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對廣東省新高規一些疑問的解答
華南理工大學建筑設計研究院有限公司 , 方小丹
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廣東省標準《高層建筑混凝土結構技術規程》(DBJ/T 15-92-2021)于2021年6月開始實施,至少已有超過130個超限高層建筑工程項目采用該新高規進行設計,《建筑結構》特邀新高規主編單位華南理工大學建筑設計研究院有限公司首席總工程師、全國工程勘察設計大師、《建筑結構》編委方小丹就其實施過程中的一些疑難問題進行答惑解疑。
內容如下
Q1:已經生效的《建設工程抗震管理條例》16條規定:“位于高烈度設防地區、地震重點監視防御區的新建學校、幼兒園、醫院、養老機構、兒童福利機構、應急指揮中心、應急避難場所、廣播電視等建筑應當按照國家有關規定采用隔震減震等技術,保證發生本區域設防地震時能夠滿足正常使用要求。”廣東省新高規如何執行?
保證發生本區域設防地震時能夠滿足正常使用要求,即要求“中震不壞”。按條例16條規定,8度及以上高烈度設防區的上述工程,應采用隔震減震技術。
對7度及以下的上述乙類工程,依據廣東省新高規進行設計時,可設定結構抗震性能目標為B級,設防地震(中震)、罕遇地震(大震)作用下構件的性能水準分別為2、3;也可設定結構抗震性能目標為C級,中震、大震作用下構件的性能水準分別為3、4,抗震構造等級按設防烈度提高1度采用。
廣東省新高規中,設防烈度地震作用下,構件承載力不小于地震作用效應組合,表明“中震不壞或中震基本不壞”,可“保證發生本區域設防地震時能夠滿足正常使用要求。”
一般來說,6度及7度(0.1g)Ⅰ、Ⅱ類場地的建筑地震力較小,不增加或少增加投資就可滿足B級性能目標的要求,因而可設定性能目標為B級,此時可按設防烈度確定抗震構造等級;7度(0.1g)Ⅲ、Ⅳ類場地及7度(0.15g)時,地震力較大,可設定性能目標為C級,抗震構造等級按設防烈度提高1度采用。
對8度及以上、非上述的乙類工程,如面積超過17000平方米的商場,也可采用抗震設計,抗震性能目標可定D級,抗震構造等級按設防烈度提高1度(特一級)采用。條件合適時,鼓勵采用隔震減震技術。
2022年8月25日,廣東省住房和城鄉建設廳發布《廣東省住房和城鄉建設廳關于貫徹落實〈建設工程抗震管理條例〉加強房屋建筑和市政基礎設施工程抗震管理的通知》規定:“對高烈度設防地區、地震重點監視防御區的新建學校、幼兒園、醫院、養老機構、兒童福利機構、應急指揮中心、應急避難場所、廣播電視建筑,應當按照國家有關規定采用隔震減震技術或提高抗震性能目標等措施。”這就給了高烈度設防地區上述工程的設計多一種選擇:提高抗震性能目標,采用抗震設計。具體來說,8度及以上的上述工程,抗震設計時的性能目標提高為C級,同時,抗震構造措施按9度考慮,即按特一級采用。
Q2:采用廣東省新高規的抗震設計譜計算長周期結構的傾覆力矩偏小,為什么?
