不大于135%,多条地震波输入的计算结果平均值不大于120%,以体现安全性与经济性的平衡。
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;加速度的有效峰值按表5.3.3采用。输入地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止,约为结构基本周期的(5~10)倍。
本次修订增加了结构抗震性能设计规定,本条第3款给出了设防地震(中震)和6度时的数值。
5.3.5 本条规定了水平地震影响系数最大值和场地特征周期取值。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αmax,多遇地震烈度(小震)和预估的罕遇地震烈度(大震)分别对应于50年设计基准周期内超越概率为63%和2%~3%的地震烈度。本次按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011作了修订,补充中震参数和近场效应的规定;同时为了与结构抗震性能设计要求相适应,增加了设防烈度地震(中震)的地震影响系数最大值规定。
根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑的场地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类,其中Ⅰ类分为Ⅰ0和Ⅰ1两个亚类,本规程中提及Ⅰ类场地而未专门注明Ⅰ0或Ⅰ1的均包含这两个亚类。
5.3.6 弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论,本规程的反应谱与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011一致。这次《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010只对其参数进行调整,达到以下效果:
1 阻尼比为5%的地震影响系数维持不变。
2 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。
3 降低了小阻尼(2%~3.5%)的地震影响系数值,最大降低幅度达18%,使钢结构设计地震作用有所降低。
4 略微提高了阻尼比6%~10%的地震影响系数值,长周期部分最大增幅约5%。
5 适当降低了大阻尼(20%~30%)的地震影响系数,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。
5.3.7 本条规定主要是考虑结构地震动力反应过程中可能由于地面扭转运动,结构实际的刚度和质量分布相对于计算假定值的偏差,以及在弹塑性反应过程中各抗侧力结构刚度退化程度不同等原因引起的扭转反应增大,特别是目前对地面运动扭转分量的强震实测记录很少,地震作用计算中还不能考虑输入地面运动扭转分量。采用附加偶然偏心作用计算是一种实用方法。
本条规定方形及矩形平面直接取各层质量偶然偏心为0.05Li,其他形式平面取0.172ri来计算单向水平地震作用。实际计算时,可将每层质心沿主轴的同一方向(正向或反向)偏移。
采用底部剪力法计算地震作用时,也应考虑偶然偏心的不利影响。
当采用双向地震作用计算时,可不考虑偶然偏心的影响,但进行位移比计算时,按单向地震作用考虑偶然偏心影响计算。同时应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结果进行比较,取不利的情况进行设计。