中震彈性與中震不屈服

1、一、結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)總述目前，我們國(guó)家采用的是“三水準(zhǔn)，兩階段”的抗震設(shè)計(jì)方法?！叭疁?zhǔn)”是抗震設(shè)防目標(biāo)，具體就是小震不壞、中震可修、大震不倒。“兩階段”是設(shè)計(jì)方法，第一階段是小震作用效應(yīng)下的構(gòu)件承載能力和結(jié)構(gòu)彈性變形計(jì)算，此階段設(shè)計(jì)可以保證結(jié)構(gòu)滿足第一水準(zhǔn)“小震不壞”的抗震設(shè)防要求；第二階段是驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在大震作用下的彈塑性變形，此階段設(shè)計(jì)可以保證結(jié)構(gòu)滿足第三水準(zhǔn)“大震不壞”的抗震設(shè)防要求。然而，對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，只是僅僅進(jìn)行了第一階段設(shè)計(jì)，通過概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來(lái)滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。至于第二水準(zhǔn)“中震可修”的抗震設(shè)防目標(biāo)要求，在以前的設(shè)計(jì)中也很少提及，為了檢驗(yàn)按照多遇地震（考慮強(qiáng)柱弱梁、

2、強(qiáng)剪弱彎）設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能否達(dá)到中震可修的目標(biāo)，因此，新的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范2010版和高規(guī)2010版都對(duì)結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震下提出了性能目標(biāo)，并具有可操作性。住建部關(guān)于印發(fā)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)的通知(建質(zhì)2010109號(hào))具體規(guī)定了復(fù)雜結(jié)構(gòu)和超限結(jié)構(gòu)的范圍，其中第一章第二條列出了超限高層建筑工程的范圍。對(duì)于這些復(fù)雜和超限結(jié)構(gòu)，超限審查專家委員會(huì)根據(jù)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)的具體要求并結(jié)合結(jié)構(gòu)方案的實(shí)際情況提出與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)，然后，設(shè)計(jì)者采取相應(yīng)的措施來(lái)保證既定的抗震性能目標(biāo)。其中，中震彈性和中震不屈服是兩個(gè)最常見的性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)。 高規(guī)2010版將結(jié)構(gòu)的

3、抗震性能目標(biāo)分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，然后用1、2、3、4、5五個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)去量化和判別四個(gè)等級(jí)的抗震性能目標(biāo)。不同抗震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)規(guī)定：第1性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足彈性設(shè)計(jì)要求。 a、小震作用下 抗震承載力應(yīng)滿足： （1） 式中各符號(hào)含義見抗規(guī)5.4.1條和5.4.2條。 變形驗(yàn)算應(yīng)符合抗規(guī)5.5節(jié)的要求。 b、中震作用下 抗震承載力應(yīng)符合下式要求，并不計(jì)入風(fēng)荷載效應(yīng)組合： （2） 式中：水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的構(gòu)件內(nèi)力，不需考慮與抗震等級(jí)有關(guān)的增大系數(shù)；豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的構(gòu)件內(nèi)力，不需考慮與抗震等級(jí)有關(guān)的增大系數(shù)。 c、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級(jí)應(yīng)滿足規(guī)范的要求，對(duì)需特別加強(qiáng)的構(gòu)件可

4、適當(dāng)提高，已為特一級(jí)的不再提高。第2性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，在中震或大震作用下： a、關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件的抗震承載力宜符合彈性設(shè)計(jì)要求，并不計(jì)入風(fēng)荷載效應(yīng)組合，按式（2）進(jìn)行計(jì)算。 b、耗能構(gòu)件的受剪承載力宜符合彈性設(shè)計(jì)要求，按式（2）進(jìn)行計(jì)算。其正截面承載力應(yīng)符合屈服承載力設(shè)計(jì)要求，重力荷載分項(xiàng)系數(shù)、水平地震分項(xiàng)系數(shù)及抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0，豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)取0.4，即： （3） 式中：按材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的截面承載力標(biāo)準(zhǔn)值。第3性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行彈塑性計(jì)算分析。為方便設(shè)計(jì)，允許采用等效彈性方法計(jì)算豎向構(gòu)件及關(guān)鍵部位構(gòu)件的組合內(nèi)力（、），計(jì)算中可適當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)