不是采用廣東省新高規抗震設計譜計算長周期結構的傾覆力矩偏小,而是采用《抗規》抗震設計譜計算的傾覆力矩偏大。
現行《抗規》抗震設計譜存在以下缺陷:
1)與場地類別無關的地震影響系數最大值,有悖于軟土場地上結構地震反應大于硬土場地上地震反應的一般規律。
2)基于絕對加速度譜構建的抗震設計譜不能通過擬譜關系獲得物理意義明確、合理的抗震設計速度譜和位移譜。
3)反應譜長周期段由于人為調整,與地震動的統計特性不符,導致加速度反應譜對應的功率譜和位移譜在長周期段異常,也導致長周期結構的計算地震響應(力和位移)偏大。
4)設計譜特征周期取值的大小控制設計譜平臺段、第一、二下降段的窄寬,對長周期建筑結構的地震作用取值比較敏感,過去基于模擬強震記錄獲得偏少的地震記錄,可能造成設計譜長周期段特征點取值的偏差。
5)隔震和消能減震建筑設計納入規范,可顯著增加結構的阻尼比;但反應譜長周期區段出現了高阻尼比反應譜值大于低阻尼比反應譜值的反常情況。阻尼比較大的地震影響系數衰減速率明顯低于阻尼比較小的地震影響系數的衰減,不符合工程中不同阻尼比結構的地震動衰減關系。
4種抗震設計譜的比較如圖1(a)所示,在長周期段(約T>4.5s)地震影響系數值不同,日本規范譜最大,中國規范譜和美國規范譜次之,廣東省新高規設計譜(以下統稱設計譜)最小;T>7s之后,日本規范譜值與中國規范譜值基本相當甚至略小,廣東省新高規設計譜值與美國規范譜值基本相當;總體的趨勢均是隨振動周期增大而衰減,衰減指數不同。由擬譜關系(Sd=Sα/ω2)得到的位移系數譜(圖1(b))在長周期段出現了顯著的差異,美國規范位移系數譜(T>6s)和廣東省新高規設計位移系數譜(T>3.5s)隨周期增大保持不變,而日本規范和中國規范的位移系數譜隨周期增大顯著增大。
(a) 地震影響系數譜
(b) 位移系數譜
圖1 抗震設計譜比較
在長周期段,位移譜隨周期增大而顯著增大是不符合位移譜衰減統計特征的,即結構自振周期達到某一值時,相對位移譜并不隨自振周期增大而增長,在極長周期處應等于地震動地面位移的最大值。功率譜則表示地震動能量在不同周期處的分布密度,實際上反映了地震動對結構的能量輸入。因此,隨結構自振周期的增加,輸入能量應逐漸衰減,周期趨近無窮大時相應的輸入能量應趨近于零,結構趨于靜止。從《抗規》加速度反應譜求出的功率譜在長周期段則相反,能量分布密度隨著周期的增大而增大。研究表明,《抗規》反應譜長周期段有人為調整,改變了地震動的特性,導致加速度譜對應的位移譜和功率譜在長周期段異常,如圖2所示。
圖2 《抗規》反應譜對應的功率譜
采用絕對加速度譜來標定抗震設計譜,必然導致長周期段不同阻尼比譜曲線交叉的不合理現象,如圖3所示。
圖3 《抗規》不同阻尼比地震影響系數曲線
人為提高長周期段的譜值、人為加大低階振型的地震剪力,是導致長周期結構計算傾覆力矩偏大的主要原因。以下通過算例來做進一步的說明。
抗震設計譜是基本相同條件下大量地震動反應譜的最有代表性統計平均曲線,基于設計反應譜分析的結構響應比實際響應可能偏大。為衡量反應譜分析結果的合理性,采用兩組地震動的時程分析結果作為比較。分別選用汶川地震動和東日本地震動記錄各8條,兩組地震動記錄均富含長周期分量,按中國規范8度區多遇地震的設計加速度(a=70gal)進行彈性動力時程分析。
原始地震記錄信息如表1所示,經過零線修正和帶通濾波處理,低頻截止頻率0.05Hz,東日本地震動記錄對應的場地條件是按中國規范的場地分類標準確定。為保留頻譜特征,只進行簡單的加速度峰值縮放,通過反應譜分析,兩組地震動記錄的平均加速度反應譜和位移反應譜如圖4所示,從圖中平均位移反應譜可看出,所選用的地震動記錄長周期分量較豐富。
