設(shè)計(jì)基本加速度和水平地震影響系數(shù)的關(guān)系

1、設(shè)計(jì)根本加速度和水平地震影響系數(shù)的關(guān)系今天這篇文章的由頭，完全是因?yàn)榍疤焱砩系囊粋€(gè)疑問(wèn)：01版抗規(guī)中的設(shè)計(jì)根本地震加速度- “0.05g 0.1g。等。既然標(biāo)準(zhǔn)里有數(shù)據(jù)，為什么又不 參與計(jì)算？列出以上數(shù)據(jù)的意義是什么呢？這些東西和水平地震影響系數(shù)又是 怎么樣個(gè)關(guān)系呢？找遍網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有書(shū)籍，無(wú)此解釋?zhuān)缓米粤Ω?，艱苦奮思。 誰(shuí)知越牽越多，牽出好多東西。先從這個(gè)疑問(wèn)總結(jié)吧。一、關(guān)于設(shè)計(jì)根本地震加速度關(guān)于設(shè)計(jì)根本地震加速度的意義所在，我翻遍手頭的所有資料發(fā)現(xiàn)最好還是 從89與2001及2022幾版抗規(guī)的比照中尋找解釋?zhuān)斜砣缦拢汗こ蘂BJ11-89GB50011-2001 及 2022地震影響表征采

2、用設(shè)防烈度采用設(shè)計(jì)根本地震加速度、設(shè)計(jì)特征周 期表證設(shè)計(jì)根本 地震加速度g無(wú)6度7度8度9度0.1(0.15)0.2(0.3)設(shè)計(jì)特征周期按設(shè)計(jì)近震或遠(yuǎn)震和 場(chǎng)地類(lèi)別確定按設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類(lèi)別確定可以看出，89版抗規(guī)中并沒(méi)有設(shè)計(jì)根本地震加速度這項(xiàng)定義，此定義完全 是01版的新生事物。意義到底何在？意義就在于對(duì)地震影響的表征。89版采用的是設(shè)防烈度對(duì)地震影響進(jìn)行表征。而在 01及10版的抗規(guī)中，對(duì)地震影響的 表征，已經(jīng)舍去了設(shè)防烈度，進(jìn)而采取 設(shè)計(jì)根本地震加速度、設(shè)計(jì)特征周期 此做法優(yōu)點(diǎn)何在？第一，設(shè)防烈度的劃分標(biāo)準(zhǔn)偏于現(xiàn)象，改用設(shè)計(jì)根本地震 加速度后，可以用具體參數(shù)來(lái)表征地震影響-更科學(xué)、更

3、 標(biāo)準(zhǔn)我想這是那 些規(guī)編們最看重的一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)；第二，采用設(shè)計(jì)根本地震加速度后，可以清楚的表 征7度半0.15g丨與8度半0.3g的概念，拓寬了抗震設(shè)防烈度的概念- 更延伸第三，設(shè)計(jì)根本地震加速度還是根據(jù)設(shè)防烈度進(jìn)行分類(lèi)的，原那么上用 根本地震加速度去表征與用現(xiàn)象去區(qū)分地震影響并不矛盾-更統(tǒng)一 寫(xiě)到這里，想起了本科畢業(yè)時(shí)去城鄉(xiāng)設(shè)計(jì)院面試的情景。 雖然一晃六年過(guò)去 了，那時(shí)的情景還是歷歷在目。面試我的那老總，坐在寬大的老板桌后面，他問(wèn) 的我那幾個(gè)都會(huì)的問(wèn)題由于時(shí)間久遠(yuǎn)都記不得了，只是那個(gè)沒(méi)答的問(wèn)題讓我記憶猶新，咱這兒的設(shè)計(jì)根本地震加速度是多少？壞菜，那會(huì)兒的我剛出校門(mén)，這名詞依稀在考試中見(jiàn)過(guò)兩次而已