5、阻尼比的增加（增加值一般不大于0.02）以及剪力墻連梁剛度的折減（剛度折減系數(shù)一般不小于0.3）。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以先對(duì)底部加強(qiáng)部位和薄弱部位的豎向構(gòu)件承載力按上述方法計(jì)算，再通過彈塑性分析校核全部豎向構(gòu)件均未屈服。在中震或大震作用下： a、關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件的正截面承載力應(yīng)符合屈服承載力設(shè)計(jì)要求，按式（3）進(jìn)行計(jì)算。 b、關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件的受剪承載力宜滿足彈性設(shè)計(jì)要求。按式（2）進(jìn)行計(jì)算。 c、部分耗能構(gòu)件進(jìn)入屈服階段，但抗剪承載力宜滿足屈服承載力設(shè)計(jì)要求。按式（3）進(jìn)行計(jì)算。 d、在大震作用下，結(jié)構(gòu)薄弱部位的最大層間位移角應(yīng)滿足抗規(guī)彈塑性層間位移角的限值要求。第4性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)

6、構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性計(jì)算分析。在中震和大震作用下： a、關(guān)鍵構(gòu)件的抗震承載力應(yīng)符合屈服承載力設(shè)計(jì)要求，按式（3）進(jìn)行計(jì)算。 b、部分豎向構(gòu)件及大部分耗能構(gòu)件進(jìn)入屈服階段，但為防止構(gòu)件脆性破壞其受剪截面應(yīng)滿足以下要求： 鋼筋混凝土構(gòu)件應(yīng)滿足 （4） 鋼 混凝土組合構(gòu)件應(yīng)滿足 （5） 上兩式中的、可按彈塑性計(jì)算結(jié)果取值，也可按等效彈性方法計(jì)算結(jié)果取值（通常偏于安全）。 式中：重力荷載代表值產(chǎn)生的構(gòu)件剪力； 地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的構(gòu)件剪力，不需乘與抗震等級(jí)有關(guān)的系數(shù)； 剪力墻端部暗柱中型鋼的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； 剪力墻端部暗柱中型鋼截面面積； 剪力墻墻內(nèi)鋼板的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； 剪力墻墻內(nèi)鋼板的橫截面面積。 c、在大震作

7、用下，結(jié)構(gòu)薄弱部位的最大層間位移角應(yīng)滿足抗規(guī)彈塑性層間位移角的限值要求。第5性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性計(jì)算分析。在大震作用下： a、關(guān)鍵構(gòu)件的抗震承載力宜符合屈服承載力設(shè)計(jì)要求，按式（3）進(jìn)行計(jì)算。b、較多的豎向構(gòu)件進(jìn)入屈服階段，但不允許同一樓層的豎向構(gòu)件全部屈服。宜控制整體結(jié)構(gòu)的承載力不發(fā)生下降。如發(fā)生下降也應(yīng)控制下降幅度不超過10%。 c、為防止構(gòu)件脆性破壞其受剪截面應(yīng)滿足以下要求：鋼筋混凝土構(gòu)件應(yīng)滿足式（4），鋼 混凝土組合構(gòu)件應(yīng)滿足式（5）。 d、允許部分耗能構(gòu)件發(fā)生比較嚴(yán)重破壞。 e、在大震作用下，結(jié)構(gòu)薄弱部位的最大層間位移角應(yīng)滿足抗規(guī)彈塑性層間位移角的要求。不同抗震性能目

8、標(biāo)在不同等級(jí)地震作用下的抗震性能水準(zhǔn)抗震性能目標(biāo)內(nèi)容備注A級(jí)小震按規(guī)范對(duì)全部構(gòu)件的抗震承載力進(jìn)行小震彈性設(shè)計(jì)考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)中震對(duì)所有構(gòu)件的承載力進(jìn)行中震彈性設(shè)計(jì)無(wú)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)，但有荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)大震關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件抗彎彈性、抗剪彈性耗能構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪彈性彈性設(shè)計(jì)無(wú)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)B級(jí)小震按規(guī)范對(duì)全部構(gòu)件進(jìn)行小震彈性設(shè)計(jì)考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)中震關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件抗彎彈性、抗剪彈性耗能構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪彈性彈性設(shè)計(jì)無(wú)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無(wú)任何調(diào)

