《高规比较》PPT课件.ppt

,新老高层建筑混凝土结构设计规范对比及理解主讲人:张维斌,1.0.2 本规程适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑结构和房屋高度大于24m的其他民用高层建筑结构。非抗震设计和抗震设防烈度为6至9度抗震设计的高层民用建筑结构,其适用的房屋最大高度和结构类型应符合本规程的有关规定。本规程不适用于建造在危险地段场地的高层建筑结构。本次修订主要原因是为了与我国现行有关标准协调。1.民用建筑设计通则(GB50352-2005)规定:10层及10层以上住宅建筑和建筑高度大于24m其他民用建筑(不含单层公共建筑)为高层建筑;高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95 2005版)规定10层及10层以上居住建筑和高度超过24m公共建筑为高层建筑2.有的住宅建筑层高较大或住宅底部几层布置层高较大商场(商住楼)其层数虽不到10层,但房屋总高度已超过28m,仍应按本规程进行结构设计。,3.高度大于24m其他民用建筑是指办公楼、酒店、综合楼、商场、会议中心、博物馆等高层民用建筑,这些建筑中有的层数虽不到10层,但层高较高,建筑内部空间较大,变化多,为适应结构设计需要,有必要将这类高度大于24m的结构纳入到本规程适用范围。4.高度大于24m的体育场馆、航站楼、大型火车站等大跨度空间结构，其结构设计应符合国家现行有关标准的规定，本规程的有关规定可供参考。5.由于没有在危险地段建造高层建筑工程实践经验,也没有相应研究成果,故也没有制定专门条款针对特殊地段。,(新增)抗震设计的高层建筑混凝土结构,当其房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求时,可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。1.提出抗震性能设计概念。抗震性能设计在“超限高层建筑结构”设计中已较广泛采用。国际上,日本从81年起将基于性能抗震设计原理用于超过60m高层建筑。美国从90年代陆续提出一些有关抗震性能设计文件,近几年由洛杉矶、旧金山市重要机构发布高层建筑(约高度超过49m)采用抗震性能设计指导性文件。08年美国国际高层建筑及都市环境委员会提出高度超过50m高层建筑抗震性能设计的建议。高层建筑采用抗震性能设计已形成一种发展趋势。2.所谓房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求的高层建筑混凝土结构包括:1)超限高层建筑结构;2)有些工程虽不属于超限高层建筑,但由于其结构类型或有些部位结构布置复杂性,难以直接按规程常规方法设计;3)一些位于高烈度区甲、乙类设防或处于抗震不利地段工程,难以确定抗震等级或直接按规程常规方法设计。,3.为适应上述工程抗震设计的需要，有必要规定可采用抗震性能设计方法进行分析和论证。当采用抗震性能化设计时,具有更具体或更高的抗震设防目标。4.正确应用性能设计方法有利于判断高层建筑结构的抗震性能,有针对性地加强结构的关键部位和薄弱部位,为发展安全、适用、经济的结构方案提供创造性的空间。5.抗震性能化设计的具体方法见规程第3.11节6.原规程条和条关于抗震设防烈度和设防分类,本次修订移至4.1节。,(修改)高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；构件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土构件。(原3.9.4、合并、修改)高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料,构造上宜与主体结构柔性连接,并应满足自身的承载力、稳定要求和适应主体结构变形的能力。3.2.5 抗震设计时混合结构中钢材应符合下列规定:1.钢材屈服强度实测值与抗拉强度实测值比值不应大于0.85;2.钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20;3.钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。1.本节为新增,将原规程有关材料的规定统一移至本节。2.提出对混凝土、钢筋、钢材材料的要求,强调应用高强钢筋、高强高性能混凝土以及轻质非结构材料。3.规定混凝土强度、钢筋等级,补充混合结构中型钢钢材抗震性能要求:型钢及钢管宜采用Q345和Q235等级,也可采用Q390、Q420等级或符合结构性能要求的其他钢材;型钢梁宜采用Q235和Q345等级的钢材。,3.3.2 A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表的规定,B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表的规定。平面和竖向均不规则的高层建筑结构,其最大适用高度应适当降低。表3.3.2-1 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度,表3.3.2-1 B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度1.房屋高度是指室外地面至主要屋面顶板的高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度；对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处。对于局部突出的屋顶部分的面积或带坡顶的阁楼的使用部分(高度1.8m)的面积超过标准层面积的1/2时，应按一层计算。,2.增加了8度0.3g抗震设防区的房屋适用高度内容;3.调整了房屋最大适用高度要求,框架结构高度适当降低;板柱-剪力墙结构高度增大较多。4.对“平面和竖向均不规则的高层建筑结构,其最大适用高度应适当降低。”的理解。5.和新抗规的区别1)对部分框支剪力墙结构的定义不同;2)抗规无第3、4条规定。6.各种结构体系的适用的最大高度,是指根据上述各表确定建筑的结构体系,按现行规范、规程的各项规定进行设计时,结构选型是合适的。如果所设计的建筑结构房屋高度超过了上述各表的规定,仍按现行规范、规程的有关规定设计,则不完全合适。此时，该类结构的设计应有可靠依据，采取有效的加强措施，并按规定报请有关部门审查。,3.3.3 钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表的规定。1.将A级高度与B级高度的适用高宽比限值进行了合并处理,不再强调“最大高宽比”概念,不再区分A级和B级高度;将筒中筒结构和框架-核心筒结构的高宽比限值分开规定,适当提高了筒中筒结构的适用高宽比。表3.3.3 钢筋混凝土高层建筑结构适用的高宽比,2.