中震彈性與中震不屈服

1、一、結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計總述目前，我們國家采用的是“三水準，兩階段”的抗震設(shè)計方法?！叭疁省笔强拐鹪O(shè)防目標，具體就是小震不壞、中震可修、大震不倒?！皟呻A段”是設(shè)計方法，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)彈性變形計算，此階段設(shè)計可以保證結(jié)構(gòu)滿足第一水準“小震不壞”的抗震設(shè)防要求；第二階段是驗算結(jié)構(gòu)在大震作用下的彈塑性變形，此階段設(shè)計可以保證結(jié)構(gòu)滿足第三水準“大震不壞”的抗震設(shè)防要求。然而，對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，只是僅僅進行了第一階段設(shè)計，通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿足第三水準的設(shè)計要求。至于第二水準“中震可修”的抗震設(shè)防目標要求，在以前的設(shè)計中也很少提及，為了檢驗按照多遇地震（考慮強柱弱梁、

2、強剪弱彎）設(shè)計的結(jié)構(gòu)能否達到中震可修的目標，因此，新的抗震設(shè)計規(guī)范2010版和高規(guī)2010版都對結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震下提出了性能目標，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)防專項審查技術(shù)要點的通知(建質(zhì)2010109號)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。對于這些復(fù)雜和超限結(jié)構(gòu)，超限審查專家委員會根據(jù)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點的具體要求并結(jié)合結(jié)構(gòu)方案的實際情況提出與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震性能目標，然后，設(shè)計者采取相應(yīng)的措施來保證既定的抗震性能目標。其中，中震彈性和中震不屈服是兩個最常見的性能化設(shè)計目標。 高規(guī)2010版將結(jié)構(gòu)的

3、抗震性能目標分為A、B、C、D四個等級，然后用1、2、3、4、5五個結(jié)構(gòu)抗震性能水準去量化和判別四個等級的抗震性能目標。不同抗震性能水準的結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計規(guī)定：第1性能水準的結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足彈性設(shè)計要求。 a、小震作用下 抗震承載力應(yīng)滿足： （1） 式中各符號含義見抗規(guī)5.4.1條和5.4.2條。 變形驗算應(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，并不計入風(fēng)荷載效應(yīng)組合： （2） 式中：水平地震作用標準值的構(gòu)件內(nèi)力，不需考慮與抗震等級有關(guān)的增大系數(shù)；豎向地震作用標準值的構(gòu)件內(nèi)力，不需考慮與抗震等級有關(guān)的增大系數(shù)。 c、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級應(yīng)滿足規(guī)范的要求，對需特別加強的構(gòu)件可

4、適當提高，已為特一級的不再提高。第2性能水準的結(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)計要求，并不計入風(fēng)荷載效應(yīng)組合，按式（2）進行計算。 b、耗能構(gòu)件的受剪承載力宜符合彈性設(shè)計要求，按式（2）進行計算。其正截面承載力應(yīng)符合屈服承載力設(shè)計要求，重力荷載分項系數(shù)、水平地震分項系數(shù)及抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0，豎向地震作用分項系數(shù)取0.4，即： （3） 式中：按材料強度標準值計算的截面承載力標準值。第3性能水準的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)進入彈塑性狀態(tài)，應(yīng)進行彈塑性計算分析。為方便設(shè)計，允許采用等效彈性方法計算豎向構(gòu)件及關(guān)鍵部位構(gòu)件的組合內(nèi)力（、），計算中可適當考慮結(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）。實際工程設(shè)計中，可以先對底部加強部位和薄弱部位的豎向構(gòu)件承載力按上述方法計算，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)計要求，按式（3）進行計算。 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)計要求。按式（2）進行計算。 c、部分耗能構(gòu)件進入屈服階段，但抗剪承載力宜滿足屈服承載力設(shè)計要求。按式（3）進行計算。 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性能水準的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)

