1.6 抗震設計的基本要求
建筑抗震設計應根據(jù)抗震設防類別,制定抗震設防標準。這里抗震設防分類是根據(jù)建筑遭遇地震破壞后,可能造成人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟損失、社會影響的程度及其在抗震救災中的作用等因素,對各類建筑所做的設防類別劃分。
抗震設防烈度為按國家規(guī)定的權限批準作為一個地區(qū)抗震設計設防依據(jù)的地震烈度。一般情況下取50年內超越概率10%的地震烈度。
抗震設防標準是衡量抗震設防要求高低的尺度,由抗震設防烈度或設計地震動參數(shù)及建筑抗震設防類別確定。
1.6.1 建筑抗震設防分類和設防標準
1.《建筑工程抗震設防分類標準》(GB 50223—2008)規(guī)定了所有需要進行抗震設防建筑的抗震設防分類及其抗震設防標準。建筑抗震設防類別劃分應考慮以下因素綜合確定:
(1)建筑破壞造成的人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟損失及社會影響的大小。
(2)城鎮(zhèn)的大小、行業(yè)的特點、工礦企業(yè)的規(guī)模。
(3)建筑使用功能失效后,對全局的影響范圍大小、抗震救災影響及恢復的難易程度。
(4)建筑各區(qū)段的重要性有顯著不同時,可按區(qū)段劃分抗震設防類別。下部區(qū)段的類別不應低于上部區(qū)段。
(5)不同行業(yè)的相同建筑,當所處地位及地震破壞所產(chǎn)生的后果和影響不同時,其抗震設防類別可不相同。
這里,區(qū)段是指由防震縫分開的結構單元、平面內使用功能不同的部分或上下使用功能不同的部分。
2.建筑工程應分為以下四個抗震設防類別:
(1)特殊設防類:是指使用上有特殊設施,涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害等特別重大災害后果,需要進行特殊設防的建筑,簡稱甲類。
(2)重點設防類:是指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關建筑,以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果,需要提高設防標準的建筑,簡稱乙類。
(3)標準設防類:是指大量的除(1)、(2)、(4)項以外按標準要求進行設防的建筑,簡稱丙類。
(4)適度設防類:是指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災害,允許在一定條件下適度降低要求的建筑,簡稱丁類。
3.各抗震設防類別建筑的抗震設防標準,應符合下列要求:
(1)標準設防類,應按本地區(qū)抗震設防烈度確定其抗震措施和地震作用,達到在遭遇高于當?shù)乜拐鹪O防烈度的預估罕遇地震影響時不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴重破壞的抗震設防目標。
(2)重點設防類,應按高于本地區(qū)抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施;但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施;地基基礎的抗震措施,應符合有關規(guī)定。同時,應按本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用。
(3)特殊設防類,應按高于本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施;但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施。同時,應按批準的地震安全性評價的結果且高于本地區(qū)抗震設防烈度的要求確定其地震作用。
(4)適度設防類,允許比本地區(qū)抗震設防烈度的要求適當降低其抗震措施,但抗震設防烈度為8度時不應降低。一般情況下,仍應按本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用。
4.對于劃為重點設防類而規(guī)模很小的工業(yè)建筑,當改用抗震性能較好的材料符合抗震設計規(guī)范對結構體系的要求時,允許按標準設防類設防。此外,抗震設防烈度為6度時,除《抗震規(guī)范》[4]有具體規(guī)定外,對乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算。
