建筑抗震设计规范的发展沿革和最新修订

1、建筑抗震设计规范 的发展沿革和最新修订王亚勇 , 戴国莹(中国建筑科学研究院 工程抗震研究所 , 北京 100013 )摘要 :在回顾了我国建筑抗震设计规范的发展沿革的基础上 ,简要介绍了建筑抗震设计规范 历次版本的主要特点 ,着重阐述 GB 50011 2001规范的最新修订情况。这些修订包括 :建筑抗震设防水准、设计基本地震加速度、基本要求和概念设 计、场地分类和评估、地震作用和抗震验算等基础性内容 ,各类建筑结构的抗震设计规定、计算方法和抗震措施 ,新增加了结构抗震性能设计要求以及大跨度空间结构、地下建筑等内容。1976 年 7·28唐山地震造成未设防或设防能力低的各类房 屋建

2、筑严重破坏和倒塌 ,通过对地震区建筑震害的调查研究 ,吸取经验教训 ,对 TJ 11 78工业与民用建筑抗震设计规范 及时进行了修订。2008年 5·12汶川地震全面考验了各类建筑结构 ,凡按照现行规范设计建造的建筑都能达到“小震不坏 ,中震可修 ,大震不倒 ”的设防目标。在震中地区 ,由于实际地震影响烈度远高于设防烈度 ,致使具备一定抗震设防能力的建 筑结构不可避免地产生了破坏。通过对这些震害的研究 ,对多道抗震防线、强柱弱梁、剪力墙连梁、砌体结构整体性、楼梯间、非结构构件等抗震设计问题提供了有益的启示 ,及时地体现在 GB 50011 2001建筑抗震设计规范 的修订中。抗震性

3、能设计方法被明确地编入新修订的建筑抗震设计规范 ,充实了中国特色的“三水准两阶段 ”抗震设防理念。关键词 :建筑抗震设计规范 ; 建筑震害 ; 规范修订中图分类号 : TU 31814文献标志码 : AEvo lu tion and p resen t up dation ofCode fo rseism ic de sign of bu ild ingsWAN G Yayong, DA I Guoying( In stitu te of Ea rthquake Enginee ring, Ch ina A cadem y of B u ild ing R e sea rch, B e iji

4、ng 100013 , Ch ina)A b stra ct: A genera l review of deve lopm en t and evo lu tion of seism ic design code s in Ch ina is p rovided in the p ap e r. M ajo r fea tu res con tained in severa l version s and the p resen t up da te of Code fo r seism ic de sign of bu ild ingsa resumm a rized. M a in it

5、em s rega rd ing to ea rthquake levels, de sign ea rthquake acce le ration, essen tial requ irem en ts of se ism ic de sign, site a ssessm en t and classifica tion, se ism ic re spon se sp ec tra, se ism ic a la lysis as we ll a s regu lation s of se ism ic ca lcu lation s and detailing fo r each ty

6、p e of structu res, includ ing sp aciou s and underground bu ild ings have beense riou sly revised in the p ast. The revision of the Code TJ 11 78 was tim e ly execu ted based on the investiga tion ondam ages and co llap ses of d ifferen t bu ild ings cau sed in the 1976 Tangshan Earthquake. B u ild

7、 ings and infra struc tu res we re p u t in to the real tests in the M ay 12 , 2008 Grea t W enchuan Earthquake, revealing that the th ree se ism ic goa ls in te rm s of op erational unde r the m ino r earthquake, rep airab le under the modera te ea rthquake and life2safety under the m a jo r ea rth

8、quake can be ach ieved as long as the de sign and con struc tion fo llow ing the code requ irem en ts. B u ild ing dam ages and fa ilu res, of cou rse, occu rred unavo idab ly due to the m uch h ighe r in ten sity than exp ec ted by de sign code.B a sed on exten sive reconna issance investigation of

9、 bu ild ing dam age in the region s w ith mode rate to seve re ea rthquake in ten sities, regu lation s of theCode fo r se ism ic de sign of bu ild ings( GB 50011 2001 ) a re up da ted regard ing to them u lti2fo rtifica tion, strong co lum n2weak beam , link beam of shea r wa lls, in tegra tion and