9、整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)大震關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪彈性耗能構(gòu)件部分抗彎屈服、抗剪不屈服彈性設(shè)計(jì)無(wú)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)、彈塑性層間位移角應(yīng)滿足限值C級(jí)小震按規(guī)范對(duì)全部構(gòu)件進(jìn)行小震彈性設(shè)計(jì)考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)中震關(guān)鍵及普通豎向構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪彈性耗能構(gòu)件部分抗彎屈服、抗剪不屈服彈性設(shè)計(jì)無(wú)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)大震關(guān)鍵構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪不屈服部分豎向構(gòu)件抗彎屈服、全部豎向構(gòu)件抗剪不屈服（公式不同）大部分耗能構(gòu)件抗彎屈服、抗剪屈服不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)、彈塑性層

10、間位移角應(yīng)滿足限值D級(jí)小震按規(guī)范對(duì)全部構(gòu)件進(jìn)行小震彈性設(shè)計(jì)考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)多個(gè)“宜”中震關(guān)鍵構(gòu)件抗彎不屈服、抗剪不屈服部分豎向構(gòu)件抗彎屈服、全部豎向構(gòu)件抗剪不屈服（公式不同）大部分耗能構(gòu)件抗彎屈服、抗剪屈服不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)大震關(guān)鍵構(gòu)件宜抗彎、抗剪不屈服較多豎向構(gòu)件抗彎屈服、同一樓層豎向構(gòu)件不宜全部屈服、全部豎向構(gòu)件抗剪不屈服（公式不同）部分耗能構(gòu)件破壞嚴(yán)重不屈服無(wú)任何調(diào)整系數(shù)、不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng) 注： 1、“關(guān)鍵構(gòu)件”是指該構(gòu)件的失效可能引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞或危及生命安全的嚴(yán)重破壞，可由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工程實(shí)際情況分析確定，如：底部加強(qiáng)

11、部位的重要豎向構(gòu)件、水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件及與其相連的豎向支承構(gòu)件、大跨連體結(jié)構(gòu)的連接體及與其相連的豎向支承構(gòu)件、大懸挑結(jié)構(gòu)的主要懸挑構(gòu)件、加強(qiáng)層伸臂和周邊環(huán)帶結(jié)構(gòu)的豎向支撐構(gòu)件、承托上部多個(gè)樓層框架柱的腰桁架、長(zhǎng)短柱在同一樓層且數(shù)量相當(dāng)時(shí)該層各個(gè)長(zhǎng)短柱、扭轉(zhuǎn)變形很大部位的豎向（斜向）構(gòu)件、重要的斜撐構(gòu)件等；2、“普通豎向構(gòu)件”是指“關(guān)鍵構(gòu)件”之外的豎向構(gòu)件； 3、“耗能構(gòu)件”包括框架梁、剪力墻連梁及耗能支撐等。二、中震彈性和中震不屈服中震，即設(shè)防烈度地震，其水平地震影響系數(shù)和加速度時(shí)程曲線最大值一般為小震的2.85倍左右（大震，即罕遇地震，其水平地震影響系數(shù)和加速度時(shí)程曲線最大值一般為小震的6倍左右）

12、。承載力性能要求中，保持彈性指不考慮構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整（如抗震等級(jí)四級(jí)）的抗震驗(yàn)算；不屈服指內(nèi)力、材料強(qiáng)度均按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，并且不考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)。小震彈性、中震彈性和中震不屈服設(shè)計(jì)要求比較設(shè)計(jì)參數(shù)小震彈性中震彈性中震不屈服水平地震影響系數(shù)最大值按多遇地震按基本烈度地震按基本烈度地震時(shí)程分析地震加速度時(shí)程曲線最大值按多遇地震按基本烈度地震按基本烈度地震內(nèi)力調(diào)整系數(shù)按規(guī)范要求1.0（四級(jí)抗震）1.0（四級(jí)抗震）0.2Qo調(diào)整有無(wú)無(wú)薄弱層內(nèi)力放大有無(wú)無(wú)荷載分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范要求按規(guī)范要求1.0承載力抗震調(diào)整系數(shù)按規(guī)范要求按規(guī)范要求1.0材料強(qiáng)度取值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載作用效應(yīng)