1.6.2 地震影響
1.建筑所在地區(qū)遭受的地震影響,應采用相應于抗震設防烈度的設計基本地震加速度和特征周期表征。
2.抗震設防烈度和設計基本地震加速度取值的對應關系,應符合表1.6-1(《抗震規(guī)范》表3.2-2)的規(guī)定。設計基本地震加速度為0.15g和0.30g地區(qū)內的建筑,除抗震規(guī)范另有規(guī)定外,應分別按抗震設防烈度7度和8度的要求進行抗震設計。
3.地震影響的特征周期應根據(jù)建筑所在地的設計地震分組和場地類別確定??拐鹨?guī)范的設計地震共分為三組,其特征周期應按1.7節(jié)(《抗震規(guī)范》第5章)的有關規(guī)定采用。
表1.6-1 抗震設防烈度和設計基本地震加速度值的對應關系
注:g為重力加速度。
“設計特征周期”即抗震設計用的地震影響系數(shù)曲線中,反映地震震級、震中距和場地類別等因素的下降段起始點對應的周期值(Tg),一般把“設計特征周期”簡稱為“特征周期”。
4.我國主要城鎮(zhèn)(縣級及縣級以上城鎮(zhèn))中心地區(qū)的抗震設防烈度、設計基本地震加速度值和所屬的設計地震分組,可按《抗震規(guī)范》附錄A采用。
1.6.3 場地和地基
1.場地為工程群體所在地,具有相似的反應譜特征。其范圍相當于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于1.0km2的平面面積。建筑的場地類別應根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度按表1.6-2(《荷載規(guī)范》表4.1.6)劃分為四類,其中Ⅰ類為Ⅰ0、Ⅰ1兩個亞類。當有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于表1.6-2(《荷載規(guī)范》表4.1.6)所列場地類別的分界線附近時,應允許按插值方法確定地震作用計算所用的特征周期。
表1.6-2 各類建筑場地的覆蓋層厚度 (單位:m)
注:其中vs為巖石的剪切波速。
2.場地內存在發(fā)震斷裂時,應對斷裂的工程影響進行評價,并應符合下列要求:
(1)對符合下列規(guī)定之一的情況,可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響:
1)抗震設防烈度小于8度。
2)非全新世活動斷裂。
3)抗震設防烈度為8度和9度時,隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。
(2)對不符合上述規(guī)定的情況,應避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于表1.6-3(《荷載規(guī)范》表4.1.7)對發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。在避讓距離的范圍內確有需要建造分散的、低于三層的丙、丁類建筑時,應按提高一度采取抗震措施,并提高基礎和上部結構的整體性,且不得跨越斷層線。
表1.6-3 發(fā)震斷裂的最小避讓距離
3.選擇建筑場地時,應按表1.6-4(《抗震規(guī)范》表4.1.1)劃分對建筑抗震有利、一般、不利和危險的地段。
4.建筑場地的類別劃分,應以土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度為準。
表1.6.4 有利、一般、不利和危險地段的劃分
5.選擇建筑場地時,應根據(jù)工程需要和地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料,對抗震有利、一般、不利和危險地段作出綜合評價。對不利地段,應提出避開要求;當無法避開時應采取有效的措施。對危險地段,嚴禁建造甲、乙類建筑,不應建造丙類的建筑。
6.建筑場地為Ⅰ類時,對甲、乙類的建筑應允許仍按本地區(qū)抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施;丙類的建筑應允許按本地區(qū)抗震設防烈度降低一度的要求采取抗震構造措施,但抗震設防烈度為6度時仍應按本地區(qū)抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。
7.建筑場地為Ⅲ、Ⅳ時,對設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū),除抗震規(guī)范另有規(guī)定外,宜分別按抗震設防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時各抗震設防類別建筑的要求采取抗震構造措施。
