建筑抗震設計規范的發展沿革和最新修訂

1、建筑抗震設計規范 的發展沿革和最新修訂王亞勇 , 戴國瑩(中國建筑科學研究院 工程抗震研究所 , 北京 100013 )摘要 :在回顧了我國建筑抗震設計規范的發展沿革的基礎上 ,簡要介紹了建筑抗震設計規范 歷次版本的主要特點 ,著重闡述 GB 50011 2001規范的最新修訂情況。這些修訂包括 :建筑抗震設防水準、設計基本地震加速度、基本要求和概念設 計、場地分類和評估、地震作用和抗震驗算等基礎性內容 ,各類建筑結構的抗震設計規定、計算方法和抗震措施 ,新增加了結構抗震性能設計要求以及大跨度空間結構、地下建筑等內容。1976 年 7·28唐山地震造成未設防或設防能力低的各類房 屋建

2、筑嚴重破壞和倒塌 ,通過對地震區建筑震害的調查研究 ,吸取經驗教訓 ,對 TJ 11 78工業與民用建筑抗震設計規范 及時進行了修訂。2008年 5·12汶川地震全面考驗了各類建筑結構 ,凡按照現行規范設計建造的建筑都能達到“小震不壞 ,中震可修 ,大震不倒 ”的設防目標。在震中地區 ,由于實際地震影響烈度遠高于設防烈度 ,致使具備一定抗震設防能力的建 筑結構不可避免地產生了破壞。通過對這些震害的研究 ,對多道抗震防線、強柱弱梁、剪力墻連梁、砌體結構整體性、樓梯間、非結構構件等抗震設計問題提供了有益的啟示 ,及時地體現在 GB 50011 2001建筑抗震設計規范 的修訂中?？拐鹦?

3、能設計方法被明確地編入新修訂的建筑抗震設計規范 ,充實了中國特色的“三水準兩階段 ”抗震設防理念。關鍵詞 :建筑抗震設計規范 ; 建筑震害 ; 規范修訂中圖分類號 : TU 31814文獻標志碼 : AEvo lu tion and p resen t up dation ofCode fo rseism ic de sign of bu ild ingsWAN G Yayong, DA I Guoying( In stitu te of Ea rthquake Enginee ring, Ch ina A cadem y of B u ild ing R e sea rch, B e iji

4、ng 100013 , Ch ina)A b stra ct: A genera l review of deve lopm en t and evo lu tion of seism ic design code s in Ch ina is p rovided in the p ap e r. M ajo r fea tu res con tained in severa l version s and the p resen t up da te of Code fo r seism ic de sign of bu ild ingsa resumm a rized. M a in it

5、em s rega rd ing to ea rthquake levels, de sign ea rthquake acce le ration, essen tial requ irem en ts of se ism ic de sign, site a ssessm en t and classifica tion, se ism ic re spon se sp ec tra, se ism ic a la lysis as we ll a s regu lation s of se ism ic ca lcu lation s and detailing fo r each ty

6、p e of structu res, includ ing sp aciou s and underground bu ild ings have beense riou sly revised in the p ast. The revision of the Code TJ 11 78 was tim e ly execu ted based on the investiga tion ondam ages and co llap ses of d ifferen t bu ild ings cau sed in the 1976 Tangshan Earthquake. B u ild

7、 ings and infra struc tu res we re p u t in to the real tests in the M ay 12 , 2008 Grea t W enchuan Earthquake, revealing that the th ree se ism ic goa ls in te rm s of op erational unde r the m ino r earthquake, rep airab le under the modera te ea rthquake and life2safety under the m a jo r ea rth

8、quake can be ach ieved as long as the de sign and con struc tion fo llow ing the code requ irem en ts. B u ild ing dam ages and fa ilu res, of cou rse, occu rred unavo idab ly due to the m uch h ighe r in ten sity than exp ec ted by de sign code.B a sed on exten sive reconna issance investigation of

9、 bu ild ing dam age in the region s w ith mode rate to seve re ea rthquake in ten sities, regu lation s of theCode fo r se ism ic de sign of bu ild ings( GB 50011 2001 ) a re up da ted regard ing to them u lti2fo rtifica tion, strong co lum n2weak beam , link beam of shea r wa lls, in tegra tion and

10、 duc tility of m ason ry structu re s, exit ways and stair shaft, non2struc tu ra l e lem en ts, e tc. The concep t of p erfo rm ance2ba sed seism ic design has been imp lem en ted in the new ve rsion of the code that imp rove s and en riches the seism ic design app roach of so2 ca lled two stages f

11、o r th ree ea rthquake leve ls.Keyword s: Code fo r seism ic design of bu ild ings; ea rthquake dam age of bu ild ing; revision of code基金項目 :住房和城鄉建設部建筑抗震設計規范 ( GB 50011 2001 )修訂課題。作者簡介 :王亞勇 ( 1943 ) ,男 ,福建廈門人 ,研究員。E2m a il: yayongwang sina. com收稿日期 : 2010 年 4 月7首次引入結構系數 C 折減結構的地震荷載 , 以彌補彈性理論計算結果與彈塑性