6、構(gòu)應(yīng)進行彈塑性計算分析。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)計要求，按式（3）進行計算。 b、部分豎向構(gòu)件及大部分耗能構(gòu)件進入屈服階段，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、可按彈塑性計算結(jié)果取值，也可按等效彈性方法計算結(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； 地震作用標準值產(chǎn)生的構(gòu)件剪力，不需乘與抗震等級有關(guān)的系數(shù)； 剪力墻端部暗柱中型鋼的強度標準值； 剪力墻端部暗柱中型鋼截面面積； 剪力墻墻內(nèi)鋼板的強度標準值； 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性能水準的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)進行彈塑性計算分析。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)計要求，按式（3）進行計算。b、較多的豎向構(gòu)件進入屈服階段，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、標在不同等級地震作用下的抗震性能水準抗震性能目標內(nèi)容備注A級小震按規(guī)范對全部構(gòu)件的抗震承載力進行小震彈性設(shè)計考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)中震對所有構(gòu)件的承載力進行中震彈性設(shè)計無內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不計入風(fēng)荷載作用效應(yīng)，但有荷載分項系數(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)計無內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(fēng)荷載作用效應(yīng)B級小震按規(guī)范對全部構(gòu)件進行小震彈性設(shè)計考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項系數(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)計無內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無任何調(diào)

9、整系數(shù)、不計入風(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)計無內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(fēng)荷載作用效應(yīng)、彈塑性層間位移角應(yīng)滿足限值C級小震按規(guī)范對全部構(gòu)件進行小震彈性設(shè)計考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項系數(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)計無內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(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、抗剪屈服不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(fēng)荷載作用效應(yīng)、彈塑性層

10、間位移角應(yīng)滿足限值D級小震按規(guī)范對全部構(gòu)件進行小震彈性設(shè)計考慮內(nèi)力調(diào)整系數(shù)、荷載分項系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)多個“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、抗剪屈服不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(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)件破壞嚴重不屈服無任何調(diào)整系數(shù)、不計入風(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重破壞，可由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工程實際情況分析確定，如：底部加強

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、承托上部多個樓層框架柱的腰桁架、長短柱在同一樓層且數(shù)量相當時該層各個長短柱、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（如抗震等級四級）的抗震驗算；不屈服指內(nèi)力、材料強度均按標準值計算，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)計要求比較設(shè)計參數(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程分析地震加速度時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（四級抗震）1.0（四級抗震）0.2Qo調(diào)整有無無薄弱層內(nèi)力放大有無無荷載分項系數(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材料強度取值材料強度設(shè)計值材料強度設(shè)計值材料強度標準值風(fēng)荷載作用效應(yīng)

13、有無無小震彈性：中震彈性：中震不屈服：按中震彈性進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，雖取消了內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，但保留了荷載分項系數(shù)，材料強度按設(shè)計值取值，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。按中震不屈服進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在取消內(nèi)力調(diào)整系數(shù)的基礎(chǔ)上，使荷載分項系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)取為1.0，并且材料強度取為標準值，從而使得構(gòu)件在中震作用下達到彈性極限狀態(tài)，屬于承載力極限狀態(tài)設(shè)計。所以，中震不屈服設(shè)計是中震彈性設(shè)計的承載能力極限狀態(tài)，中震彈性設(shè)計要比中震不屈服設(shè)計抗震要求更嚴、安全儲備更大。三、中震彈性和中震不屈服怎么用計算分析軟件PKPM來實現(xiàn)中震彈性的PKPM操作步驟：第一步，進行完小震下的構(gòu)件承載能

14、力和結(jié)構(gòu)彈性變形計算之后，從新進入“SATWE”的菜單1“接PM生成SATWE數(shù)據(jù)”。如下圖所示：第二步，點擊“分析與設(shè)計參數(shù)補充定義”。如下圖所示：第三步，在總信息中選取“不計算風(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；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、剪力墻抗震等級改為“四級”（可選項）。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)文件并進行計算。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；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、剪力墻抗震等級改為“四級”（可選項）。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、荷載分項系數(shù)比較小震計算荷載組合：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）此處對組合后的內(nèi)力進行抗震等級系數(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)力也會增大2.85倍左右小震下不計入雙向地震作用和偶然偏心影響小震下計算了雙向地震作用和偶然偏心影響最終的內(nèi)力設(shè)計值不是2.85倍的因素可能有：a、 小