10、 duc tility of m ason ry structu re s, exit ways and stair shaft, non2struc tu ra l e lem en ts, e tc. The concep t of p erfo rm ance2ba sed seism ic design has been imp lem en ted in the new ve rsion of the code that imp rove s and en riches the seism ic design app roach of so2 ca lled two stages f

11、o r th ree ea rthquake leve ls.Keyword s: Code fo r seism ic design of bu ild ings; ea rthquake dam age of bu ild ing; revision of code基金项目 :住房和城乡建设部建筑抗震设计规范 ( GB 50011 2001 )修订课题。作者简介 :王亚勇 ( 1943 ) ,男 ,福建厦门人 ,研究员。E2m a il: yayongwang sina. com收稿日期 : 2010 年 4 月7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

12、结构客观实际之间的差 距。未颁布。1974 年 , TJ 11 74工业与民用建筑抗震设计 规范 (试行 ) (简称74 规范 ) 1 ,原国家建委批准颁布。1978 年 , TJ 11 78工业与民用建筑抗震设计 规范 (简称78 规范 ) 2 ,国家建委批准颁布。1989 年 , GBJ 11 89建筑抗震设计规范 (简称89 规范 ) 3 , 建设部批准颁布 , 1990 年开始实施 ,并于 1993 年作局部修订。2001 年 , GB 50011 2001建筑抗震设计规范 (简称2001 规范 ) 4 ,建设部和国家质检总局联合 发布。于 2008 年 5·12 汶川地震后

13、作了局部修订 ,成为 GB 50011 2001建筑抗震设计规范 ( 2008 版本 ) 5 。2010 年 , GB 50011 2010建筑抗震设计规范 ,目前已完成报批手续。0 引言2008 年 5·12 汶川大地震中 ,在地震区各个不同时期设计建造的各类房屋建筑和工程设施经受了考 验。震害调查表明 ,经过抗震设防 ,特别是在 1990 年 以后 ,按 1989 年颁布的 GBJ 11 89建筑抗震设计 规范 设计建造的建筑表现良好 ,即使在极震区实际烈度高出设防烈度 3 4 度 (地震动强度超出预计的10 倍 )的情况下 , 除了极个别建筑物外 , 绝大多数建 筑受到中等至严

14、重破坏 , 但不倒塌 , 达到了“小震不坏 ,中震可修 ,大震不倒 ”的三水准抗震设防目标 ; 而此前的建筑物多数遭受严重破坏 ,直至倒塌。因此 ,认真研究震害特征 ,总结设计与施工中的问题 , 探讨建筑抗震设计规范 的合理性 ,对于灾后恢复重建、 建造更为抗震的建筑结构以及规范修订 , 都具有重 要意义。面对如此严重的破坏 ,应该清醒地认识到 ,除了实际地震烈度高于预计的设防烈度、特殊的地震动衰减规律、地震波传播特征及地形反应等原因 之外 ,建筑结构本身在设计和施工方面的缺陷 , 也是 不能回避的原因。对此加以客观的、科学的分析 , 对 解释和认识震害是十分必要的。在地震灾区对各类 房屋建筑

15、震害的调查发现 , 即便在同一地点 ,有的建 筑损坏严重、甚至倒塌 ,有的较轻 ; 在高烈度区 , 理论 上抗震性能较好的钢筋混凝土框架结构却倒塌了 , 而抗震性能相对较差的砌体结构却“裂而不倒 ”; 抗 震设计要求钢筋混凝土框架结构的“梁铰机制 ”没有 出现 ,而是出现了大量的“柱铰 ”; 高层建筑剪力墙结 构连梁的不同破坏形态 ; 抗震缝设置带来的问题等 等 ,都值得深思 ,并在规范修订工作中得到体现。本 文回顾了我国建筑抗震设计规范发展的沿革 , 简要 地介绍了在各个不同历史时期起着重要作用的三个 版本抗震规范的主要内容和特点。2 建筑抗震设计规范 的主要特点我国建筑抗震设计规范发展大体