8.地基和基礎設計應符合下列要求:
(1)同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基上。
(2)同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基;當采用不同基礎類型或基礎埋深顯著不同時,應根據(jù)地震時兩部分地基基礎的沉降差異,在基礎、上部結構的相關部位采取相應措施。
(3)地基為軟弱黏性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土時,應根據(jù)地震時地基不均勻沉降和其他不利影響,采取相應的措施。
9.山區(qū)建筑的場地和地基基礎應符合下列要求:
(1)山區(qū)建筑場地勘察應有邊坡穩(wěn)定性評價和防治方案建議;應根據(jù)地質、地形條件和使用要求,因地制宜設置符合抗震設防要求的邊坡工程。
(2)邊坡設計應符合現(xiàn)行國家標準《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB 50330—2002)的要求;其穩(wěn)定性驗算時,有關的摩擦角應按設防烈度的高低相應修正。
(3)邊坡附近的建筑基礎應進行抗震穩(wěn)定性設計。建筑基礎與土質、強風化巖質邊坡的邊緣應留有足夠的距離,其值應根據(jù)設防烈度的高低確定,并采取措施以避免地震時對地基基礎造成破壞。
10.當需要在條狀凸出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強風化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時,除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外,尚應估計不利地段對設計地震動參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用,其水平地震影響系數(shù)最大值應乘以增大系數(shù)。其值應根據(jù)不利地段的具體情況確定,在1.1~1.6范圍內采用。
11.場地巖土工程勘察,應根據(jù)實際需要劃分的對建筑有利、一般、不利和危險的地段,提供建筑的場地類別和巖土地震穩(wěn)定性(含滑坡、崩塌、液化和震陷特性)評價,對需要采用時程分析法補充計算的建筑,尚應根據(jù)設計要求提供土層剖面、場地覆蓋層厚度和有關的動力參數(shù)。
1.6.4 建筑形體及其構件布置的規(guī)則性
1.建筑設計應根據(jù)抗震概念設計的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑方案應按規(guī)定采取加強措施;特別不規(guī)則的建筑應進行專門研究和論證,采取特別的加強措施;嚴重不規(guī)則的建筑不應采用。形體是指建筑平面形狀和立面、豎向剖面的變化。
2.建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對抗震性能及經(jīng)濟合理性的影響,宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體,其抗側力構件的平面布置宜規(guī)則對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小、避免側向剛度和承載力突變。
不規(guī)則建筑的抗震設計應符合下面4的有關規(guī)定。
3.建筑形體及其構件布置的平面、豎向不規(guī)則性,應按下列要求劃分:
(1)混凝土房屋、鋼結構房屋和鋼—混凝土混合結構房屋存在表1.6-5a(《抗震規(guī)范》表3.4.3-1)所列舉的某項平面不規(guī)則類型或表1.6-5b(《抗震規(guī)范》表3.4.3-2)所列舉的某項豎向不規(guī)則類型以及類似的不規(guī)則類型,應屬于不規(guī)則的建筑。
表1.6-5a 平面不規(guī)則的主要類型
表1.6-5b 豎向不規(guī)則的主要類型
(2)砌體房屋、單層工業(yè)廠房、單層空曠房屋、大跨屋蓋建筑和地下建筑的平面和豎向不規(guī)則性的劃分,應符合抗震規(guī)范有關章節(jié)的規(guī)定。
(3)當存在多項不規(guī)則或某項不規(guī)則超過規(guī)定的參考指標較多時,應屬于特別不規(guī)則的建筑。