12、結構客觀實際之間的差 距。未頒布。1974 年 , TJ 11 74工業與民用建筑抗震設計 規范 (試行 ) (簡稱74 規范 ) 1 ,原國家建委批準頒布。1978 年 , TJ 11 78工業與民用建筑抗震設計 規范 (簡稱78 規范 ) 2 ,國家建委批準頒布。1989 年 , GBJ 11 89建筑抗震設計規范 (簡稱89 規范 ) 3 , 建設部批準頒布 , 1990 年開始實施 ,并于 1993 年作局部修訂。2001 年 , GB 50011 2001建筑抗震設計規范 (簡稱2001 規范 ) 4 ,建設部和國家質檢總局聯合 發布。于 2008 年 5·12 汶川地震后

13、作了局部修訂 ,成為 GB 50011 2001建筑抗震設計規范 ( 2008 版本 ) 5 。2010 年 , GB 50011 2010建筑抗震設計規范 ,目前已完成報批手續。0 引言2008 年 5·12 汶川大地震中 ,在地震區各個不同時期設計建造的各類房屋建筑和工程設施經受了考 驗。震害調查表明 ,經過抗震設防 ,特別是在 1990 年 以后 ,按 1989 年頒布的 GBJ 11 89建筑抗震設計 規范 設計建造的建筑表現良好 ,即使在極震區實際烈度高出設防烈度 3 4 度 (地震動強度超出預計的10 倍 )的情況下 , 除了極個別建筑物外 , 絕大多數建 筑受到中等至嚴

14、重破壞 , 但不倒塌 , 達到了“小震不壞 ,中震可修 ,大震不倒 ”的三水準抗震設防目標 ; 而此前的建筑物多數遭受嚴重破壞 ,直至倒塌。因此 ,認真研究震害特征 ,總結設計與施工中的問題 , 探討建筑抗震設計規范 的合理性 ,對于災后恢復重建、 建造更為抗震的建筑結構以及規范修訂 , 都具有重 要意義。面對如此嚴重的破壞 ,應該清醒地認識到 ,除了實際地震烈度高于預計的設防烈度、特殊的地震動衰減規律、地震波傳播特征及地形反應等原因 之外 ,建筑結構本身在設計和施工方面的缺陷 , 也是 不能回避的原因。對此加以客觀的、科學的分析 , 對 解釋和認識震害是十分必要的。在地震災區對各類 房屋建筑

15、震害的調查發現 , 即便在同一地點 ,有的建 筑損壞嚴重、甚至倒塌 ,有的較輕 ; 在高烈度區 , 理論 上抗震性能較好的鋼筋混凝土框架結構卻倒塌了 , 而抗震性能相對較差的砌體結構卻“裂而不倒 ”; 抗 震設計要求鋼筋混凝土框架結構的“梁鉸機制 ”沒有 出現 ,而是出現了大量的“柱鉸 ”; 高層建筑剪力墻結 構連梁的不同破壞形態 ; 抗震縫設置帶來的問題等 等 ,都值得深思 ,并在規范修訂工作中得到體現。本 文回顧了我國建筑抗震設計規范發展的沿革 , 簡要 地介紹了在各個不同歷史時期起著重要作用的三個 版本抗震規范的主要內容和特點。2 建筑抗震設計規范 的主要特點我國建筑抗震設計規范發展大體

16、經歷了三個階段。如果以規范的版本劃分 , 第一階段以78 規范 為代表 ,第二階段是89 規范 ,第三階段是2001 規 范 。三個版本抗震規范既具有延續性 , 又不斷豐富 創新 ,反映了我國工程抗震科學技術和工程實踐的 發展和進步。211 第一階段78 規范 1976 年唐山地震中 , 大量磚混結構和單層工業 廠房遭受嚴重破壞。震后 , 大批科研和工程技術人員在災區展開了全面的、有針對性的專題調查工作 ,在總結建筑震害基礎上 ,對74 規范 進行了及時修 訂 ,形成了78 規范 。可以說 , 除了將74 規范 關 于房屋建筑的設計烈度比地震基本烈度降低一度的規定提高為按基本烈度采用外 , 在

17、設計原理和方法 上 ,78 規范 與74 規范 沒有原則差別 , 主要是將 采用振型分解法計算結構地震荷載和內力的規定由 附錄移到正文 ,結構影響系數的劃分更為詳盡 , 并增 加了較高的磚房設置構造柱等許多抗震構造措施的 內容。( 1 )適用范圍適用于全國 7 9 度設防區。( 2 )抗震設防水準以基本烈度作為設計烈度 (中震 ) 的單水準抗震 設防。( 3 )場地劃分和場地土液化判別 對場地劃分為抗震有利、不利和危險地段 ; 場地1 建筑抗震設計規范 的發展沿革我國于 1974 年正式頒布的第一本工程抗震設計規范是 TJ 11 74工業與民用建筑抗震設計規范 (試行 ) 。在此之前 ,工程設