16、经历了三个阶段。如果以规范的版本划分 , 第一阶段以78 规范 为代表 ,第二阶段是89 规范 ,第三阶段是2001 规 范 。三个版本抗震规范既具有延续性 , 又不断丰富 创新 ,反映了我国工程抗震科学技术和工程实践的 发展和进步。211 第一阶段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。震后 , 大批科研和工程技术人员在灾区展开了全面的、有针对性的专题调查工作 ,在总结建筑震害基础上 ,对74 规范 进行了及时修 订 ,形成了78 规范 。可以说 , 除了将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外 , 在

17、设计原理和方法 上 ,78 规范 与74 规范 没有原则差别 , 主要是将 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 ,结构影响系数的划分更为详尽 , 并增 加了较高的砖房设置构造柱等许多抗震构造措施的 内容。( 1 )适用范围适用于全国 7 9 度设防区。( 2 )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。( 3 )场地划分和场地土液化判别 对场地划分为抗震有利、不利和危险地段 ; 场地1 建筑抗震设计规范 的发展沿革我国于 1974 年正式颁布的第一本工程抗震设计规范是 TJ 11 74工业与民用建筑抗震设计规范 (试行 ) 。在此之前 ,工程设

18、计主要参考苏联的地震 区建筑抗震设计规范 。1959 年和 1964 年 , 我国曾两次编制包括各类工程结构的地震区建筑抗震设 计规范 (草案 ) , 虽然未正式颁布 , 但对工程抗震设 计仍起了一定的作用 1 。以下是从 1959 年以来我国主要抗震设计规范编制和颁布大事记 :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 ) ,8土按岩土性状简单分为 I, II, III三类。场地土液化判别 , 针对地下 15m 范围内饱和砂 土 ,采用标准贯入试验 ,当标贯锤击数小于以下临界 值时 ,可判为可液化土 :著效果 ,是价格低廉而又

19、行之有效的抗震结构形式 ,构造柱与圈梁形成约束砌体结构一直沿用至今。212 第二阶段89 规范 89 规范 可视为我国规范发展第二阶段的代 表 ,于 1990 年开始实施 ,78 规范 继续过渡 3 年后废止 ;过渡期结束时在 1993 年作了局部修订。1976年唐山地震以后 , 全国的高校、科研、设计单位在地 震工程各个领域 , 尤其是各类建筑结构和生命工程 设施的抗震开展了广泛深入的研究。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。经过 10 多年的努力 ,我国的地震工程和工程抗震科学技术取得了长足的进步。继唐山地震以后 , 在我国又发生了江苏

20、 溧阳、云南澜沧 2耿马、丽江等 6 级以上的多次地震 , 造成了各类建筑和工程设施的震害和重大经济损失 ,同时也提供了新的建筑抗震经验 , 检验了78 规范 。在此期间 , 世界各国的抗震设计规范发展迅 速 ,抗震设计方法不断得到改进。如美国应用技术 委员会 (A TC3 ) 、欧洲混凝土协会和国际预应力协会 ( CEB 2F IP) 、日本和前苏联等国家相继颁布了新的抗 震设计规范 , 1980 年第七届世界地震工程会议收集 汇编了 31 个国家的抗震设计规范。改革开放使我国 的工程技术人员有机会与国际同行开展交流 , 了解 和学习国外的先进经验。78 规范 历经 11 年的实施 ,在建筑

21、抗震设计方面积累了丰富的经验。对78 规范 的修订工作具有十分重要的意义 , 使89 规 范 较78 规范 在许多方面得到改进。( 1 )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

22、的效果却非常明显。( 2 )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、中 震、大 震 的 重 现 期 分 别 为 50 年、475 年、1641 2475 年 ,对应的烈度差分别是 1155 度 (中震 2 小震 )和约 1 度 (大震 2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起跑线上。( 3 )场地划分和场地土液化判别 对场地划分为抗震有利、不利和危险地段 , 但是9= N 0 1 + 01125 ( ds -3 ) - 0105 ( dw -N