(a) 加速度反應譜
(b) 位移反應譜
圖4 地震動記錄反應譜
通過兩個超高層實際工程結構算例,分析按圖1(a)所示的中國規范、美國規范設計譜以及廣東省新高規設計譜的反應譜分析結果與彈性動力時程分析結果的差異,其中振型分解反應譜分析采用SRSS組合;結構三維視圖如圖5所示,結構模型1為深圳奧園國際中心,地面以上結構高200.5m,48層結構;結構模型2為貴陽國際金融中心,地面以上結構高380m,80層結構。
(a) 結構模型1 (b) 結構模型2
圖5 算例結構模型
結構系統阻尼比均設定為0.05,結構模型1考慮30個振型參與計算,振型質量參與系數96%;結構模型2考慮60個振型參與計算,振型質量參與系數92%。兩個結構模型的前6階振動周期如表2所示。
下列各圖中,除異常的紅色線有標識外,每組3條曲線從左至右的阻尼比分別為0.2、0.1、0.05。
(a) 樓層剪力比較
(b) 傾覆力矩比較
(c) 層間位移率比較
(d) 側向位移比較
圖6 結構模型1(Y向)
(a)樓層剪力比較
(b) 傾覆力矩比較
(c) 層間位移率比較
(d) 側向位移比較
圖7 結構模型2(X向)
為方便比對,兩結構模型分別采用我國《抗規》、美國規范UBC1997、歐洲規范Eurocode 8和廣東省新高規的反應譜分析(阻尼比5%)所得樓層剪力和傾覆力矩如圖8、圖9和表3、表4所示。
(a)樓層剪力比較
(b)傾覆力矩比較
圖8 結構模型1
(a)樓層剪力比較
(b)傾覆力矩比較
圖9 結構模型2
Q3:歐、美規范的抗震設計方法與廣東省新高規的方法有什么不同?
歐、美等國家抗震設防采用的最大地面加速度與我國大致相同。美國以最大考慮地震(Maximum considered earthquake)地面加速度的2/3作為設計地震的地面加速度,與美國西部50年超越概率10%的地震動相當。通過強柱弱梁、強剪弱彎等的設計要求和抗震構造獲得設計需求的延性能力以及考慮結構、材料等的超強,得到不同的地震反應修正系數R,形成不同R-μ組合。地震力直接與結構的延性以及結構、材料的超強掛鉤,如UBC1997設計地震基底剪力:
采用上述基于設防烈度地震和R-μ-T原則的抗震設計方法不存在我國規范按小震設計的一系列缺點。在結構抗震概念上能反映結構形式、結構體系、結構規則性、結構塑性變形能力、耗能能力、結構超強程度等許多因素的影響。地震反應修正系數(地震力折減系數)R或性能系數q(Europe 8采用的地震力折減系數)綜合反映了結構整體抗震能力的本質,與結構在設防烈度地震作用下進入彈塑性狀態的實際情況相對應。
但存在如下問題:
1)利用結構的超強、延性折減地震力,折減的幅度還比較大,有至1/5~1/8者,表明結構已屈服、明顯進入彈塑性,但又用彈性設計譜、振型分解法進行結構地震反應分析,邏輯上有缺陷。
2)對多自由度結構而言,沿高度方向結構各層的延性需求分布并非均勻,一般來說,底部最大,中部較小,由于高階振型的影響,上部又較大。與單自由度結構不同,地震力與結構延性沒有準確的一一對應關系,不容易以一個簡單的系數來概括。
3)各種結構體系的延性是有差別的,但與結構構成、設計、構造的關系很大,結構千變萬化,規范較難做歸并,區分比較粗糙,因而更多是經驗性的,而我們缺乏這方面的經驗。
4)結構的塑性變形是不可恢復的變形,利用結構的延性對地震作用做過多的折減,將導致震后結構存在過量不可恢復的變形,修復難度和成本增加。