4、，當(dāng)即敗下陣來(lái)。要是換成今天？可惜世上沒(méi)有 懊悔藥。設(shè)計(jì)根本地震加速度一一相應(yīng)于設(shè)防烈度的地震地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度， 即為 50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度的設(shè)計(jì)取值二、關(guān)于地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的由來(lái)：不管是底部剪力法，還是振型分解反響譜法，結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的 根本計(jì)算方法，始終是牛頓第二定律的變體：F=aG以上公式的a即為地震影響系數(shù)，其實(shí)就是加速度除以了一個(gè)小g重力加速度；G為質(zhì)點(diǎn)的重量。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，上面的公式雖然簡(jiǎn)單，但一上來(lái)還是不容易看透本本質(zhì)。其實(shí)， 如果把F=aG中的a乘以一個(gè)g，同時(shí)G除以一個(gè)g，這不就是經(jīng)典的牛頓第二 定律嗎，此時(shí)的我不禁想起一句話：抗震

5、恒永久，牛二永流傳。牛二：牛頓第二定律在加速度和質(zhì)量一定的情況下，物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比。加速度的方向跟作用力的方向相同。牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可以用比例式來(lái)表示，即F或mfl；也可以用等式來(lái)表示，即F=kma，其中k是比例系數(shù)；只有當(dāng)F以牛頓、m以千 克、a以m/s2為單位時(shí)，F(xiàn)=ma成立。最后總結(jié)一句話：地震影響系數(shù)來(lái)源于牛二。知道了地震影響系數(shù)的由來(lái)，下面順滕摸瓜，就要總結(jié)一下a地震影響系數(shù)的定義公式。a T= K X 口，公式里有三個(gè)系數(shù)第一個(gè)是建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)a第二個(gè)是地面的地震系數(shù) K第三個(gè)是地震時(shí)結(jié)構(gòu)加速度對(duì)于地面加速度的放大

6、系數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù) a，是指屢次地震作用下，不同結(jié)構(gòu)自震周期T，相同Z阻尼比的理想簡(jiǎn)化的單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)加速度反響與重力加速度之比，是屢次 地震反響的包絡(luò)線，是所謂標(biāo)準(zhǔn)反響譜或平均反響譜。它是地面的地震系數(shù)k與結(jié)構(gòu)物加速度的放大倍數(shù) B的乘積。地面的地震系數(shù)k是地震時(shí)地面峰值加速度與重力加速度之比K=a/g。以上是地震影響系數(shù)的由來(lái)，那在實(shí)際設(shè)計(jì)中，地震影響系數(shù)是如何計(jì)算與 確定的呢。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的理論出處在抗規(guī)中，在抗規(guī) 條中有這樣的表示：建筑 結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)地震烈度、場(chǎng)地類(lèi)別、設(shè)計(jì)地震分組和結(jié)構(gòu)自振周 期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按表采用。以上說(shuō)法可以根據(jù)

7、地震影響曲線中第一波下降段的地震影響系數(shù)的函數(shù)表 達(dá)式來(lái)表達(dá)。a =(Tg/T) 葉2 amax等式左邊a即為地震影響系數(shù)。等式右邊一一T為結(jié)構(gòu)自震周期。Tg為場(chǎng)地特征周期，由設(shè)計(jì)地震分組與場(chǎng)地類(lèi)別 決定。n指的是阻尼調(diào)整系數(shù)。amax為地震影響系數(shù)最大值。由 地震烈度決定。在上面的公式解釋時(shí)，我把地震影響系數(shù)公式中各參數(shù)的影響因素列出，可以明顯發(fā)現(xiàn)，這些影響因素與抗規(guī) 條中的因素完全一致，看劃線部 分即可，完美的統(tǒng)一。該局部標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容截圖如下：建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類(lèi)別、設(shè)計(jì)地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按表采用；特征周期應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地