23、 c r2 ) ( 1 )( 4 )地震荷载引入与场地土条件相关的加速度反应谱 (地震 影响系数 ) 来计算地震荷载 ; 对应三类场地土给出由三条谱加速度曲线组成的设计反应谱 , 对应的反应谱曲线的拐点周期分别为 012 s、013 s和 017 s,长周 期部分的曲线以 1 / T 的规律下降 ( T 为结构自振周 期 ) 。地震影响系数 曲线如图 1 所示。图 1 78规范 地震影响系数曲线F ig. 1 D e sign re spon se sp ec tra of Code TJ 1178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

24、 构底部剪力 (即总水平地震力 )为 :Q0 = C1W( 5 )结构抗震强度验算 采用安全系数法或容许应力法进行抗震强度验算。采用安全系数法时 , 安全系数取不考虑地震荷载时数值的 80 % ,但不小于 111;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 % 。可见 ,78 规范 采用的是单一安全系数的截面 设计表达式。安全系数法和容许应力法基本上都是确定性的方法。由于不同结构的材料和受力特性不 同 ,总安全系数 K差异很大 ,经过折减的安全系数同 样差异很大 ; 材料强度的离散性也很大。这两种方法均无法考虑地震作用的随机性以及材料和构件强 度的离散性 , 从而不能真实反映

25、不同结构的抗震安全性。( 6 )抗震构造措施 对砖房、钢筋混凝土框架房屋和厂房、土木房屋等提出了某些抗震构造措施。其中 , 对超过一定高度的多层砖房提出了构造柱的设计概念和详细的构 造要求 ,与传统的圈梁相结合 ,形成对砖砌体加强约 束 ,提高了砌体结构的延性和整体性。构造柱可以说是一个创造性的、具有中国特色的工程抗震技术 ,以较少的代价 , 取得提高砌体结构的抗震能力的显( 2 )© 1994-2015 China Academic 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

26、按岩土种类划分更为 科学。场地土的液化采用初判和再判的两步判别方 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。再判采用标准贯入试验判别法 ,地下 15m 深度范围内液化土标贯锤击数临界值改为 :限状态设计方法 ,取消结构影响系数 C, 而采用多遇烈度下的地震作用 ,即“小震作用 ”,相当于将78 规 范 的设防烈度 (中震 ) 下地震作用乘于各类结构影响系数 C 的平均。应用不同荷载与地震作用效应组 合的多系数表达式为 :S = G CG GE+Eh CEh Ehk +Ev CEv Evk+ww Cw w k( 4 )但是 ,

27、由于各类结构原有的地震影响系数不同和各种构件的安全系数不同 , 导致各类结构和构件 达到“小震不坏 ”设防目标时 , 其承载力极限状态的可靠度指标与非抗震设计时不同。为此 , 引入结构 构件抗震承载力调整系数 R E 反映这种差异 , 按式( 5 )确定。3 /c= N 0 019 + 011 ( ds - dw ) N c r( 3 )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 ) 。( 4 )地震作用地震不是一种外加的荷载 , 而是在地震时由于 结构自身惯性力所产生的响应 (内力和变形 ) , 所以 明确地震作用为间接作

28、用 ,不再属于“荷载 ”的范畴。 场地分类由三类变为四类 , 对应四类场地土、区分远 震和近震 ,定义反应谱特征周期 Tg , 见表 1。表 1 特征周期值Ta b le 1 C h a ra c te ris tic p e rio d s o f de s ig n sp e c traS R /R E( 5 )由此可见 ,虽然78 规范 是按“中震作用 ”进行抗震验算 , 但采用结构影响系数 C 对地震作用进行 折减 ,相当于按比中震降低 1 2 度的地震进行承载力验算 ;而89 规范 则直接取“小震作用 ”(大约为 “中震作用 ”的 0135 倍 ,即降低 1155 度 ) 进行抗震验