廣東省新高規DBJ/T 15-92-2021直接采用設防烈度地震(中震)進行結構構件的抗震承載力驗算。在原《規程》基于性能水準的設計表達式的基礎上,引入明顯進入彈塑性的C、D級性能目標結構的地震力折減系數c,規定丙類建筑的最低性能目標,提出基于抗震性能的設計表達式:
表達式的特點:
1)效應為豎向荷載與中震作用效應組合標準值,不包括風荷載。
2)抗力為材料強度標準值計算的承載力標準值,取消了抗震承載力調整系數γRE以及與抗震等級相關的各種內力增大系數。
3)采用允許應力法(ASD)設計,承載力利用系數ξ的倒數即為安全系數K;安全系數的高低間接表達不同性能水準結構構件在地震中的損傷程度。
4)以重要性系數η調整地震中對結構安全貢獻不同的構件安全度;柱較重要,地震效應不折減或略有增加;梁端受彎屈服對結構安全影響較小,汶川地震中大部分塑性鉸出現在柱端而不在梁端,表明梁端截面由于材料及樓板的作用而超強,有必要降低其受彎承載力。一般情況下,框架梁端η可取0.5。
5)壓剪和彎拉承載力利用系數的不同取值結合構件重要性系數、豎向荷載作用下梁端彎矩的調幅,可自動實現結構抗震設計要求的強柱弱梁、強剪弱彎。一般情況下,豎向荷載作用下框架梁端的彎矩調幅系數可取0.7~0.8。
6)引入地震力折減系數c。可理解為設防烈度地震作用下結構構件非彈性剛度的影響。
取消與抗震等級相關的內力增大系數,相應地將抗震等級改為抗震構造等級,與原《規程》的抗震構造措施基本保持一致。抗震構造等級一、二、三級表達高延性、中等延性、低延性構造,大致對應于美國規范的特殊、中等、普通三個等級。不同的是,延性的高低不直接與地震力的折減程度相關,而作為結構塑性內力重分布能力高低的衡量。以上各大震性能水準所對應的抗震構造等級,第5水準不應低于一級,第4水準不應低于二級,第3水準不應低于三級,第2水準不應低于四級。
美國的抗震設計規范除了考慮結構剛度退化外,還利用結構延性和超強折減設防烈度地震的地震力。廣東省新高規不利用結構延性折減地震力,豎向抗側力構件的設計也不利用結構超強,僅水平構件的受彎承載力適度考慮結構超強以利于強柱弱梁、強剪弱彎機制的實現,這是與美、歐抗震規范最大的區別,也表明廣東省新高規的設計方法較之歐美設計規范偏于保守,有進一步改進的空間。地震高烈度區應采用高延性構造,低烈度區可采用較低延性構造,原則大致相同。廣東省高規更多考慮的是保證結構在罕遇地震作用下的延性。
Q4:一般情況下,廣東省新高規不驗算大震作用下構件的承載力,僅驗算結構豎向構件的受剪截面,為什么?
參考美國規范的做法。美國采用一階段、一水準的建筑抗震設計方法,不計算大震作用下的結構構件承載力。如UBC1997設計地震基底剪力:
The total design base shear need not exceed the following:
式中:2.5為動力放大系數最大值;Cv、Ca為地震系數,對場地地面運動加速度的定量估計,與場地類別相關,B類場地與我國設防烈度地震(中震)相當;I為建筑重要性系數,一般建筑I=1,重要、特別重要建筑I=1.25、1.5;W為建筑物恒荷載,計入倉儲使用活載的25%以及雪載(大于1.44kN/m2時,可折減);R為地震力折減系數,主要考慮結構的延性和超強,與結構體系相關,一般的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構R=5.5,高延性的特殊抗彎框架R=8.5。
由上式可知,對于一般建筑,考慮結構延性和超強的地震力折減之后,依美國規范確定的設計地震力可以比我國《抗規》的“小震”還小。
那么,廣東省新高規不進行罕遇地震彈塑性計算,能保證結構在罕遇地震下滿足預期的性能目標嗎?