8、震分組按表采用，計(jì)算罕遇地震作用時(shí)，特征周期應(yīng)增加0.05s。注：周期大于6.0s的建筑結(jié)構(gòu)所采用的地震影響系數(shù)應(yīng)專(zhuān)門(mén)研究；三、關(guān)于地震影響系數(shù)、地震影響系數(shù)最大值、水平地震影響系數(shù)最大值和豎 向地震影響系數(shù)最大值之間的關(guān)系。以地震影響曲線中第一波下降段的地震影響系數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為例a =(Tg/T? 軍 amax由以上公式不難看出，地震影響系數(shù)最大值amax是求地震影響系數(shù)的根底。實(shí)際上地震影響系數(shù)，就是通過(guò)阻尼、結(jié)構(gòu)自振周期和場(chǎng)地特征周期對(duì)地震 影響系數(shù)最大值的衰變。而地震影響系數(shù)最大值又分兩類(lèi)1、水平地震影響系數(shù)最大值,查表可得；2、豎向地震影響系數(shù)最大值，沒(méi)表可查，可取水平地震影響 系

9、數(shù)最大值的65%。簡(jiǎn)單的說(shuō)總結(jié)為一句話：地震影響系數(shù)分為水平地震影響系數(shù)和豎向地震影 響系數(shù)，分別由相應(yīng)的水平和豎向地震影響系數(shù)最大值通過(guò)一系列的因素衰變得 來(lái)。通過(guò)得到的地震影響系數(shù)水平或豎向，根據(jù)F=aG的根本原理，求得結(jié)構(gòu)總水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。更簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：利用水平地震影響系數(shù)最大值 ahmax或豎向地震影響系數(shù)最大 值 ax ， 利用公式a =(Tg/T) n2 amax求水平或豎向地震影響系數(shù) a，通過(guò)水平或豎向地震影響系數(shù)a，通過(guò)公式F=aG求得結(jié)構(gòu)總水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值F。水平地震影響系數(shù)最大值是如何取值的呢？以水平地震為例，通過(guò)?水平 地震影響系數(shù)最大值表?取值。烈

10、度6789多遇地震0.08(0.12)0.16(0.24)罕遇地震0.50(0.72)0.90(1.20)細(xì)心點(diǎn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，水平地震影響系數(shù)最大值是對(duì)于多遇地震和罕遇地震兩條 分列的，這里表達(dá)了一個(gè)非常深刻但一般設(shè)計(jì)人員又不很注意的根本設(shè)計(jì)方法， 即兩階段設(shè)計(jì)法。四、關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的最根本的理念談到兩階段設(shè)計(jì)，已經(jīng)涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本指導(dǎo)思想了干脆從抗震設(shè)計(jì)的根本思想和原那么說(shuō)起。設(shè)防原那么：小震不壞，中震可修，大震不倒設(shè)計(jì)方法：兩階段設(shè)計(jì)現(xiàn)在想想設(shè)防原那么這三句話是我們當(dāng)年大學(xué)考試中必考的一條。其實(shí)設(shè)防原那么也稱(chēng)作抗震設(shè)計(jì)的三水準(zhǔn)要求，完完全全的一個(gè)意思，總結(jié)如下表所示:水準(zhǔn)涵義要求第一水準(zhǔn)小震

11、不壞當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影 響時(shí)，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù) 使用第二水準(zhǔn)中震可修當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震 影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修 理仍可繼續(xù)使用第三水準(zhǔn)大震不倒當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的 罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞相比之下，兩階段的設(shè)計(jì)方法大學(xué)中鮮見(jiàn)考試，但今天來(lái)看確實(shí)是真正的 設(shè)計(jì)根底理念之所在。感慨頗多啊呵呵，啥叫兩階段設(shè)計(jì)呢，列表如下上 學(xué)上多了，現(xiàn)在出方案不是表格就是圖紙，今天還被領(lǐng)導(dǎo)就此質(zhì)問(wèn)-為啥不寫(xiě)成匯報(bào)？ ，我當(dāng)時(shí)其實(shí)想說(shuō) 圖紙與數(shù)據(jù)才是工程師最好的語(yǔ)言，但還是忍住 沒(méi)說(shuō)-跟領(lǐng)導(dǎo)犟嘴是很不成熟的表現(xiàn)。階