13、有無(wú)無(wú)小震彈性：中震彈性：中震不屈服：按中震彈性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖取消了內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，但保留了荷載分項(xiàng)系數(shù)，材料強(qiáng)度按設(shè)計(jì)值取值，從一定程度上保留了結(jié)構(gòu)的安全度和可靠度，屬于正常設(shè)計(jì)。按中震不屈服進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在取消內(nèi)力調(diào)整系數(shù)的基礎(chǔ)上，使荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)取為1.0，并且材料強(qiáng)度取為標(biāo)準(zhǔn)值，從而使得構(gòu)件在中震作用下達(dá)到彈性極限狀態(tài)，屬于承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。所以，中震不屈服設(shè)計(jì)是中震彈性設(shè)計(jì)的承載能力極限狀態(tài)，中震彈性設(shè)計(jì)要比中震不屈服設(shè)計(jì)抗震要求更嚴(yán)、安全儲(chǔ)備更大。三、中震彈性和中震不屈服怎么用計(jì)算分析軟件PKPM來(lái)實(shí)現(xiàn)中震彈性的PKPM操作步驟：第一步，進(jìn)行完小震下的構(gòu)件承載能

14、力和結(jié)構(gòu)彈性變形計(jì)算之后，從新進(jìn)入“SATWE”的菜單1“接PM生成SATWE數(shù)據(jù)”。如下圖所示：第二步，點(diǎn)擊“分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義”。如下圖所示：第三步，在總信息中選取“不計(jì)算風(fēng)荷載”。如下圖所示：第四步，在地震信息中，a、選取中震或大震“彈性”設(shè)計(jì)；b、修改“地震影響系數(shù)最大值”；c、勾掉“考慮偶然偏心和考慮雙向地震作用”；d、修改“周期折減系數(shù)和結(jié)構(gòu)的阻尼比”；e、剪力墻抗震等級(jí)改為“四級(jí)”（可選項(xiàng)）。如下圖所示：第五步，在調(diào)整信息中，a、修改“連梁剛度折減系數(shù)”；b、取消“薄弱層地震內(nèi)力放大調(diào)整”；c、取消“0.2Qo分段調(diào)整”。如下圖所示：第六步，修改完所有與中震彈性有關(guān)的參數(shù)之后

15、，便可生成數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行計(jì)算。如下圖所示：中震不屈服的PKPM操作步驟：第一、二、三、五、六步同“中震彈性”相應(yīng)的步驟，僅第四步不同。第四步，在地震信息中，a、選取中震或大震“不屈服”設(shè)計(jì)；b、修改“地震影響系數(shù)最大值”；c、勾掉“考慮偶然偏心和考慮雙向地震作用”；d、修改“周期折減系數(shù)和結(jié)構(gòu)的阻尼比”；e、剪力墻抗震等級(jí)改為“四級(jí)”（可選項(xiàng)）。如下圖所示：四、小震彈性和中震彈性、中震不屈服的結(jié)果比較1、荷載分項(xiàng)系數(shù)比較小震計(jì)算荷載組合：中震彈性荷載組合：中震不屈服荷載組合：2、關(guān)于內(nèi)力調(diào)整、0.2Qo調(diào)整、薄弱層內(nèi)力放大、雙向地震作用、偶然偏心調(diào)整前的考慮了考慮雙向地震作用、偶然偏心影響；調(diào)整后的考慮了0.2Qo調(diào)整、薄弱層內(nèi)力放大1.25最終輸出在構(gòu)建信息里（考慮雙向地震作用、偶然偏心、0.2Qo調(diào)整、薄弱層內(nèi)力放大1.25）此處對(duì)組合后的內(nèi)力進(jìn)行抗震等級(jí)系數(shù)調(diào)整用于檢查可能出現(xiàn)的問題3、地震作用放大2.85倍，相應(yīng)的內(nèi)力也會(huì)增大2.85倍左右小震下不計(jì)入雙向地震作用和偶然偏心影響小震下計(jì)算了雙向地震作用和偶然偏心影響最終的內(nèi)力設(shè)計(jì)值不是2.85倍的因素可能有：a、 小