18、計主要參考蘇聯的地震 區建筑抗震設計規范 。1959 年和 1964 年 , 我國曾兩次編制包括各類工程結構的地震區建筑抗震設 計規范 (草案 ) , 雖然未正式頒布 , 但對工程抗震設 計仍起了一定的作用 1 。以下是從 1959 年以來我國主要抗震設計規范編制和頒布大事記 :1959 年 ,地震區建筑抗震設計規范 (草案 ) ,未頒布。1964 年 ,地震區建筑抗震設計規范 (草案 ) ,8土按巖土性狀簡單分為 I, II, III三類。場地土液化判別 , 針對地下 15m 范圍內飽和砂 土 ,采用標準貫入試驗 ,當標貫錘擊數小于以下臨界 值時 ,可判為可液化土 :著效果 ,是價格低廉而又

19、行之有效的抗震結構形式 ,構造柱與圈梁形成約束砌體結構一直沿用至今。212 第二階段89 規范 89 規范 可視為我國規范發展第二階段的代 表 ,于 1990 年開始實施 ,78 規范 繼續過渡 3 年后廢止 ;過渡期結束時在 1993 年作了局部修訂。1976年唐山地震以后 , 全國的高校、科研、設計單位在地 震工程各個領域 , 尤其是各類建筑結構和生命工程 設施的抗震開展了廣泛深入的研究。國家地震工作 主管和建設行政主管部門著手安排對中國地震烈 度區劃圖 和78 規范 的修訂。經過 10 多年的努力 ,我國的地震工程和工程抗震科學技術取得了長足的進步。繼唐山地震以后 , 在我國又發生了江蘇

20、 溧陽、云南瀾滄 2耿馬、麗江等 6 級以上的多次地震 , 造成了各類建筑和工程設施的震害和重大經濟損失 ,同時也提供了新的建筑抗震經驗 , 檢驗了78 規范 。在此期間 , 世界各國的抗震設計規范發展迅 速 ,抗震設計方法不斷得到改進。如美國應用技術 委員會 (A TC3 ) 、歐洲混凝土協會和國際預應力協會 ( CEB 2F IP) 、日本和前蘇聯等國家相繼頒布了新的抗 震設計規范 , 1980 年第七屆世界地震工程會議收集 匯編了 31 個國家的抗震設計規范。改革開放使我國 的工程技術人員有機會與國際同行開展交流 , 了解 和學習國外的先進經驗。78 規范 歷經 11 年的實施 ,在建筑

21、抗震設計方面積累了豐富的經驗。對78 規范 的修訂工作具有十分重要的意義 , 使89 規 范 較78 規范 在許多方面得到改進。( 1 )適用范圍適用于全國 6 9 度設防區。將抗震設防區擴大 到 6 度區是一項重大決策 , 使我國的抗震設防區占 到大陸國土面積的 60 % 。其中 , 6 度區約占一半。20 多年來在 6 度區發生了多次破壞性地震 , 實際烈度 遠遠超過 6 度 ,甚至達到 8、9 度 , 人員傷亡和財產損失占到所有破壞性地震的 90 %以上。因此 , 在地震預報和地震區劃的科學水平較低的現階段 , 對 6 度 區的建筑進行適當設防十分必要 , 土建造價增加不 多 ,防震減災

22、的效果卻非常明顯。( 2 )抗震設防水準和設防目標由單水準設防過渡到三水準設防 , 提出了“小震 不壞、中震可修、大震不倒 ”的三水準抗震設防目標 , 小震、中 震、大 震 的 重 現 期 分 別 為 50 年、475 年、1641 2475 年 ,對應的烈度差分別是 1155 度 (中震 2 小震 )和約 1 度 (大震 2中震 ) 。三水準設防原則的提 出 ,標志著我國建筑抗震設計理論與實踐基本與國 際先進國家站到同一起跑線上。( 3 )場地劃分和場地土液化判別 對場地劃分為抗震有利、不利和危險地段 , 但是9= N 0 1 + 01125 ( ds -3 ) - 0105 ( dw -N

23、 c r2 ) ( 1 )( 4 )地震荷載引入與場地土條件相關的加速度反應譜 (地震 影響系數 ) 來計算地震荷載 ; 對應三類場地土給出由三條譜加速度曲線組成的設計反應譜 , 對應的反應譜曲線的拐點周期分別為 012 s、013 s和 017 s,長周 期部分的曲線以 1 / T 的規律下降 ( T 為結構自振周 期 ) 。地震影響系數 曲線如圖 1 所示。圖 1 78規范 地震影響系數曲線F ig. 1 D e sign re spon se sp ec tra of Code TJ 1178考慮結構在地震作用下的彈塑性效應 , 采用結構影響系數 C 對彈性計算的地震荷載加以折減 , 結