12、段目標(biāo)烈度地震作用 性質(zhì)受力狀 態(tài)作用效應(yīng)組合第一階段小震不壞 隱含中震可修小震可變作用彈性部 分彈塑 性承載力驗(yàn)算米用根本組合；多層、咼層 鋼筋混凝土房屋層間彈性位移計(jì)算，采 用短期效應(yīng)組合，即標(biāo)準(zhǔn)組合第二階段大震不倒大震偶然作用彈塑性局部建筑物的層間彈塑性位移驗(yàn)算，采 剛短期效應(yīng)組合，即標(biāo)準(zhǔn)組合兩階段設(shè)計(jì)只是理念，設(shè)計(jì)的時(shí)候到底怎樣應(yīng)用于實(shí)際呢，我認(rèn)為下面的 理解才表達(dá)對(duì)這條的理解是否到位：第一階段為彈性分析，包括截面設(shè)計(jì)和變形計(jì)算；大局部建筑的第二階段設(shè)計(jì)主要由概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施來(lái)保證。我上面用加粗的形式標(biāo)出了各種地震的叫法，這里先要有個(gè)總結(jié)。小震，等于多遇地震，指的是低于本地區(qū)設(shè)防烈度

13、的地震。大震，等于罕遇地震，指的是高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震。中震，沒(méi)有對(duì)應(yīng)于上面的多遇罕遇的官方稱(chēng)謂， 我自己取名為根本地震，指 的是相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震。也可以從地震烈度的角度描述一下三種地震影響。多遇小震烈度：建筑所在地區(qū)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)出現(xiàn)頻度最高 的烈度。也稱(chēng)為常遇烈度、小震烈度。其超越概率為63.2%，重現(xiàn)期為50年。根本中震烈度：建筑所在地區(qū)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)，一般場(chǎng)地條 件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值成為該地區(qū)的根本地震烈度。罕遇大震烈度：建筑所在地區(qū)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)具有超越概率 2%3%的地震烈度。地震影響50年超越概率地震重現(xiàn)期小震烈度163.2

14、%50年中震烈度10%475年大震烈度2-3%1642-2475 年既然為兩階段設(shè)計(jì)，而這兩階段又分別是小震和大震。就不難理解為啥水平 地震影響系數(shù)會(huì)按多遇地震和罕遇地震分列兩行了。這樣在第一階段彈性設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)?水平地震影響系數(shù)最大值表?的多遇地 震一行取值最大水平地震影響系數(shù)。進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的水平地震影響系數(shù)，進(jìn)行下 一步結(jié)構(gòu)計(jì)算。在第二階段彈塑性設(shè)計(jì)階段，主要的工作就是，通過(guò)?水平地震影響系數(shù)最 大值表?的罕遇地震一行取值最大水平地震影響系數(shù)。進(jìn)而得到完整的反響譜， 對(duì)已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行譜分析，檢驗(yàn)其是否滿(mǎn)足第二階段大震不倒的設(shè)計(jì)。五、關(guān)于地震特性數(shù)據(jù)剛畢業(yè)時(shí)老是對(duì)抗震設(shè)計(jì)瑣碎的參數(shù)感到無(wú)從記憶，理不出頭緒?，F(xiàn)在我頭 腦要清楚許多，因?yàn)槲野训卣鹛匦詳?shù)據(jù)，就概括為三個(gè)參數(shù)： 抗震設(shè)防烈度 設(shè)計(jì)地震分組 場(chǎng)地類(lèi)別抗震設(shè)防烈度決定了地震最大影響系數(shù)與設(shè)計(jì)根本地震加速度。設(shè)計(jì)地震分組其實(shí)就是代表距震源的遠(yuǎn)近與場(chǎng)地類(lèi)別又決定了場(chǎng)地特征 周期。這樣通過(guò)這三個(gè)參數(shù)，根本上就把所有的重要的參數(shù)串到了一起， 再閉上眼 睛，按照這些關(guān)系想想對(duì)應(yīng)的表格，心里立刻就出現(xiàn)了很清晰的數(shù)據(jù)