4.建筑形體及其構件布置不規(guī)則時,應按下列要求進行地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施:
(1)平面不規(guī)則而豎向規(guī)則的建筑,應采用空間結構計算模型,并應符合下列要求:
1)扭轉不規(guī)則時,應計入扭轉影響,且樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍,當最大層間位移遠小于規(guī)范限值時,可適當放寬。
2)凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時,應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型;高烈度或不規(guī)則程度較大時,宜計入樓板局部變形的影響。
3)平面不對稱且凹凸不規(guī)則或局部不連續(xù),可根據(jù)實際情況分塊計算扭轉位移比,對扭轉較大的部位應采用局部的內力增大系數(shù)。
(2)平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑,應采用空間結構計算模型,剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小于1.15的增大系數(shù),其薄弱層應按抗震規(guī)范有關規(guī)定進行彈塑性變形分析,并應符合下列要求:
1)豎向抗側力構件不連續(xù)時,該構件傳遞給水平轉換構件的地震內力應根據(jù)烈度高低和水平轉換構件的類型、受力情況、幾何尺寸等,乘以1.25~2.0的增大系數(shù)。
2)側向剛度不規(guī)則時,相鄰層的側向剛度比應依據(jù)其結構類型符合《抗震規(guī)范》相關章節(jié)的規(guī)定。
3)樓層承載力突變時,薄弱層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%。
(3)平面不規(guī)則且豎向不規(guī)則的建筑,應根據(jù)不規(guī)則類型的數(shù)量和程度,有針對性地采取不低于上述(1)、(2)要求的各項抗震措施。特別不規(guī)則的建筑,應經(jīng)專門研究,采取更有效的加強措施或對薄弱部位采用相應的抗震性能化設計方法。
5.體型復雜、平立面不規(guī)則的建筑,應根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎條件和技術經(jīng)濟等因素的比較分析,確定是否設置防震縫,并分別符合下列要求;
(1)當不設置防震縫時,應采用符合實際的計算模型,分析判明其應力集中、變形集中或地震扭轉效應等導致的易損部位,采取相應的加強措施。
(2)當在適當部位設置防震縫時,宜形成多個較規(guī)則的抗側力結構單元。
防震縫應根據(jù)抗震設防烈度、結構材料種類、結構類型、結構單元的高度和高差以及可能的地震扭轉效應的情況,留有足夠的寬度,其兩側的上部結構應完全分開。
(3)當設置伸縮縫和沉降縫時,其寬度應符合防震縫的要求。
1.6.5 結構體系
1.結構體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素,經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。
2.結構體系應符合下列各項要求:
(1)應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。
(2)應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。
(3)應具備必要的抗震承載力,良好的變形能力和消耗地震能量的能力。
(4)對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.結構體系尚宜符合下列各項要求:
(1)宜有多道抗震防線。如多次超靜定結構;框架—剪力墻結構等均為具有多道抗震防線的結構。
(2)宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中。
(3)結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。
4.結構構件應符合下列要求:
(1)砌體結構應按規(guī)定設置鋼筋混凝土圈梁和構造柱、芯柱,或采用約束砌體、配筋砌體等。