29、算 ,并采用适当反映不同材料结构延性的调整系数R E , 总体上保持了78 规范 各类结构的抗震安全 度水准。这种变化在抗震设计理念上有明显的改进 ,又基本保持了抗震规范的延续性 ,并使结构抗震安全度略有提高。第一阶段抗震设计时 , 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。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。89 规范 所提出的两阶段抗震设计是对78 规 范 的重大修改 ,除了在强度验算时将确

30、定性的设计方法改为基于概率可靠度的设计方法外 , 还增加了变形验算的内容。( 6 )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。( 7 )抗震概念设计 有别于静力作用下的“计算设计 ”,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。场地类别IIIIIIIV

31、近震特征周期 / s远震特征周期 / s01200125013001400140015501650185相应地给出由 8 条谱加速度曲线组成的设计反应谱 (地震影响系数 ) , 长周期部分 ( T > Tg ) 的曲 线以 ( 1 / T ) 019 的规律下降 ,最长周期定义至 310 s,如图 2 所示。地震影响系数曲线在长周期部分设定了下限值 012m ax , 对于周期大于 3 s的结构 ,其设计反 应谱要求专门研究。图 2 89规范 地震影响系数曲线F ig. 2 D e sign re spon se sp ec tra of Code GBJ 1189( 5 )两阶段抗震设

32、计结构抗震设计要求进行小震 (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 , 称之为两阶段抗震设计。第一阶段抗震设计 ,按照 GBJ 68 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10( 8 )计算要点和构造措施特别要指出的是 ,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。( 9 )相关抗震设计规范在

33、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 GBJ 11 89建筑抗震设计规范 的基本思路和规定。2 13 第三阶段200 1 规范 1997 年 7 月开始对89 规范 进行修订 , 并于2001 年 4 月完成报批。2001 年 7 月 20 日建设部批 准并与国家质量技术监督局联合颁布 GB 50011

34、2001建筑抗震设计规范 ,自 2002 年 1 月 1 日起施行。2001 年 2 月 2 日 , 国家质量技术监督局颁布了 GB 18306 2001中国地震动参数区划图 , 于 2001 年 8 月 1 日实施 ,2001 规范 与该区划图配套实施。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 ; 1996 年中国丽江地震中 ,按照规范设计建造或加固的砌体结构建筑损坏较轻 , 是对89 规范 最好 的检验。在此期间 ,美国 UBC 和 IBC、日本 B SL 和欧 洲 Eu r

35、ocode 8 规范的修订也提供了诸多借鉴。( 1 )适用范围维持89 规范 规定 , 适用于全国 6 9 度设防 区。应该指出的是 ,自上世纪 90 年代以来 ,在我国 6度发生的几次大地震中 , 未经抗震设防的农房和老旧建筑 ,大量破坏倒塌 ,而只要采取一定抗震措施的 建筑物 ,震害都较轻。可见 ,对于 6 度区设防的决策 是十分正确和必要的。( 2 )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。( 3 )场地划分和场地土液化判别 场地分类方法的调整和改进 , 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

36、化土的处理也作出相应的规定。 场地类别仍分为 I、II、III、IV 四类 , 但场地土平均剪 切波速改用等效剪切波速 , 物理意义更加明确 ; 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 :3 /c= N 0 ( 214 - 011 dw )( 6 )N c r对于存在液化土层的地基同样进行液化等级(危害性 )划分。( 4 )地震作用新的 GB 18306 2001中国地震动参数区划图 不再使用地震烈度 I的概念 ,也不再采用远震和近震区分 ,而采用三个地震分组定义特征周期值 T

37、g。地震动参数用基本地震加速度 A g 和特征周期 Tg 表示 ,分 别给出两张区划图。但是为了规范的延续性和适应 工程应用习惯 , 规范仍然引用抗震设防烈度 I 的概念。烈度 I和设计基本地震加速度 A g 存在一定的对 应关系 ,见表 2。表 3 则给出不同设计地震分组和四类场地所对应的特征周期。表 2 地震烈度 I和设计基本地震加速度 A gTa b le 2 S e ism ic in te n s ity I a n d d e s ig n a c ce le ra tio n地震烈度 I6 度7 度8 度9 度多遇地震 A g / cm·s - 2罕遇地震 A g /