24、 構底部剪力 (即總水平地震力 )為 :Q0 = C1W( 5 )結構抗震強度驗算 采用安全系數法或容許應力法進行抗震強度驗算。采用安全系數法時 , 安全系數取不考慮地震荷載時數值的 80 % ,但不小于 111;采用容許應力法時 ,容許應力取不考慮地震荷載時數值的 125 % ?？梢?,78 規范 采用的是單一安全系數的截面 設計表達式。安全系數法和容許應力法基本上都是確定性的方法。由于不同結構的材料和受力特性不 同 ,總安全系數 K差異很大 ,經過折減的安全系數同 樣差異很大 ; 材料強度的離散性也很大。這兩種方法均無法考慮地震作用的隨機性以及材料和構件強 度的離散性 , 從而不能真實反映

25、不同結構的抗震安全性。( 6 )抗震構造措施 對磚房、鋼筋混凝土框架房屋和廠房、土木房屋等提出了某些抗震構造措施。其中 , 對超過一定高度的多層磚房提出了構造柱的設計概念和詳細的構 造要求 ,與傳統的圈梁相結合 ,形成對磚砌體加強約 束 ,提高了砌體結構的延性和整體性。構造柱可以說是一個創造性的、具有中國特色的工程抗震技術 ,以較少的代價 , 取得提高砌體結構的抗震能力的顯( 2 )© 1994-2015 China Academic 劃分標準除巖土性狀之外 , 還考慮地形地貌 ; 場地類別分為 I、II、III、IV 四類 , 按場地土平均剪切波速和 覆蓋層厚度雙參數確定 , 比僅

26、按巖土種類劃分更為 科學。場地土的液化采用初判和再判的兩步判別方 法 ,考慮近震和遠震條件下的液化可能性和危害性 , 適用于粉土和砂土兩類土 , 并提出了比較具體的抗 液化措施。再判采用標準貫入試驗判別法 ,地下 15m 深度范圍內液化土標貫錘擊數臨界值改為 :限狀態設計方法 ,取消結構影響系數 C, 而采用多遇烈度下的地震作用 ,即“小震作用 ”,相當于將78 規 范 的設防烈度 (中震 ) 下地震作用乘于各類結構影響系數 C 的平均。應用不同荷載與地震作用效應組 合的多系數表達式為 :S = G CG GE+Eh CEh Ehk +Ev CEv Evk+ww Cw w k( 4 )但是 ,

27、由于各類結構原有的地震影響系數不同和各種構件的安全系數不同 , 導致各類結構和構件 達到“小震不壞 ”設防目標時 , 其承載力極限狀態的可靠度指標與非抗震設計時不同。為此 , 引入結構 構件抗震承載力調整系數 R E 反映這種差異 , 按式( 5 )確定。3 /c= N 0 019 + 011 ( ds - dw ) N c r( 3 )對存在液化土層的地基 ,根據土層深度和厚度 ,以及標貫實測值和臨界值計算液化指數 , 并劃分液 化等級 (危害性 ) 。( 4 )地震作用地震不是一種外加的荷載 , 而是在地震時由于 結構自身慣性力所產生的響應 (內力和變形 ) , 所以 明確地震作用為間接作

28、用 ,不再屬于“荷載 ”的范疇。 場地分類由三類變為四類 , 對應四類場地土、區分遠 震和近震 ,定義反應譜特征周期 Tg , 見表 1。表 1 特征周期值Ta b le 1 C h a ra c te ris tic p e rio d s o f de s ig n sp e c traS R /R E( 5 )由此可見 ,雖然78 規范 是按“中震作用 ”進行抗震驗算 , 但采用結構影響系數 C 對地震作用進行 折減 ,相當于按比中震降低 1 2 度的地震進行承載力驗算 ;而89 規范 則直接取“小震作用 ”(大約為 “中震作用 ”的 0135 倍 ,即降低 1155 度 ) 進行抗震驗

29、算 ,并采用適當反映不同材料結構延性的調整系數R E , 總體上保持了78 規范 各類結構的抗震安全 度水準。這種變化在抗震設計理念上有明顯的改進 ,又基本保持了抗震規范的延續性 ,并使結構抗震安全度略有提高。第一階段抗震設計時 , 要求進行“小震作用 ”下 的結構彈性層間變形驗算 , 并提出結構彈性層間位 移角限值。第二階段抗震設計是為了達到“大震不倒 ”的設 防目標 ,對位于高烈度區的甲類建筑和帶薄弱部位 的結構 ,89 規范 要求進行罕遇地震作用下的彈塑 性變形驗算 ,相應地提出了結構彈塑性位移角限值。89 規范 所提出的兩階段抗震設計是對78 規 范 的重大修改 ,除了在強度驗算時將確

