XXXX年新建筑抗震设计规范课件

地震作用、结构动力分析和抗震验算关于建筑抗震设计规范2010的修订秦权清华大学土木系2010年6月2010/7/12秦权，清华大学21修订的背景和概貌•1959年,《地震区建筑抗震设计规范》(草案)未颁布•1964年,《地震区建筑抗震设计规范》(草案),首次引入结构系数C折减结构的地震荷载,以弥补弹性理论计算结果与弹塑性结构客观实际之间的差距。未颁布。•1974年,TJ11—74《工业与民用建筑抗震设计规范》(试行),原国家建委批准颁布。7个版本•1978年,TJ11—78《工业与民用建筑抗震设计规范,国家建委批准颁布。•1989年,GBJ11—89《建筑抗震设计规范》,建设部批准颁布,1990年开始实施,并于1993年作局部修订•2001年,GB50011—2001《建筑抗震设计规范》,建设部和国家质检总局联合发布。于汶川地震(2008.5.12)后作了局部修订,成为GB50011—2001《建筑抗震设计规范》(2008版本)。•2010年,GB50011—2010《建筑抗震设计规范》,目前已完成报批手续。2010/7/12秦权，清华大学32010/7/12秦权，清华大学4第一阶段修订:《78规范》1976年唐山地震中,大量砖混结构和单层工业厂房遭受严重破坏。将《74规范》关于房屋建筑的设计烈度比地震基本烈度降低一度的规定提高为按基本烈度采用。将采用振型分解法计算结构地震荷载和内力的规定由附录移到正文。2010/7/12秦权，清华大学5适用范围：全国7～9度设防区。抗震设防水准：以基本烈度作为设计烈度(中震)的单水准抗震设防。场地划分：分为抗震有利、不利和危险地段；场地土按岩土性状简单分为I,II,III三类。场地土液化判别：地下15m范围内饱和砂土，当标贯锤击数小于以下临界值时,可判为可液化土:Ncr=N0[1+0.125(ds-3)–0.05(dw-2)]2010/7/12秦权，清华大学6地震荷载：引入与场地土条件相关的设计加速度反应谱(即：地震影响系数α)计算地震荷载。三条谱加速度曲线组成设计反应谱2010/7/12秦权，清华大学7考虑结构在地震作用下的弹塑性效应,采用结构影响系数C对弹性计算的地震荷载加以折减,结构底部剪力(即总水平地震力)为:Q0=Cα1W结构抗震强度验算：采用安全系数法或容许应力法。安全系数取不考虑地震荷载时的80%,但不小于1.1;采用容许应力法时,容许应力取不考虑地震荷载时数值的125%抗震构造措施：对超过一定高度的多层砖房提出了构造柱的概念和详细构造要求，提高了砌体结构的延性和整体性。构造柱是一个创造性的、有中国特色的工程抗震技术2010/7/12秦权，清华大学8第二阶段修订:《89规范》国家地震工作主管和建设行政主管部门着手安排对《中国地震烈度区划图》和《78规范》的修订。又发生了江苏溧阳、云南澜沧、耿马、丽江等6级以上的多次地震的震害。美国ATC3、CEB－FIP、日本和前苏联等国家相继颁布了新的抗震设计规范2010/7/12秦权，清华大学9适用范围：适用于全国6～9度设防区。将抗震设防区扩大到6度区是一项重大决策,使我国的抗震设防区占到大陆国土面积的60%。其中,6度区约占一半。20多年来在6度区发生了多次破坏性地震,实际烈度远远超过6度,甚至达到8、9度,人员伤亡和财产损失占到所有破坏性地震的90%以上。因此,在地震预报和地震区划的科学水平较低的现阶段,对6度区的建筑进行适当设防十分必要,土建造价增加不多,防震减灾的效果却非常明显。2010/7/12秦权，清华大学10抗震设防水准和设防目标：由单水准设防过渡到三水准设防,提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标：小震的重现期为50年中震的重现期为475年大震的重现期为1641～2475年*,1600~2400（节3.10.3说明）对应的烈度差分别是1.55度(中震－小震)和约1度(大震－中震)。