A級,中震性能水準1,大震性能水準2:
中震作用下構件承載力驗算時壓剪、拉彎的安全系數K分別為1.65、1.45。
大震作用下考慮材料的超強系數1.25,普通受壓豎向構件的安全系數約為1.65×1.25=2.06。
關鍵構件的安全系數約為2.06×(1.05~1.15)=2.16~2.37。
受彎水平構件的安全系數約為1.45×1.25=1.8。
大震的彈性地震力約為中震的1.5~2倍,可滿足性能水準2關鍵構件和豎向構件無損壞、耗能構件輕微損壞,結構宏觀“基本完好、輕微損壞”的預期目標。
B級,中震性能水準2,大震性能水準3:
中震作用下構件承載力驗算時壓剪、拉彎的安全系數K分別為1.5、1.3。
大震作用下考慮材料的超強系數1.25,普通受壓豎向構件的安全系數約為1.5×1.25=1.88。
關鍵構件的安全系數約為1.88×(1.05~1.15)=1.97~2.16。
受彎水平構件的安全系數約為1.3×1.25=1.63。
C級,中震性能水準3,大震性能水準4:
中震作用下構件承載力驗算時壓剪、拉彎的安全系數K分別為1.35、1.2。
大震作用下考慮材料的超強系數1.25,普通受壓豎向構件的安全系數約為1.35×1.25=1.69。
關鍵構件的安全系數約為1.69×(1.05~1.15)=1.77~1.94。
受彎水平構件的安全系數約為1.2×1.25=1.5。
D級,中震性能水準4,大震性能水準5:
中震作用下構件承載力驗算時壓剪、拉彎的安全系數K分別為1.2、1.0。
大震作用下考慮材料的超強系數1.25,普通受壓豎向構件的安全系數約為1.2×1.25=1.5。
關鍵構件的安全系數約為1.5×(1.05~1.15)=1.56~1.73。
受彎水平構件的安全系數約為1.0×1.25=1.25。
大震性能水準5對應的抗震構造等級不低于一級,屬高延性構造,結構延性系數遠大于3;罕遇地震作用彈性地震力約為設防烈度地震的1.5~2倍,水準4的構件中震驗算時地震力折減系數0.7,相當于罕遇地震力折減了2/0.7=2.86倍<3倍,可滿足罕遇地震作用下關鍵構件中度損壞,部分豎向構件嚴重損壞,耗能構件嚴重損壞,結構宏觀“比較嚴重損壞”的預期目標。
較復雜的結構可通過大震彈塑性分析復核預設的結構性能目標。
美國規范Building code requirements for structural concrete: ACI 318-19、Minimum design loads for buildings and other structures: ASCE/SEI 7-22等明確混凝土結構的抗震超強系數為2.5~3.0。考慮結構實際存在的超強和延性,可以解釋大部分震害調查和大震彈塑性分析的結果,即結構在地震中的實際表現往往比預期達到的性能目標更理想。
Q5:廣東省新高規規定計算地震作用效應時連梁的剛度折減系數不大于0.3,為什么?
參考美國Guidelines for Performance-Based Seismic(2.03)規定:連梁剛度的折減系數為0.07(l/h)≤0.3,l/h為連梁的跨高比。
混凝土梁受彎開裂后,梁的彎曲剛度有較大幅度的下降。在強烈地震作用下連梁受彎屈服,則梁的地震剪力不隨地震作用的增大而增大,保證了連梁的強剪弱彎;與此同時,結構的剛度退化,地震力減小;按較小的約束彎矩設計剪力墻,也增加了剪力墻的安全度。
Q6:在設防烈度地震作用下,如何考慮結構剛度的退化?