38、cm·s - 235 ( 55 )220 ( 310 )70 ( 110 )400 ( 510 )18140620表 3场地特征周期 Tg Ta b le 3 C h a ra c te ris tic p e rio d Tg 场地类别IIIIIIIV第一组 T / s012501300135013501400145014501550165016501750190g 第二组 Tg / s 第三组 Tg / s注 : 8、9 度罕遇地震作用时 ,特征周期增加 0105 s。相应地给出地震影响系数曲线如图 3 所示。图 3 2001规范 地震影响系数曲线F ig. 3 D e sign

39、 re spon se sp ec tra of Code GB 50011 2001与89 规范 相比 ,2001 规范 有如下重要调整与补充 :设计反应谱周期延至 6 s。根据地震学研究和 强震观测资料统计分析 ,在周期 6 s范围内 ,可给出比 较可靠的数据 , 基本满足绝大多数高层建筑和长周 期结构的抗震设计需要。对于周期大于 6 s的结构 , 抗震设计反应谱应进行专门研究。理论上设计反应谱存在两个下降段 , 即速度11© 1994-2015 China Academic Journal 控制段和位移控制段 ,在加速度反应谱中 ,前者衰减指数为 1 ,后者衰减指数为 2。设计

40、反应谱是用来预 估建筑结构在其设计基准期内可能经受的地震作用 ,通常根据大量实际地震记录的反应谱进行统计 并结合工程经验判断加以规定。为保持规范的延续性 ,设计反应谱在 T 5 Tg 范围内与89 规范 相同 ,但取消了下限值 012m ax , 而把下平台改为倾斜段 ,使 T > 5 Tg 后的反应谱值有所下降 ,较符合实际地震加 速度反应谱的统计规律。在 T = 6 Tg 附近 ,2001 规范 反应谱地震影响系数比89 规范 约增加 15 % ,地震作用有所加大。为了与新的地震动参数区划图接轨 , 应根据 区划图特征周期分区和不同场地类别确定设计反应 谱特征周期 Tg , 即特征周

41、期不仅与场地类别有关 ,而 且还与分区有关 ,同时反映了震级大小、震中距和场 地条件的影响。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。为适当调整和提高结 构的抗震安全度 ,各分区中 I、II、III类场地的特征周 期值较89 规范 约增大了 0105 s。同理 , 罕遇地震 作用时 ,特征周期 Tg 值也适当延长。该处理比较接 近近年来得到的大量地震加速度资料的统计结果。考虑到不同结构类型建筑的抗震设计需要 , 提供了阻尼调整系数 ,以阻尼比为 0105 为标准 ,给出 不同阻尼比 ( 0101 0120 ) 地震影响系数曲线。根据 实际强震记录的统计分析结果 , 这种

42、调整可分两段 进行 :在反应谱平台段 ( = m ax ) , 调整幅度最大 ; 在反应谱上升段 ( T < Tg ) 和下降段 ( T > Tg ) , 调整 幅度变小 ;在曲线两端 ( 0 s和 6 s) ,不同阻尼比下的 系数趋向接近。表达四段曲线可以表达为 :构任一楼层的水平地震剪力为 :n> GV( 9 )Ek ijj = i其中 ,最小地震剪力系数 应按表 4 取值。表 4 楼层最小地震剪力系数值 Ta b le 4 M in im um ra tio o f s to ry s h e a r fo rc e 最小地震剪力系数结构类别7 度8 度9 度扭转效应明

43、显或基本周期小于315 s的结构01016( 01024 )01012( 01018 )01032( 01048 )01024( 01032 )01064基本周期大于 315 s的结构01040( 7 )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提高 (缩小了 需要进行结构时程分析的范围 ) ,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。( 8 )抗震概念设计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

