地震作用和抗震驗(yàn)算新規(guī)定

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1、第七講地震作用和抗震驗(yàn)算新規(guī)定王亞勇賴明呂西林李英民楊溥郭子雄（一）新的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的主要特點(diǎn)1、89規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的主要特點(diǎn)89規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜、即地震影響系數(shù)曲線，是根據(jù)大量實(shí)際地震加速度紀(jì)錄的反應(yīng)譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的綜合結(jié)果?？拐鹪O(shè)計(jì)反應(yīng)譜通常用三個(gè)參數(shù)：最大地震影響系數(shù)αmax、特征周期Tg和長周期段反應(yīng)譜曲線的衰減指數(shù)γ來描述。而且不同阻尼比條件下的反應(yīng)譜曲線也是不同的，89規(guī)范提供了考慮近、遠(yuǎn)震和不同場地條件下阻尼比為5%的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，其最長周期為3秒。應(yīng)該說，89規(guī)范的設(shè)計(jì)

2、反應(yīng)譜基本適應(yīng)了我國八、九十年代工程建設(shè)抗震設(shè)防的要求，除房屋建筑外，各類工程設(shè)施及構(gòu)筑物均參照它提出類似的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。2、加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜用于抗震設(shè)計(jì)的局限性（1）強(qiáng)震地面運(yùn)動長周期成分的存在地震學(xué)研究和強(qiáng)震觀測證明，強(qiáng)震情況下，地面運(yùn)動確定存在長周期分量，其周期可以長達(dá)10秒甚至100秒，地震震級從5級到8級，其譜值在10秒周期處最大相差不超過50倍，在100秒周期處，不超過250倍。在震級M>5時(shí)，周期在3秒以內(nèi)，信噪比已經(jīng)大到可以滿足工程使用要求了。同時(shí)還證明，譜曲線至少存在二個(gè)拐角周期。如圖1和表1所

3、示。圖1不同震級下強(qiáng)震地面運(yùn)動福里葉振幅譜19表1不同震級下強(qiáng)震地面運(yùn)動福里葉振幅譜值(in/s)震級M45678噪聲周10.41.57.020.040.00.1期10-0.23.07.08.01.0(S)100-0.020.95.07.0-注：噪聲指在強(qiáng)震加速度記錄數(shù)據(jù)處理過程中引入的長周期誤差研究表明，地震動長周期分量與震源規(guī)模、震源距有關(guān)，由此可以推出與震級、烈度的關(guān)系，從而建立起具有工程實(shí)用意義的關(guān)系來。見公式(1)PSV=f1(M,R,T)=f2(L,W,R,T)(1)=f3(I,R,T)式中：PSV

4、為擬速度反應(yīng)譜，M為震級，R為震源距，L為斷層長度，W為斷層寬度，I為烈度，T是反應(yīng)譜周期。（2）現(xiàn)有強(qiáng)震加速度記錄中長周期成份的損失由于強(qiáng)震儀頻率響應(yīng)范圍的限制無法記錄到超過10秒以上的地面運(yùn)動成分，在超過5秒以上的成分中也存在失真，而且在對加速度記錄進(jìn)行誤差修正時(shí)將數(shù)字化過程零線修正所產(chǎn)生的噪聲濾出的同時(shí)也將地面運(yùn)動長周期分量濾去了。（3）關(guān)于加速度反應(yīng)譜長周期段的二次衰減反應(yīng)譜理論證明，加速度反應(yīng)譜曲線存在三個(gè)控制段，分別是：加速度、速度和位移控制，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜“平臺段”是加速度控制段，速度控制段以1/T形

5、式衰減，位移控制段則以1/T2形式衰減。這已成為地震工程界共同認(rèn)可的常識。但是真正實(shí)用起來遇到問題，即長周期段的譜值太小，對抗震設(shè)計(jì)沒有控制作用。為此，各國規(guī)范對此均作了不同程度的修正。且不說這種修正在理論上能否站得住腳，就是在工程實(shí)際應(yīng)用中起多大作用？是否合理？也是值得商榷的。見圖2中國、美國、歐洲規(guī)范反應(yīng)譜比較。圖2考慮長周期分量的加速度反應(yīng)譜19（4）高層、大跨和巨型建筑對地震加速度反應(yīng)的滯后和遲鈍周期大于3秒的超大型建筑物和工程設(shè)施、工業(yè)設(shè)備對于短脈沖型的加速度地面運(yùn)動，盡管加速度峰值很高，但由于周期很

6、短，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)相對遲鈍和滯后。對于此類長周期結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)的是地面運(yùn)動長周期成分與結(jié)構(gòu)的共振作用。在這種情況下仍用現(xiàn)行的加速度設(shè)計(jì)反應(yīng)譜進(jìn)行抗震驗(yàn)算顯然是力不從心了。（5）關(guān)于不同阻尼比的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜不同的建筑結(jié)構(gòu)類型具有不同的結(jié)構(gòu)阻尼，對于普通的鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)通常取結(jié)構(gòu)阻尼比為5%，鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比要小，一般取2-3%，而采用隔震或消能減震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)阻尼比則高于5%，有的可高達(dá)10%以上。其他構(gòu)筑物如橋梁、工業(yè)設(shè)備、大型管線等也具有不同的阻尼。因此，89規(guī)范所采用的阻

7、尼比為5%的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜不能滿足抗震設(shè)計(jì)的需要。（一）最小水平地震力的控制由于地震影響系數(shù)在長周期段下降較快，對于基本周期大于3s的結(jié)構(gòu)，由此計(jì)算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu)，地震地面運(yùn)動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大影響，但是規(guī)范所采用的振型分解反應(yīng)譜法尚無法對此作出估計(jì)。出于結(jié)構(gòu)安全的考慮，增加了對各樓層水平地震剪力最小值的要求，規(guī)定了不同烈度下的剪力系數(shù)，結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)應(yīng)據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否一般可由考慮耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法分析結(jié)果判斷，例如前三個(gè)振型中，

8、二個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)為同一個(gè)量級，即存在明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于3.5秒的結(jié)構(gòu)，剪力系數(shù)取0.2amax，保證足夠的抗震安全度。這樣處理，相當(dāng)于89規(guī)范對長周期結(jié)構(gòu)最小地震作用的控制。對于存在豎向不規(guī)則剛度突變的結(jié)構(gòu)，在較弱的樓層，尚應(yīng)再乘以1.15的系數(shù)。在進(jìn)行鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算時(shí)，一般運(yùn)用結(jié)構(gòu)底部總剪力與結(jié)構(gòu)總重量之比，即底部剪力系數(shù)（習(xí)慣上稱