強烈地震作用下,結構剛度有不同程度的退化。采用彈性剛度進行計算,將導致計算地震力偏大。
美國《房屋建筑混凝土結構規范》(ACI 318-05) 10.11.1條規定,計算地震力時對梁、柱、墻的彈性剛度進行折減:柱:0.7,剪力墻:0.7(未開裂),0.35(開裂)。
的確,由于未考慮中震作用下結構非彈性剛度的影響,計算地震力偏大。但如果對豎向構件剛度折減,折減系數的大小還要確認構件是否開裂,則實際操作比較困難,需要反復迭代。先是按不開裂的折減系數,一輪計算下來,發現有些構件開裂,調整折減系數,剛度小的受力較小,發生內力重分布,其他原來不開裂的由于受力增大,開裂了,又要再調整系數,重新計算。
在這些過程中,可能由于結構整體剛度的降低而總的地震力減小,構件之間由于相對剛度的不同而內力重分布,所進行的已經是粗糙的彈塑性分析。實際上,結構千變萬化,即便開裂,也有程度之分,有些嚴重,有些輕微,結構剛度退化的程度不同,就算美國Guidelines for Performance-Based Seismic(2.03)構件剛度的折減系數,其實也十分粗略。因此,用同樣粗略的地震力折減系數c考慮非彈性剛度的影響,效果大致相同,操作更為簡便。
Q7:第3、4性能水準結構,設防烈度地震、罕遇地震的地震力折減系數c取值相同,合理嗎?
不合理。
抗震性能目標為C、D級的結構在大震作用下的反應需采用彈塑性分析方法,所謂“等效彈性”方法其實并不等效,無法考慮強烈地震作用下結構構件剛度退化程度不同、內力重分布的實際情況。考慮到大震作用下構件的彈塑性內力計算的復雜性和不確定性,驗算受剪截面時也可采用簡化方法:地震作用方向的地震剪力由該方向剪力墻的總截面面積抵抗,大震彈塑性剪力可按彈性計算的地震剪力乘以地震力折減系數,第3、第4性能水準的折減系數分別取0.85、0.70,與中震相同。通常高層建筑的抗震承載力由壓彎控制而不是受剪控制,且驗算時可采用材料強度極限值的平均值,受剪截面不滿足要求的情況罕見。驗算時也可采用彈塑性靜力或動力分析得到的地震彈塑性剪力。
Q8:大震時,結構已經進入非線性狀態,內力重分布使得結構的大震變形和內力分布與中震有本質的區別。使用等效彈性方法驗算大震的斜截面剪切承載力并不合理。目前一些商用計算程序如perform-3D等能直接提取構件的彈塑性內力,能否直接用于構件的承載力驗算?
反應譜法盡管有局限性,但其優點是顯然的,是迄今為止世界上主流的抗震設計方法。反應譜是單質點彈性體系在地震動作用下的最大反應,抗震設計譜是大量單質點體系彈性反應譜的平均譜,是“最大反應的平均”,且結構各周期點的最大反應并不同時發生。近年來的震害調查表明,正常設計、正常施工的鋼筋混凝土結構經歷了設防地震甚至比設防烈度高3、4度地震的考驗,嚴重損壞、倒塌的甚少。這表明在強烈地震中,結構的各種積極因素被動員起來,包括結構構件的承載力安全度儲備、結構延性、材料超強、結構超強、非結構構件(磚填充墻等)的實際結構作用、結構與地基的相互作用等等。其中有些因素目前的非線性彈塑性分析尚難以考慮。
非線性彈塑性方法的最大缺點是其不確定性,地震動輸入的不確定、材料本構、屈服準則的不確定,結構損傷程度評估標準的不確定等等。結構反應高度依賴于地震動輸入的頻譜特性,實際工程中,不同的地震波,結構的基底剪力相差幾倍的情況常見。一個構件,雖然程序可以提取內力,但要提取那一條地震波的內力?是平均還是取最大?不論平均還是最大,理論上都是不正確的。基于以上原因,現階段非線性分析還只能用于結構在大震作用下宏觀表現的評價,用于構件設計還要慎重,有較高水平的設計人還是少數,一旦放開,后果難以估計。
Q9:地震高烈度區的一般結構在設防烈度地震作用下已明顯進入彈塑性。是否允許使用非線性分析的結果來進行構件的承載力設計?