(2)混凝土結構構件應控制截面尺寸和受力鋼筋、箍筋的設置,防止剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結破壞先于鋼筋破壞。
(3)預應力混凝土的構件,應配有足夠的非預應力鋼筋。
(4)鋼結構構件的尺寸應合理控制,避免局部失穩(wěn)或整個構件失穩(wěn)。
(5)多、高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當采用預制裝配式混凝土樓、屋蓋時,應從樓蓋體系和構造上采取措施確保各預制板之間連接的整體性。
5.結構各構件之間的連接,應符合下列要求:
(1)構件節(jié)點的破壞,不應先于其連接的構件。
(2)預埋件的錨固破壞,不應先于連接件。
(3)裝配式結構構件的連接,應能保證結構的整體性。
(4)預應力混凝土構件的預應力筋,宜在節(jié)點核心區(qū)以外錨固。
6.裝配式單層廠房的各種抗震支撐系統(tǒng),應保證地震時廠房的整體性和穩(wěn)定性。
1.6.6 結構分析
1.除《抗震規(guī)范》特別規(guī)定者外,建筑結構應進行多遇地震作用下的內力和變形分析,此時,可假定結構與構件處于彈性工作狀態(tài),內力和變形分析可采用線性靜力方法或線性動力方法。
2.不規(guī)則且具有明顯薄弱部位可能導致重大地震破壞的建筑結構,應按抗震規(guī)范有關規(guī)定進行罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。此時,可根據(jù)結構特點采用靜力彈塑性分析或彈塑性時程分析方法。
當《抗震規(guī)范》有具體規(guī)定時,尚可采用簡化方法計算結構的彈塑性變形。
3.當結構在地震作用下的重力附加彎矩大于初始彎矩的10%時,應計入重力二階效應的影響。
重力附加彎矩是指任一樓層以上全部重力荷載與該樓層地震平均層間位移的乘積;初始彎矩是指該樓層地震剪力與樓層層高的乘積。框架結構和框架-剪力墻(支撐)結構在重力附加彎矩Ma與初始彎矩M0之比符合下式條件下,應考慮幾何非線性,即重力二階效應的影響。
式中 θi——穩(wěn)定系數(shù);
∑Gi——i層以上全部重力荷載計算值;
Δui——第i層樓層質心處的彈性或彈塑性層間位移;
Vi——第i層地震剪力計算值;
hi——第i層層間高度。
上式規(guī)定是考慮重力二階效應影響的下限,其上限則受彈性層間位移角限值控制。對混凝土結構,θi一般均在0.1以下,可不考慮彈性階段重力二階效應影響。當在彈性分析時,作為簡化方法,二階效應的內力增大系數(shù)可取1/(1-θ)。
4.結構抗震分析時,應按照樓、屋蓋的平面形狀和平面內變形情況確定為剛性、分塊剛性、半剛性、局部彈性和柔性等的橫隔板,再按抗側力系統(tǒng)的布置確定抗側力構件間的共同工作并進行各構件間的地震內力分析。
5.質量和側向剛度分布接近對稱且樓、屋蓋可視為剛性橫隔板的結構,以及《抗震規(guī)范》有具體規(guī)定的結構,可采用平面結構模型進行抗震分析。其他情況,應采用空間結構模型進行抗震分析。
6.利用計算機進行結構抗震分析,應符合下列要求:
(1)計算模型的建立、必要的簡化計算與處理,應符合結構的實際工作狀況,計算中應考慮樓梯構件的影響。
(2)計算軟件的技術條件應符合抗震規(guī)范及有關標準的規(guī)定,并應闡明其特殊處理的內容和依據(jù)。
(3)復雜結構在多遇地震作用下的內力和變形分析時,應采用不少于兩個合適的不同力學模型,并對其計算結果進行分析比較。
(4)所有計算機計算結果,應經(jīng)分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。
1.6.7 非結構構件
1.非結構構件,包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備,自身及其與結構主體的連接,應進行抗震設計。
2.非結構構件的抗震設計,應由相關專業(yè)人員分別負責進行。
3.附著于樓、屋面結構上的非結構構件,以及樓梯間的非承重墻體,應與主體結構有可靠的連接或錨固,避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備。
4.框架結構的圍護墻和隔墻,應估計其設置對結構抗震的不利影響,避免不合理設置而導致主體結構的破壞。
5.幕墻、裝飾貼面與主體結構應有可靠連接,避免地震時脫落傷人。
6.安裝在建筑上的附屬機械、電氣設備系統(tǒng)的支座和連接,應符合地震時使用功能的要求,且不應導致相關部件的損壞。
1.6.8 隔震和消能減震設計