30、定性的設計方法改為基于概率可靠度的設計方法外 , 還增加了變形驗算的內容。( 6 )結構時程分析和輸入地震加速度時程 除采用底部剪力法和振型分解反應譜法之外 ,對于特別不規則的和較高的高層建筑的抗震設計 ,要求采用時程分析法進行補充計算 , 同時對輸入的 地震加速度時程 ,即地震波的選擇提出要求。( 7 )抗震概念設計 有別于靜力作用下的“計算設計 ”,增加“抗震概念設計 ”內容 ,形成獨立的一章“抗震設計的基本要求 ”,對建設選址、建筑體型、結構體系 (包括地震作 用傳力路徑、多道抗震防線、結構承載能力、變形和 耗能能力 ) 、非結構構件以及材料和施工等作了具體規定。場地類別IIIIIIIV

31、近震特征周期 / s遠震特征周期 / s01200125013001400140015501650185相應地給出由 8 條譜加速度曲線組成的設計反應譜 (地震影響系數 ) , 長周期部分 ( T > Tg ) 的曲 線以 ( 1 / T ) 019 的規律下降 ,最長周期定義至 310 s,如圖 2 所示。地震影響系數曲線在長周期部分設定了下限值 012m ax , 對于周期大于 3 s的結構 ,其設計反 應譜要求專門研究。圖 2 89規范 地震影響系數曲線F ig. 2 D e sign re spon se sp ec tra of Code GBJ 1189( 5 )兩階段抗震設

32、計結構抗震設計要求進行小震 (多遇地震 ) 作用下 的截面抗震驗算 (包括承載力和變形驗算 ) 和大震 (罕遇地震 )作用下的抗倒塌變形驗算 , 稱之為兩階段抗震設計。第一階段抗震設計 ,按照 GBJ 68 84建筑結構 設計統一標準 規定 ,采用基于概率可靠度理論的極10( 8 )計算要點和構造措施特別要指出的是 ,89 規范 對不同的結構類型 , 分別單列計算要點和構造措施。例如 , 砌體的受剪 承載力驗算、引入鋼筋混凝土結構的抗震等級、柱軸壓比等 ,在構件受彎、受剪承載力驗算中為實現“強 柱弱梁 ”、“強剪弱彎 ”和“強節點弱構件 ”所采用的 內力調整系數等。( 9 )相關抗震設計規范在

33、89 規范 修訂和實施期間 , 構筑物、水工、水 運、鐵路、公路、冶金、機械、煤炭、化工、石油、電力、電信和各類工業設備的抗震設計規范標準也相繼進 行修訂并頒布實施 , 初步形成了比較完整的抗震設計標準體系。基本上 , 各類工程抗震設計規范在設 防水準、基本原則、場地和地基、地震作用和抗震驗算、構造措施等主要方面 , 基本借鑒了 GBJ 11 89建筑抗震設計規范 的基本思路和規定。2 13 第三階段200 1 規范 1997 年 7 月開始對89 規范 進行修訂 , 并于2001 年 4 月完成報批。2001 年 7 月 20 日建設部批 準并與國家質量技術監督局聯合頒布 GB 50011

34、2001建筑抗震設計規范 ,自 2002 年 1 月 1 日起施行。2001 年 2 月 2 日 , 國家質量技術監督局頒布了 GB 18306 2001中國地震動參數區劃圖 , 于 2001 年 8 月 1 日實施 ,2001 規范 與該區劃圖配套實施。2001 規范 吸取了國內外大地震的震害經驗。 特別是 1995 年日本阪神地震和 1999 年臺灣集集地震提供了大量鋼筋混凝土和鋼結構高層建筑的震害 實例 ; 1996 年中國麗江地震中 ,按照規范設計建造或加固的砌體結構建筑損壞較輕 , 是對89 規范 最好 的檢驗。在此期間 ,美國 UBC 和 IBC、日本 B SL 和歐 洲 Eu r

35、ocode 8 規范的修訂也提供了諸多借鑒。( 1 )適用范圍維持89 規范 規定 , 適用于全國 6 9 度設防 區。應該指出的是 ,自上世紀 90 年代以來 ,在我國 6度發生的幾次大地震中 , 未經抗震設防的農房和老舊建筑 ,大量破壞倒塌 ,而只要采取一定抗震措施的 建筑物 ,震害都較輕?？梢?,對于 6 度區設防的決策 是十分正確和必要的。( 2 )抗震設防水準和設防目標 繼續保持“小震不壞、中震可修、大震不倒 ”的三水準抗震設防目標。( 3 )場地劃分和場地土液化判別 場地分類方法的調整和改進 , 計算土層厚度取20m ,盡量減小不同場地類別劃分的“跳躍 ”, 對斷層的影響和避讓及液