不允許。考慮到非線性分析的不確定性、離散性較大,進行設防烈度地震下的結構構件承載力校核或設計時,有確定的方法才不會引起不易驗證的爭議而導致混亂。
Q10:廣東省新高規僅控制地震作用的底部剪力系數是否滿足要求,不控制樓層剪力系數,為什么?
依據建筑結構抗震設計的基本概念,參照美國相關抗震設計規范的做法。
底部剪力系數反映輸入地震動的大小,具有明確的物理意義。但樓層剪力系數并不具備此物理意義。結構某一層的水平剪力小,是結構自身的動力特性使得該層的慣性力小。若底部剪力系數能滿足限值的要求,則表明結構已經承受了規定的最小地震作用,那么,就不應該放大某層的地震作用。如底部剪力系數不能滿足限值的要求,則各層的地震剪力均按比例放大,剪力的分布才符合結構自身的動力特性。
Q11:長周期結構有較多樓層的地震剪力不滿足剪重比要求,是不是表明結構的剛度偏小?
不是。
是基底最小剪力系數偏大。最小剪力系數的規定參考了美國相關規范。人為規定的最小剪力系數與結構剛度無關。
廣東省新高規的抗震設計譜以擬加速度譜(位移譜)標定。對長周期結構,如出現彈性恢復力fs(t)小于滯回恢復力fp(t)較大的情況,采用擬加速度譜進行抗震設計可能導致地震作用取值偏小。在這個意義上,也可以認為最小剪力系數是采用擬加速度譜對長周期結構進行抗震設計時,因擬加速度譜忽略了結構固有阻尼力fd(t),增大了滯回恢復力fp(t)的影響,為保證結構安全而采取的設計措施是必要的。對此問題的詳細說明可見參考文獻[4]。
Q12:廣東省新高規3.4.4條規定:“建筑結構平面布置應避免或減少結構整體扭轉效應,并符合以下要求:高層建筑的扭轉位移比不宜大于1.35,不應大于1.65”,是不是意味著扭轉位移比不大于1.35時可不計超限項?
不是。什么情況算超限、什么情況要審,不是技術問題,是建設行政管理問題,審查過程才講技術。有這樣的情況:扭轉位移比1.3,屬超限;但按廣東省高規,考慮5%的偶然偏心或雙向地震作用,結構構件滿足承載力要求,樓層相對扭轉角滿足要求,無需采取其他措施。
Q13:采用廣東省新高規進行設計,還需要執行抗震等級等強條嗎?