1.隔震和消能減震設計,可用于對抗震安全性和使用功能有較高或專門要求的建筑。
2.采用隔震或消能減震設計的建筑,當遭遇到本地區(qū)的多遇地震影響、設防地震影響和罕遇地震影響時,可按高于《抗震規(guī)范》第1.0.1條的基本設防目標進行設計。
1.6.9 結構材料與施工
抗震結構對材料和施工質量的特別要求,應在設計文件上注明。
1.結構材料性能指標,應符合下列最低要求。
(1)砌體結構材料應符合下列規(guī)定:
1)普通磚和多孔磚的強度等級不應低于MU10,其砌筑砂漿強度等級不應低于M5。
2)混凝土小型空心砌塊的強度等級不應低于MU7.5,其砌筑砂漿強度等級不應低于Mb7.5。
(2)混凝土結構材料應符合下列規(guī)定:
1)混凝土的強度等級,框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點核心區(qū),不應低于C30;構造柱、芯柱、圈梁及其他各類構件不應低于C20。
2)抗震等級為一~三級的框架結構和斜撐構件(含梯段),其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時,鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25;鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3,且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%。
(3)鋼結構的鋼材應符合下列規(guī)定:
1)鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應大于0.85。
2)鋼材應有明顯的屈服臺階,且伸長率不應小于20%。
3)鋼材應有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。
2.結構材料性能指標,尚宜符合下列要求:
(1)普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和焊接性較好的鋼筋;普通鋼筋的強度等級,縱向受力鋼筋宜選用符合抗震性能指標的不低于HRB400級的熱軋鋼筋,也可采用符合抗震性能指標的HRB335級熱軋鋼筋;箍筋宜選用符合抗震性能指標的不低于HRB335級的熱軋鋼筋,也可選用HPB300級熱軋鋼筋。
(2)混凝土結構的混凝土強度等級,抗震墻不宜超過C60;其他構件,9度時不宜超過C60,8度時不宜超過C70。
(3)鋼結構的鋼材宜采用Q235等級B、C、D的碳素結構鋼及Q345等級B、C、D、E的低合金高強度結構鋼;當有可靠依據(jù)時,尚可采用其他鋼種和鋼號。
3.在施工中,當需要以強度等級較高的鋼筋替代原設計中的縱向受力鋼筋時,應按照鋼筋受拉承載力設計值相等的原則換算,并應滿足最小配筋率要求。
4.采用焊接連接的鋼結構,當接頭的焊接約束度較大、鋼板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力時,鋼板厚度方向截面收縮率不應小于國家標準《厚度方向性能鋼板》(GB/T 5313—1985)關于Z15級規(guī)定的容許值。
5.鋼筋混凝土構造柱和底部框架—抗震墻房屋中的砌體抗震墻,其施工應先砌墻后澆構造柱和框架梁柱。
6.混凝土墻體、框架柱的水平施工縫,應采取措施加強混凝土的結合性能。對于抗震等級一級的墻體和轉換層樓板與落地混凝土墻體的交接處,宜驗算水平施工縫截面的受剪承載力。其計算公式如下:
式中 Vwj——抗震墻施工縫處組合的剪力設計值;
fy——豎向鋼筋抗拉強度設計值;
As——施工縫處抗震墻的豎向分布鋼筋、豎向插筋和邊緣構件(不包括邊緣構件以外的兩側翼墻)縱向鋼筋的總截面面積;
N——施工縫處不利組合的軸向力設計值,壓力取正值,拉力取負值。其中,重力荷載的分項系數(shù),受壓時為有利,取1.0;受拉時取1.2。
1.6.10 建筑抗震性能化設計
1.當建筑結構采用抗震性能化設計時,應根據(jù)其抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構類型和不規(guī)則性,建筑使用功能和附屬設施功能的要求、投資大小、震后損失和修復難易程度等,對選定的抗震性能目標提出技術和經(jīng)濟可行性綜合分析和論證。
2.建筑結構的抗震性能化設計,應根據(jù)實際需要和可能,具有針對性:可分別選定針對整個結構、結構的局部部位或關鍵部位、結構的關鍵部件、重要構件、次要構件以及建筑構件和機電設備支座的性能目標。