三水准设防原则的提出,标志着我国建筑抗震设计理论与实践基本与国际先进国家站到同一水平上2010/7/12秦权，清华大学112010/7/12秦权，清华大学12*ISO2394建议用‘重现期RP’（某一烈度地震平均每隔RP年发生一次）不用‘T年超越概率P(％)’表示设计烈度。工程地震学是实验科学，其预测能力取决于历史地震记录积累，RP与在设计基准期T的超越概率P间的关系只能来自历史数据：《中国地震烈度区划图》已改为地面加速度，人类有地震加速度的历史只有几十年，能平均到每隔多少年？上述关系延伸到千年量级时，只能有1、2位有效数字。Penzien认为推到5000年是ridiculous。P11=1-(1-)TRP场地划分：划分标准除岩土性状之外,还考虑地形地貌;场地类别分为I、II、III、IV四类,按场地土平均剪切波速和覆盖层厚度双参数确定,比仅按岩土种类划分更为科学场地土的液化判别：采用初判和再判的两步判别法,考虑近震和远震条件下的液化可能性和危害性,适用于粉土和砂土两类土,并提出了比较具体的抗液化措施。再判——地下15m深度范围内液化土标贯锤击数临界值:Ncr=N0[0.9+0.1(ds-dw)](3/ρc)对存在液化土层的地基,根据土层深度和厚度,以及标贯实测值和临界值计算液化指数,并划分液化等级(危害性)2010/7/12秦权，清华大学13地震作用：间接作用,不再是“荷载”。对应四类场地土、区分远震和近震,定义反应谱特征周期Tg见下表设计反应谱,在长周期部分设定了下限值0.2αmax2010/7/12秦权，清华大学140.2αmax两阶段抗震设计：小震(多遇地震)作用下的截面抗震验算(包括承载力和变形验算)和大震(罕遇地震)作用下的抗倒塌变形验算。第一阶段抗震设计,按照GBJ68—84《建筑结构设计统一标准》规定,采用基于概率可靠度理论的极限状态设计方法,取消结构影响系数C,设计表达式为γGCGGk+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψwγwCwWk≤R/γRE直接取“小震作用”(大约为中震作用的0.35倍,即降低1.55度)进行弹性抗震验算,通过系数γRE反映不同材料结构的延性（原78规范C）的不同，还要求进行“小震作用”下的结构弹性层间变形验算,并提出结构弹性层间位移角限值。2010/7/12秦权，清华大学15第二阶段抗震设计是为了达到“大震不倒”的设防目标,对位于高烈度区的甲类建筑和带薄弱部位的结构,《89规范》要求进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算,相应地提出了结构弹塑性位移角限值。2010/7/12秦权，清华大学16结构时程分析和输入地震加速度时程：除采用底部剪力法和振型分解反应谱法之外,对于特别不规则的和较高的高层建筑的抗震设计,要求采用时程分析法进行补充计算,同时对输入的地震加速度时程,即地震波的选择提出要求。抗震概念设计：增加“抗震概念设计”内容,形成独立的一章“抗震设计的基本要求”,对建设选址、建筑体型、结构体系(包括地震作用传力路径、多道抗震防线、结构承载能力、变形和耗能能力)、非结构构件以及材料和施工等作了具体规定。2010/7/12秦权，清华大学17计算要点和构造措施：《89规范》对不同的结构类型,分别单列计算要点和构造措施。例如,砌体的受剪承载力验算、引入钢筋混凝土结构的抗震等级、柱轴压比等,在构件受弯、受剪承载力验算中为实现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”所采用的内力调整系数等。2010/7/12秦权，清华大学18相关抗震设计规范：在《89规范》修订和实施期间,构筑物、水工、水运、铁路、公路、冶金、机械、煤炭、化工、石油、电力、电信和各类工业设备的抗震设计规范标准也相继进行修订并颁布实施,初步形成了比较完整的抗震设计标准体系。基本上,各类工程抗震设计规范在设防水准、基本原则、场地和地基、地震作用和抗震验算、构造措施等主要方面,基本借鉴了GBJ11—89《建筑抗震设计规范》的基本思路和规定。