44、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 ( Pu sh2 ove r)方法。钢筋混凝土结构。扩大适用范围 , 包括框架、 框 2墙、板柱 2框架、板柱 2墙、筒体和抗震墙等结构类 型 ;重新制定了各种结构类型的抗震等级划分标准 ; 进行构件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作了调整 ;在构造措施方面也有若干修改。多层砌体结构。适用范围有所调整 , 有条件 地放宽了混凝土空心砌块结构和底部框架 2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 ,在构造措施方面也有若干修改和补充。多层和高

45、层钢结构房屋。新增了多层和高层 钢结构房屋抗震设计内容。隔震和消能减震设计。新增了隔震和消能减 震设计内容。上升段 : 0145 + 10 (2水平段 : 2m ax- 0145 ) T m ax下降段 : ( Tg / T ) 2m ax倾斜段 : 2 012 - 1 ( T - 5 Tg ) m ax( 5 )两阶段抗震设计维持两阶段抗震设计方法 , 小震作用下的截面 抗震验算仍采用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达式和引用承载力抗震调整系数 , 只是符号 按照 GB 50068 2001建筑结构可靠度设计统一标准 相应作了改变 ,如式 ( 7 ) 、( 8 )所示。3 建筑抗震设计规

46、范的最新修订= G S GE +Eh S Ehk +Ev S EvkS R /R E( 6 )楼层最小地震剪力控制+ww Sw k( 7 )( 8 )S311 修订主要内容按住房和城乡建设部建标 2006 77 号文件通 知 , 2007 年 7 月对2001 规范 开始修订 , 2008 年 4 月形成初稿。正准备在全国范围内征求意见时 , 2008年 5 月 12 日发生了汶川地震 ,修订工作暂时中断 ,编制组成员迅速进入灾区开展震害调查工作 , 取得大由于地震影响系数反映了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

47、 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。为此规定抗震验算时 , 结12量的建筑破坏资料 ,为规范修订提供依据。汶川地震表明 ,严格按照2001 规范 进行设计、 施工和使用的建筑 , 在遭遇比当地设防烈度高一度 的地震作用下 ,没有出现倒塌破坏 , 有效地保护了人 民的生命财产安全。汶川地震的经验再次表明 , 1976 年唐山地震后 , 将房屋从 6 度开始抗震设防和按高 于设防烈度一度的“大震 ”不倒塌的设防目标进行抗震设计的决策是正确的。但是震害资料也显示 , 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

48、 别 ,各类结构的重要部位和薄弱部位、例如楼梯间等 应予加强 ,结构防止连续倒塌和强柱弱梁设计问题 应予重视等等。根据住房和城乡建设部落实国务院汶川地震 灾后恢复重建条例 的要求 ,在认真总结建筑震害经 验的基础上 ,对2001 规范 作了应急的局部修订 ,于2008 年 7 月 30 日颁布了 GB 50011 2001 ( 2008 版 )建筑抗震设计规范 。局部修订的修订内容有 :( 1 )依据地震动参数区划图的局部修订 , 对四 川、陕西、甘肃地震灾区的设防烈度予以变更 ;( 2 )增加山区场地建筑抗震设计的专门要求 ;( 3 )从概念设计的角度 ,提出建筑结构体系需要 注意和改进之处

49、 ;( 4 )提高楼梯间抗震安全性的对策 ;( 5 )抗震结构材料性能和施工要求的局部调整 ; ( 6 )增加一定数量的强制性条文。在完成 2008 版局部修订之后 ,2001 规范 的修 订工作步入正轨 ,认真吸取汶川地震的震害经验 , 按要求于 2009 年 12 月完成审查并报批。2008 版和 2009 年修订基本延续了2001 规范 的主要抗震设计理念和方法 , 如 : 6 度区设防要求、 “小震不坏 ,中震可修 ,大震不倒 ”的三水准设防基本 原则和两阶段设计方法、小震作用下的截面抗震验算采用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达 式和引用承载力抗震调整系数、以及对楼层最小地 震剪