3.建筑結構的抗震性能化設計應符合下列要求:
1)選定地震動水準。對設計使用年限50年的結構,可選用《抗震規(guī)范》的多遇地震、設防地震和罕遇地震的地震作用,其中,設防地震的加速度應按表1.6-1(《抗震規(guī)范》表3.2.2)的設計基本地震加速度采用,設防地震的地震影響系數(shù)最大值,6度、7度(0.10g)、7度(0.15g)、8度(0.20g)、8度(0.30g)、9度可分別采用0.12、0.23、0.34、0.45、0.68和0.90。對設計使用年限超過50年的結構,宜考慮實際需要和可能,經(jīng)專門研究后對地震作用作適當調整。對處于發(fā)震斷裂兩側10km以內的結構,地震動參數(shù)應計入近場影響,5km以內宜乘以增大系數(shù)1.5,5km以外宜乘以不小于1.25的增大系數(shù)。
2)選定性能目標,即對應于不同地震動水準的預期損壞狀態(tài)或使用功能,應不低于基本設防目標:當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時,主體結構不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用;當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的設防地震影響時,可能發(fā)生損壞,但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用;當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震影響時,不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。使用功能或其他方面有專門要求的建筑,當采用抗震性能化設計時,具有更具體或更高的抗震設防目標。
3)選定性能設計指標。設計應選定分別提高結構或其關鍵部位的抗震承載力、變形能力或同時提高抗震承載力和變形能力的具體指標,尚應計及不同水準地震作用取值的不確定性而留有余地。設計宜確定在不同地震動水準下結構不同部位的水平和豎向構件承載力的要求(含不發(fā)生脆性剪切破壞、形成塑性鉸、達到屈服值或保持彈性等);宜選擇在不同地震動水準下結構不同部位的預期彈性或彈塑性變形狀態(tài),以及相應的構件延性構造的高、中或低要求。當構件的承載力明顯提高時,相應的延性構造可適當降低。
4.建筑結構的抗震性能化設計的計算應符合下列要求:
1)分析模型應正確、合理地反映地震作用的傳遞途徑和樓蓋在不同地震動水準下是否整體或分塊處于彈性工作狀態(tài)。
2)彈性分析可采用線性方法,彈塑性分析可根據(jù)性能目標所預期的結構彈塑性狀態(tài),分別采用增加阻尼的等效線性化方法以及靜力或動力非線性分析方法。
3)結構非線性分析模型相對于彈性分析模型可有所簡化,但二者在多遇地震下的線性分析結果應基本一致;應計入重力二階效應、合理確定彈塑性參數(shù),應依據(jù)構件的實際截面、配筋等計算承載力,可通過與理想彈性假定計算結果的對比分析,著重發(fā)現(xiàn)構件可能破壞的部位及其彈塑性變形程度。
5.結構及其構件抗震性能化設計的參考目標和計算方法,可按建筑抗震設計規(guī)范附錄M第M.1節(jié)的規(guī)定采用。注意理解這節(jié)里的公式含義。
1.6.11 建筑物地震反應觀測系統(tǒng)
抗震設防烈度為7、8、9度時,高度分別超過160m、120m、80m的大型公共建筑,應按規(guī)定設置建筑結構的地震反應觀測系統(tǒng),建筑設計應留有觀測儀器和線路的位置。
【例1.6-1】 一幢高層建筑的場地,經(jīng)地質勘察測得場地的土層等效剪切波速vse=180m/s,場地覆蓋層厚度d0v=60m(圖1.6-1),即自地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面的距離。由此,可確定該建筑的場地類別為____類。
(A)Ⅲ (B)Ⅰ (C)Ⅱ (D)Ⅳ
答案:(A)
解答:根據(jù)表1.6-2(抗震規(guī)范表4.1.6),因土層等效剪切波速vse=180m/s,以及場地覆蓋層厚度d0v=60m,則由該表可查得本工程場地類別為Ⅲ類。
【例1.6-2】 一住宅小區(qū)的抗震設防烈度為8度(0.2g),但場地內存在發(fā)震斷裂帶?,F(xiàn)需確定地面下隱伏斷裂的土層覆蓋厚度大于____m時,可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響。