廣東省新高規依據GB18306《中國地震動區劃圖》、GB50223《建筑工程抗震設防分類標準》、GB50011《建筑抗震設計規范》確定抗震設防標準,所采用的基于性能水準和設防烈度地震的抗震設計方法與行業標準JGJ3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》中的小震設計方法完全不同。行標JGJ3-2010、《建筑與市政工程抗震通用規范》中與小震設計相關的條文、強制性條文包括構件設計承載力表達式、抗震等級、樓層最小剪力系數等適用于小震設計,不適用于廣東省新高規的中震設計,因而采用廣東省新高規時不需要執行不適用的條文、強條。比如,廣東省新高規的最小剪力系數約為《建筑與市政工程抗震通用規范》的2倍以上,采用廣東省新高規進行抗震設計時,就只能采用廣東省新高規規定的最小剪力系數。
廣東省新高規采用“兩階段、兩水準”的抗震設計方法,結構滿足中震承載力要求即可滿足小震不壞。《建設工程抗震管理條例》“鼓勵建設單位高于抗震設防標準進行建設”。業主和設計人可按廣東省新高規的規定,依據建筑物重要性,震后維修、重建的費用,地震發生的風險等因素選擇合適的抗震性能目標。“小震不壞,中震可修、大震不倒”是廣東省新高規的最低要求。業主和設計人可選擇大震不壞(相當于性能目標A),也可選擇中震不壞(中震基本不壞)、大震可修(相當于性能目標B(C))。對于抗震設防低烈度區如6度區、風荷載較大的高層、超高層建筑,往往可以滿足性能目標B的要求而無需增加投資。抗震設防高烈度區如8度區的建筑要做到大震不壞,則需增加付出較大代價,采用隔震、消能減震設計是較好的選擇。畢竟大震發生的概率極小,因此,對于一般的建筑物要考慮風險與投資的平衡,丙類建筑6、7度抗震設防區的性能目標不應低于C級,8、9度區不應低于D級。
按《通規》,結構構件考慮風荷載的小震效應組合恒小于豎向荷載+風荷載效應組合。試比較:
依據《抗規》的條文解釋:“所謂風荷載起控制作用,指風荷載和地震作用產生的總剪力和傾覆力矩相當的情況”,取SEhk=Swk,則有:
小震+風組合:
豎向荷載+風組合:
可知(1)式的左邊恒小于(2)式的左邊,即構件承載力驗算時,小震+風效應組合不起控制作用。
《建筑與市政工程抗震通用規范》的1.0.3條是極為聰明、極具前瞻性的條文,是確保技術創新得以實施、推動行業技術進步的重要規定,也是采用廣東省新高規進行結構抗震設計時不需要執行《通規》中不適用的條文的依據。
《通規》1.0.3條規定:“工程建設所采用的技術方法和措施是否符合本規范要求,由相關責任主體判定。其中,創新性的技術方法和措施,應進行論證并符合本規范中有關性能的要求。”
“工程建設所采用的技術方法和措施是否符合本規范要求,由相關責任主體判定”,這一規定表明,誰設計,誰負責設計責任,符合國際慣例。一般來說,規范、標準總是滯后于技術創新,正是廣大工程技術人員的技術創新和工程實踐不斷推動技術規范、標準的進步。廣東省新高規中基于性能水準和設防烈度地震的抗震設計方法屬創新性的抗震設計方法,并已通過廣東省住建廳組織的技術審查。參加技術審查的專家有從事結構抗震研究的資深教授、研究員,有理論功底深厚、工程實踐經驗豐富的工程院院士、全國勘察設計大師,均為國內知名的結構抗震專家,對廣東省新高規的審查意見具有權威性。審查意見指出:“《規程》總結了國內外高層建筑混凝土結構的研究成果和工程實踐經驗,符合國家技術經濟政策,技術內容科學合理,實用性和可操作性強。總體達到國際先進水平。”采用廣東省新高規進行結構抗震設計符合《通規》關于創新性技術方法和措施的規定。
參 考 文 獻
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作者簡介:
方小丹,現任華南理工大學建筑設計研究院有限公司首席總工程師,方小丹建筑結構院院長;一級注冊結構工程師、注冊土木工程師(巖土)、教授級高級工程師;兼任全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會顧問、廣東省超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會副主任委員、《建筑結構》編委、《建筑結構學報》編委會資深委員。
長期從事建筑結構、巖土工程的設計工作,也兼做結構抗震、混凝土結構的教學和科研。主編廣東省標準《高層建筑混凝土結構技術規程》、廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》;參編國家標準《鋼管混凝土結構技術規范》、行業標準《鋼筋混凝土薄殼結構設計規程》、中國工程建設標準化協會標準《鋼管混凝土疊合柱結構技術規程》、《鋼管混凝土結構設計與施工規程》等。
曾獲國家科技進步獎二等獎1項,全國優秀工程勘察設計獎金獎1項,中國建筑設計獎(建筑結構)金獎2項,全國優秀工程勘察設計獎銀獎3項。
責任編輯:張梅花
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