50、力的控制等保持不变。此外 ,对场地分类和场地土液化判别、地震影响 系数曲线作了微调 ; 小震作用下的截面抗震验算增 加了以竖向地震为主的效应组合工况 ; 进一步细化 了概念设计和各类结构抗震措施的内容 ; 增加了大 跨度屋盖建筑、地下建筑和钢支撑 2混凝土框架和钢 框架 2混凝土筒体结构、钢筋混凝土框排架结构和多 层钢结构厂房抗震设计内容 ; 新增了对有专门要求 的建筑进行抗震性能设计的要求 , 并提供了关于性 能化设计的原则规定和参考指标。具体内容如下 :场地对于不利地段 ,如 : 河岸、坡脚等容易产生滑坡、塌方的地点建设 , 提出了避开要求严禁在危险地段建造甲、乙类的建筑 ,不应建造丙类建

51、筑。对于发震 断裂规定了建筑物的最小避让距离。如确有必要在避让距离内建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑 时 ,应提高一度采取抗震措施 ,并不得跨越断层线。边坡设计 山区建筑场地应设置符合抗震设防要求的边坡工程 ,并与边坡保留一定距离 ,避免次生地质灾害。场地划分和液化判别进一步细化场地类别 , 区分波速 vs > 800m / s的 “硬质岩石 ”和波速 vs = 500 800m / s 的“软质岩 石 ”,将 I类场地分为 I0 和 I1 两个亚类。初勘阶段波 速测试孔数量改为不少于 3 个。场地类别按表 5 划 分。表 5 各类建筑场地覆盖层厚度Ta b le 5 C o ve r

52、in g so il th ickn e s s o f co n s truc tio n s ite s岩石的剪切波速或土的等效剪切波速m / s - 1场地类别I0I1IIIIIIVvs > 8000< 5m5m> 50m0800 vse500 vse250 vse> 500> 250> 150< 3m 3 50m vse 150 < 3m 3 15m 15 80m > 80m场地土液化判别时 , 选用对数形式来表示标贯锤击数临界值随深度的变化 , 并引进与设计地震分 组相关的调整系数 。在地面下 20m 深度范围内 ,标 准贯入锤击

53、数临界值按式 ( 10 )计算。= N 0 ln ( 016 ds + 115 )3 /c( 10 )- 011 dw N c r增补了 8 度 ( 0130 g ) 和 9 度时饱和粉质粘土的震陷判别方法及相应的处理对策。312 抗震设计基本要求 ( 1 )建筑规则性 对不规则的建筑应采取加强措施 ; 特别不规则的建筑应进行专门研究和论证 , 采取特别的加强措 施 ;严重不规则的建筑方案则不允许采用。( 2 )预制装配式结构的整体性装配式结构构件 ,例如混凝土预制板的楼、屋盖 应从楼盖体系和连接构造上采取措施 , 保证结构的整体性。( 3 )楼梯间汶川地震中 ,由于楼梯间倒塌破坏 , 人员伤

54、亡严 重。因此 ,结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响 , 以及楼梯构件本身的地震作用效应 , 防止楼梯构件 破坏倒塌 ;同时应加强楼梯间填充墙的连接构造 , 防 止墙体塌落。楼梯间应设计成为“安全岛 ”。13© 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ( 4 )防震缝建筑物是否设置防震缝 , 应根据建筑布置的不 规则程度和特点确定。如果设置 ,应留有足够宽度 , 防止地震时碰撞 ,引起结构主体破坏。( 5 )非结构构件 充分估计框架结构围护墙和隔墙对结构主体可能产生的不利影响 ,加强构造措施 ,避免墙体倒塌。3 13 地震作用和结构抗震验算( 1 )地震作用仍按 GB 18306 2001中国地震动参数区划图 所定义的基本地震加速度 A g 和三个设计地震分组定 义的特征周期值 Tg 确定地震动参数。为配合建筑抗震性能设计 , 补充了对应于设防 烈度 (中震 )的地震动参数。还补充规定 6 度