圖1.6-1 確定場地類別的條件
(A)60 (B)80 (C)90 (D)50
答案:(A)
解答:根據(jù)1.6.3節(jié)2(1)3)(《抗震規(guī)范》4.1.7條1款3))的規(guī)定,當抗震設防烈度為8度時,前隱伏斷裂的土層覆蓋厚度大于60m,則可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響。
【例1.6-3】 一幢商住用的高層建筑,其抗震設防烈度為8度(0.2g),建筑抗震設防類別為丙類。該建筑的附近存在一條發(fā)震主斷裂帶,該帶的隱伏斷裂的土層覆蓋厚度為50m,因此需確定該建筑避開這條主斷裂帶的最小避讓距離應為____m(圖1.6-2)。
圖1.6-2 建筑避開斷裂帶的最小避讓距離
(A)200 (B)300 (C)500 (D)400
答案:(A)
解答:根據(jù)1.6.3節(jié)2(2)(《抗震規(guī)范》4.1.7條2款)和表1.6-3(《抗震規(guī)范》表4.1.7)的規(guī)定,可知本建筑由于隱伏斷裂的土層厚度小于60m,因此本建筑應避開這條主斷裂帶,其最小避讓距離不宜小于100m。
【例1.6-4】 某6層辦公樓,各層柱數(shù)和柱截面尺寸均相同,第一層層高為6m,其余各層層高均為4m。根據(jù)抗震概念設計的要求,該樓房應作豎向不規(guī)則的驗算,檢查在豎向是否存在薄弱層。試問,下述對該建筑是否存在薄弱層的幾種判斷,其中( )項是正確的,并說明其理由。
提示:①樓層的側向剛度采用剪切剛度為
ki=GAi/hi
Ai=2.5(hci/hi)2Aci
式中 ki——第i層的側向剛度;
Aci——第i層的全部柱子的截面面積之和;
hci——第i層柱沿計算方向的截面高度;
hi——第i層柱的樓層高度;
G——混凝土的剪切模量。
②不考慮土體對框架側向剛度的影響。
(A)無薄弱層 (B)第一層為薄弱層
(C)第2層為薄弱層 (D)第6層為薄弱層
答案:(B)
解答:按表1.6-5(《抗震規(guī)范》表3.4.3-2)第一項,該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%,則為側向不規(guī)則。根據(jù)提示,則
根據(jù)題目所給公式Ai=2.5(hci/hi)2Aci可得
【例1.6-5】 云南省玉溪某小學擬建一6層教學樓,采用鋼筋混凝土框架結構,平面及豎向均規(guī)則。各層層高均為3.6m,首層室內外地面高差為0.50m,建筑場地類別為Ⅱ類。
1.下列關于對該教學樓抗震設計的要求,其中何項正確?
(A)按9度計算地震作用,按一級框架采取抗震措施
(B)按9度計算地震作用,按二級框架采取抗震措施
(C)按8度計算地震作用,按一級框架采取抗震措施
(D)按8度計算地震作用,按二級框架采取抗震措施
答案:(C)
解答:根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)附錄A.O.22-3,玉溪的抗震設防烈度為8度,0.2g,第二組。根據(jù)《抗震設防分類標準》(GB 50223—2008)第6.0.8條,小學教學樓應不低于重點設防類(乙類)。根據(jù)1.6.1節(jié)3(2)(《抗震設防分類標準》(GB 50223—2008)第3.0.3條),應按9度的要求加強其抗震措施,按本地區(qū)抗震設防烈度8度確定其地震作用。
該建筑高度:H=(3.6×6+0.50)m=22.1m。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)表6.1.2,設防烈度9度,H<24m時,框架抗震等級為一級。
2.該結構在y向地震作用下,底層y方向的剪力系數(shù)(剪重比)為0.08,層間彈性位移角為1/690。試問,當判斷是否考慮重力二階效應影響時,底層y方向的穩(wěn)定系數(shù)θiy與下列何項數(shù)值最為接近?
提示:不考慮剛度折減。重力荷載計算值近似取重力荷載代表值;地震剪力計算值近似取對應于水平地震作用標準值的樓層剪力。
(A)0.018 (B)0.020 (C)0.053 (D)0.110
答案:(A)
解答:根據(jù)1.6.6節(jié)3(《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)第3.6.3條及其條文說明中式(1)),
[4]《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)的簡稱,本章下同。