36、化土的處理也作出相應的規定。 場地類別仍分為 I、II、III、IV 四類 , 但場地土平均剪 切波速改用等效剪切波速 , 物理意義更加明確 ; 同時在波速和覆蓋層厚度的邊界附近 (相差 15 %左右 )允許采用插入法計算場地特征周期 Tg。 場地土液化判別增加了 15 20m 范圍的標貫錘擊數臨界值 :3 /c= N 0 ( 214 - 011 dw )( 6 )N c r對于存在液化土層的地基同樣進行液化等級(危害性 )劃分。( 4 )地震作用新的 GB 18306 2001中國地震動參數區劃圖 不再使用地震烈度 I的概念 ,也不再采用遠震和近震區分 ,而采用三個地震分組定義特征周期值 T

37、g。地震動參數用基本地震加速度 A g 和特征周期 Tg 表示 ,分 別給出兩張區劃圖。但是為了規范的延續性和適應 工程應用習慣 , 規范仍然引用抗震設防烈度 I 的概念。烈度 I和設計基本地震加速度 A g 存在一定的對 應關系 ,見表 2。表 3 則給出不同設計地震分組和四類場地所對應的特征周期。表 2 地震烈度 I和設計基本地震加速度 A gTa b le 2 S e ism ic in te n s ity I a n d d e s ig n a c ce le ra tio n地震烈度 I6 度7 度8 度9 度多遇地震 A g / cm·s - 2罕遇地震 A g /

38、cm·s - 235 ( 55 )220 ( 310 )70 ( 110 )400 ( 510 )18140620表 3場地特征周期 Tg Ta b le 3 C h a ra c te ris tic p e rio d Tg 場地類別IIIIIIIV第一組 T / s012501300135013501400145014501550165016501750190g 第二組 Tg / s 第三組 Tg / s注 : 8、9 度罕遇地震作用時 ,特征周期增加 0105 s。相應地給出地震影響系數曲線如圖 3 所示。圖 3 2001規范 地震影響系數曲線F ig. 3 D e sign

39、 re spon se sp ec tra of Code GB 50011 2001與89 規范 相比 ,2001 規范 有如下重要調整與補充 :設計反應譜周期延至 6 s。根據地震學研究和 強震觀測資料統計分析 ,在周期 6 s范圍內 ,可給出比 較可靠的數據 , 基本滿足絕大多數高層建筑和長周 期結構的抗震設計需要。對于周期大于 6 s的結構 , 抗震設計反應譜應進行專門研究。理論上設計反應譜存在兩個下降段 , 即速度11© 1994-2015 China Academic Journal 控制段和位移控制段 ,在加速度反應譜中 ,前者衰減指數為 1 ,后者衰減指數為 2。設計

40、反應譜是用來預 估建筑結構在其設計基準期內可能經受的地震作用 ,通常根據大量實際地震記錄的反應譜進行統計 并結合工程經驗判斷加以規定。為保持規范的延續性 ,設計反應譜在 T 5 Tg 范圍內與89 規范 相同 ,但取消了下限值 012m ax , 而把下平臺改為傾斜段 ,使 T > 5 Tg 后的反應譜值有所下降 ,較符合實際地震加 速度反應譜的統計規律。在 T = 6 Tg 附近 ,2001 規范 反應譜地震影響系數比89 規范 約增加 15 % ,地震作用有所加大。為了與新的地震動參數區劃圖接軌 , 應根據 區劃圖特征周期分區和不同場地類別確定設計反應 譜特征周期 Tg , 即特征周

41、期不僅與場地類別有關 ,而 且還與分區有關 ,同時反映了震級大小、震中距和場 地條件的影響。Tg 分組中的第一組、第二組、第三組 大致反映了近、中、遠震影響。為適當調整和提高結 構的抗震安全度 ,各分區中 I、II、III類場地的特征周 期值較89 規范 約增大了 0105 s。同理 , 罕遇地震 作用時 ,特征周期 Tg 值也適當延長。該處理比較接 近近年來得到的大量地震加速度資料的統計結果。考慮到不同結構類型建筑的抗震設計需要 , 提供了阻尼調整系數 ,以阻尼比為 0105 為標準 ,給出 不同阻尼比 ( 0101 0120 ) 地震影響系數曲線。根據 實際強震記錄的統計分析結果 , 這種

42、調整可分兩段 進行 :在反應譜平臺段 ( = m ax ) , 調整幅度最大 ; 在反應譜上升段 ( T < Tg ) 和下降段 ( T > Tg ) , 調整 幅度變小 ;在曲線兩端 ( 0 s和 6 s) ,不同阻尼比下的 系數趨向接近。表達四段曲線可以表達為 :構任一樓層的水平地震剪力為 :n> GV( 9 )Ek ijj = i其中 ,最小地震剪力系數 應按表 4 取值。表 4 樓層最小地震剪力系數值 Ta b le 4 M in im um ra tio o f s to ry s h e a r fo rc e 最小地震剪力系數結構類別7 度8 度9 度扭轉效應明