2010/7/12秦权，清华大学19第三阶段修订:《2001规范》吸取了国内外大地震的震害经验，特别是1995年日本阪神地震和1999年台湾集集地震提供了大量钢筋混凝土和钢结构高层建筑的震害实例;美国UBC和IBC、日本BSL和欧洲Eurocode8规范的修订2010/7/12秦权，清华大学20适用范围：维持6～9度设防。抗震设防水准和设防目标：继续保持“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标。场地划分：计算土层厚度取20m,尽量减小不同场地类别划分的“跳跃”,对断层的影响和避让及液化土的处理也作出相应的规定。场地类别仍分为四类,但场地土平均剪切波速改用等效剪切波速;同时在波速和覆盖层厚度的边界附近(相差15%左右)允许采用插入法计算场地特征周期Tg。场地土液化判别：增加了15～20m范围的标贯锤击数临界值Ncr=N0(2.4–0.1dw)(3/ρc)对于存在液化土层的地基同样进行液化等级(危害性)划分。2010/7/12秦权，清华大学21地震作用：新的GB18306—2001《中国地震动参数区划图》不再使用地震烈度I的概念,而用基本地震加速度Ag,也不再用远震和近震区分,而用三个地震分组定义特征周期值Tg。和特征周期Tg表示,分别给出两张区划图。2010/7/12秦权，清华大学22地震影响系数曲线2010/7/12秦权，清华大学232010/7/12秦权，清华大学24反应谱重要调整：周期延至6s；反应谱在T≤5Tg范围内与《89规范》相同，但取消下限值0.2αmax,把下平台改为直线倾斜段,使T5Tg后的反应谱值有下降；Tg分组中的第一组、第二组、第三组大致反映了近、中、远震影响。为调整和提高结构抗震安全度,各分区中I、II、III类场地的特征周期值较《89规范》约增大了0.05s，罕遇地震的特征周期Tg值适当延长；提供了阻尼调整系数,以阻尼比为0.05为标准,给出不同阻尼比(0.01～0.20)反应谱上升段调整最大:[0.45+10(ε2–0.45)T]αmax水平段:ε2αmax下降段:(Tg/T)γε2αmax倾斜段:[ε20.2γ-ε1(T-5Tg)]αmax两阶段抗震设计：维持两阶段抗震设计,只是符号按照GB50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》相应作了改变γGSG+γEhSEh+γEvSEv+ψwγwSw≤R/γRE2010/7/12秦权，清华大学25•楼层最小地震剪力控制：地震影响系数只反映加速度反应谱的特征,在长周期段下降很快,不能反映地震地面运动的速度和位移在结构上产生的地震作用,可能导致高层建筑和大跨度空间结构的计算地震内力偏小,需要对此进行控制和补偿。结构任一楼层i的水平地震剪力为:VEkiλΣinGj最小地震剪力系数λ应按下表2010/7/12秦权，清华大学26结构时程分析和输入地震加速度时程：对进行时程分析的结构高度有所放宽,对输入地震加速度时程要求满足一定的数量和反应谱特征,以计算结构底部总剪力作为评估输入地震动合理性的标准。抗震概念设计：某些规定,如建筑平面和立面不规则性的定义定量化,具有更强的可操作性。对于结构计算分析方法、计算机软件和计算模型等单列一节加以规定。对大震作用下的结构弹塑性计算分析,除动力时程分析法外,引入静力非线性(Pushover)方法以确定弹塑性变形限。2010/7/12秦权，清华大学27钢筋混凝土结构：扩大,包括框架、框－墙、板柱－框架、板柱－墙、筒体和抗震墙等结构类型适用范围;重新制定了各类结构的抗震等级划分标准;调整了截面抗震验算时的若干系数,如:强柱系数、框架梁端剪力增大系数、框架柱和抗震墙剪力增大系数等；多层砌体结构：有条件地放宽了混凝土空心砌块结构和底部框架－抗震墙结构的高度限值;修改了水平配筋砖砌体的计算公式,修改和补充了构造措施；新增了多层和高层钢结构房屋抗震设计；新增了隔震和消能减震设计内容。2010/7/12秦权，清华大学28最新修订:《2010规范》汶川地震震害表明,建设规划选址应充分考虑地震断裂和次生地质影响,中、小学校舍和医院等重要建筑应提高抗震设防类别,各类结构的