43、顯或基本周期小于315 s的結構01016( 01024 )01012( 01018 )01032( 01048 )01024( 01032 )01064基本周期大于 315 s的結構01040( 7 )結構時程分析和輸入地震加速度時程對進行時程分析的結構高度有所提高 (縮小了 需要進行結構時程分析的范圍 ) ,對輸入地震加速度時程要求滿足一定的數量和反應譜特征 , 以計算結構底部總剪力作為評估輸入地震動合理性的標準。( 8 )抗震概念設計抗震概念設計某些規定 , 如建筑平面和立面不 規則性的定義定量化 , 具有更強的可操作性。對于結構計算分析方法、計算機軟件和計算模型等單列一節加以規定。對大

44、震作用下的結構彈塑性計算分 析 , 除動力時程分析法外 , 引入靜力非線性 ( Pu sh2 ove r)方法。鋼筋混凝土結構。擴大適用范圍 , 包括框架、 框 2墻、板柱 2框架、板柱 2墻、筒體和抗震墻等結構類 型 ;重新制定了各種結構類型的抗震等級劃分標準 ; 進行構件截面抗震驗算時的若干系數 , 如 : 強柱系 數、框架梁端剪力增大系數、框架柱和抗震墻剪力增大系數等作了調整 ;在構造措施方面也有若干修改。多層砌體結構。適用范圍有所調整 , 有條件 地放寬了混凝土空心砌塊結構和底部框架 2抗震墻結構的高度限值 ;修改了水平配筋磚砌體的計算公式 ,在構造措施方面也有若干修改和補充。多層和高

45、層鋼結構房屋。新增了多層和高層 鋼結構房屋抗震設計內容。隔震和消能減震設計。新增了隔震和消能減 震設計內容。上升段 : 0145 + 10 (2水平段 : 2m ax- 0145 ) T m ax下降段 : ( Tg / T ) 2m ax傾斜段 : 2 012 - 1 ( T - 5 Tg ) m ax( 5 )兩階段抗震設計維持兩階段抗震設計方法 , 小震作用下的截面 抗震驗算仍采用不同荷載與地震作用效應組合的多系數表達式和引用承載力抗震調整系數 , 只是符號 按照 GB 50068 2001建筑結構可靠度設計統一標準 相應作了改變 ,如式 ( 7 ) 、( 8 )所示。3 建筑抗震設計規

46、范的最新修訂= G S GE +Eh S Ehk +Ev S EvkS R /R E( 6 )樓層最小地震剪力控制+ww Sw k( 7 )( 8 )S311 修訂主要內容按住房和城鄉建設部建標 2006 77 號文件通 知 , 2007 年 7 月對2001 規范 開始修訂 , 2008 年 4 月形成初稿。正準備在全國范圍內征求意見時 , 2008年 5 月 12 日發生了汶川地震 ,修訂工作暫時中斷 ,編制組成員迅速進入災區開展震害調查工作 , 取得大由于地震影響系數反映了加速度反應譜的特征 ,在長周期段下降很快 ,不能反映地震地面運動的 速度和位移在結構上產生的地震作用 , 可能導致高

47、 層建筑和大跨度空間結構的計算地震內力偏小 , 需 要對此進行控制和補償。為此規定抗震驗算時 , 結12量的建筑破壞資料 ,為規范修訂提供依據。汶川地震表明 ,嚴格按照2001 規范 進行設計、 施工和使用的建筑 , 在遭遇比當地設防烈度高一度 的地震作用下 ,沒有出現倒塌破壞 , 有效地保護了人 民的生命財產安全。汶川地震的經驗再次表明 , 1976 年唐山地震后 , 將房屋從 6 度開始抗震設防和按高 于設防烈度一度的“大震 ”不倒塌的設防目標進行抗震設計的決策是正確的。但是震害資料也顯示 , 建 設規劃選址應充分考慮地震斷裂和次生地質影響 , 中、小學校舍和醫院等重要建筑應提高抗震設防類

48、 別 ,各類結構的重要部位和薄弱部位、例如樓梯間等 應予加強 ,結構防止連續倒塌和強柱弱梁設計問題 應予重視等等。根據住房和城鄉建設部落實國務院汶川地震 災后恢復重建條例 的要求 ,在認真總結建筑震害經 驗的基礎上 ,對2001 規范 作了應急的局部修訂 ,于2008 年 7 月 30 日頒布了 GB 50011 2001 ( 2008 版 )建筑抗震設計規范 。局部修訂的修訂內容有 :( 1 )依據地震動參數區劃圖的局部修訂 , 對四 川、陜西、甘肅地震災區的設防烈度予以變更 ;( 2 )增加山區場地建筑抗震設計的專門要求 ;( 3 )從概念設計的角度 ,提出建筑結構體系需要 注意和改進之處

49、 ;( 4 )提高樓梯間抗震安全性的對策 ;( 5 )抗震結構材料性能和施工要求的局部調整 ; ( 6 )增加一定數量的強制性條文。在完成 2008 版局部修訂之后 ,2001 規范 的修 訂工作步入正軌 ,認真吸取汶川地震的震害經驗 , 按要求于 2009 年 12 月完成審查并報批。2008 版和 2009 年修訂基本延續了2001 規范 的主要抗震設計理念和方法 , 如 : 6 度區設防要求、 “小震不壞 ,中震可修 ,大震不倒 ”的三水準設防基本 原則和兩階段設計方法、小震作用下的截面抗震驗算采用不同荷載與地震作用效應組合的多系數表達 式和引用承載力抗震調整系數、以及對樓層最小地 震剪

50、力的控制等保持不變。此外 ,對場地分類和場地土液化判別、地震影響 系數曲線作了微調 ; 小震作用下的截面抗震驗算增 加了以豎向地震為主的效應組合工況 ; 進一步細化 了概念設計和各類結構抗震措施的內容 ; 增加了大 跨度屋蓋建筑、地下建筑和鋼支撐 2混凝土框架和鋼 框架 2混凝土筒體結構、鋼筋混凝土框排架結構和多 層鋼結構廠房抗震設計內容 ; 新增了對有專門要求 的建筑進行抗震性能設計的要求 , 并提供了關于性 能化設計的原則規定和參考指標。具體內容如下 :場地對于不利地段 ,如 : 河岸、坡腳等容易產生滑坡、塌方的地點建設 , 提出了避開要求嚴禁在危險地段建造甲、乙類的建筑 ,不應建造丙類建

51、筑。對于發震 斷裂規定了建筑物的最小避讓距離。如確有必要在避讓距離內建造分散的、低于三層的丙、丁類建筑 時 ,應提高一度采取抗震措施 ,并不得跨越斷層線。邊坡設計 山區建筑場地應設置符合抗震設防要求的邊坡工程 ,并與邊坡保留一定距離 ,避免次生地質災害。場地劃分和液化判別進一步細化場地類別 , 區分波速 vs > 800m / s的 “硬質巖石 ”和波速 vs = 500 800m / s 的“軟質巖 石 ”,將 I類場地分為 I0 和 I1 兩個亞類。初勘階段波 速測試孔數量改為不少于 3 個。場地類別按表 5 劃 分。表 5 各類建筑場地覆蓋層厚度Ta b le 5 C o ve r

52、in g so il th ickn e s s o f co n s truc tio n s ite s巖石的剪切波速或土的等效剪切波速m / s - 1場地類別I0I1IIIIIIVvs > 8000< 5m5m> 50m0800 vse500 vse250 vse> 500> 250> 150< 3m 3 50m vse 150 < 3m 3 15m 15 80m > 80m場地土液化判別時 , 選用對數形式來表示標貫錘擊數臨界值隨深度的變化 , 并引進與設計地震分 組相關的調整系數 。在地面下 20m 深度范圍內 ,標 準貫入錘擊

53、數臨界值按式 ( 10 )計算。= N 0 ln ( 016 ds + 115 )3 /c( 10 )- 011 dw N c r增補了 8 度 ( 0130 g ) 和 9 度時飽和粉質粘土的震陷判別方法及相應的處理對策。312 抗震設計基本要求 ( 1 )建筑規則性 對不規則的建筑應采取加強措施 ; 特別不規則的建筑應進行專門研究和論證 , 采取特別的加強措 施 ;嚴重不規則的建筑方案則不允許采用。( 2 )預制裝配式結構的整體性裝配式結構構件 ,例如混凝土預制板的樓、屋蓋 應從樓蓋體系和連接構造上采取措施 , 保證結構的整體性。( 3 )樓梯間汶川地震中 ,由于樓梯間倒塌破壞 , 人員傷

54、亡嚴 重。因此 ,結構整體計算中應考慮樓梯構件的影響 , 以及樓梯構件本身的地震作用效應 , 防止樓梯構件 破壞倒塌 ;同時應加強樓梯間填充墻的連接構造 , 防 止墻體塌落。樓梯間應設計成為“安全島 ”。13© 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ( 4 )防震縫建筑物是否設置防震縫 , 應根據建筑布置的不 規則程度和特點確定。如果設置 ,應留有足夠寬度 , 防止地震時碰撞 ,引起結構主體破壞。( 5 )非結構構件 充分估計框架結構圍護墻和隔墻對結構主體可能產生的不利影響 ,加強構造措施 ,避免墻體倒塌。3 13 地震作用和結構抗震驗算( 1 )地震作用仍按 GB 18306 2001中國地震動參數區劃圖 所定義的基本地震加速度 A g 和三個設計地震分組定 義的特征周期值 Tg 確定地震動參數。為配合建筑抗震性能設計 , 補充了對應于設防 烈度 (中震 )的地震動參數。還補充規定 6 度