高层建筑结构高宽比的规定，是对结构整体刚度、抗倾覆能力、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标。实际上当满足高规对侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性能的规定时，高宽比的规定可不作为一个必须满足的条件，也不作为判断结构规则与否及超限高层建筑抗震专项审查的一个指标。3.高层建筑高宽比的计算：高层建筑的高宽比为房屋的高度H与建筑平面宽度B之比。1)房屋的高度H:对不带裙房的塔楼,为地面以上高度(不计局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等);对带有裙房的高层建筑,当裙房的面积和刚度超过其上部塔楼的面积和刚度的2.5和2.0倍时,可取裙房以上部分的高度作为计算高宽比时房屋的高度H。2)房屋的平面宽度B,一般矩形平面按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比,对突出建筑物平面很小的局部构件(如楼梯间、电梯间等),一般不作为建筑物计算宽度。,3.4.3 抗震设计混凝土高层建筑,平面布置宜符合下列要求:1.平面宜简单、规则、对称，减少偏心;2.平面长度不宜过长,突出部分长度l不宜过大(略);L、l等值宜满足表3.4.3的要求；3.建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。表3.4.3 L、l 的限值 角部重叠和细腰形平面是对抗震不利的建筑平面(图略),在中央部位形成狭窄部分,地震中易产生震害,尤其在凹角部位,因应力集中易使楼板开裂、破坏,不宜采用。如采用,这些部位应采取加大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁、配置45斜向钢筋等加强措施。3.4.4 抗震设计时,B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑结构,其平面布置应简单、规则,减少偏心。,3.4.5 结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震力作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。注:当楼层的最大层间位移角不大于本规程第条规定的限值的0.4倍时,该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松,但不应大于1.6。1.修改楼层位移比的计算要求及可以适当放松的条件及限值;2.新抗规仅原则性规定:当最大层间位移远小于规范限值时,位移比可适当放宽。,3.4.6 当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时,应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%;楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%;在扣除凹入或开洞后,楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m,且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。3.4.7 艹字形、井字形等外伸长度较大的建筑,当中央部分楼板有较大削弱时,应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施,必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。1.第条对结构平面布置不规则性提出限制条件。2.结构方案中仅有个别项目超过“不宜”的限制条件,结构虽属不规则,但仍可按规程有关规定计算和采取相应构造措施;若有多项超过“不宜”的限制条件,此结构属特别不规则,应尽量避免,并采取比规程规定更严格的措施。参考超限高层抗震审查要点,以下两种情况都属于特别不规则:1)超过、条中三项“不宜”限制条件;2)具有表3.1.4(略)所列的一项不规则;3.不规则程度超过“特别不规则”条件较多,属严重不规则结构,结构方案不应采用,必须对结构方案进行调整。,(原4.4.2)抗震设计时,对框架结构,楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比1不宜小于0.7,与上部相邻三层侧向刚度比的平均值不宜小于0.8;对框架-剪力墙和板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构,楼层与上部相邻楼层侧向刚度比2不宜小于0.9,楼层层高大于相邻上部楼层层高1.5倍时,不应小于1.1,底部嵌固楼层不应小于1.5。V为楼层地震剪力;为层间位移。1.调整楼层刚度变化的计算方法(1、2)和限制条件;2.原规程对框架结构是合理的;对框-剪结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框-筒结构、筒中筒结构,楼面体系对侧向刚度贡献小,当层高变化时刚度变化不明显,按(3.5.2-2)定义的楼层侧向刚度比作为判定侧向刚度变化依据,控制指标应做相应的改变,按刚度比不小于0.9控制;层高变化较大时,对刚度变化提出更高的要求,由0.9变为1.1;底部嵌固楼层,层间位移角计算结果小,故对底部嵌固楼层侧向刚度比做了更严格规定,由0.9改为1.5。,3.5.3 A级高度高层建筑楼层抗侧力结构层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力80%,不应小于其相邻上一层受剪承载力65%;B级高度高层建筑楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力75%。注:楼层抗侧力结构的层间受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。对高层建筑结构提出限制条件。柱受剪承载力可根据柱两端实配受弯承载力按两端同时屈服失效模式反算;剪力墙可根据实配钢筋按抗剪设计公式反算;斜撑的受剪承载力可计及轴力的贡献,应考虑受压屈服的影响。3.5.4 抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。3.5.5 抗震设计时,当结构上部楼层收进部位到室外地面高度H1与房屋高度H比0.2时,上部楼层收进后水平尺寸B1不宜下部楼层水平尺寸B0.75倍(图略);当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,下部楼层水平尺寸B不宜上部楼层水平尺寸B10.9倍,且水平外挑尺寸a不宜4m(图略)。本条所指的收进和悬挑指竖向构件位置有较大变化。第条对结构平面布置不规则性提出限制条件。,(新增)楼层质量沿高度宜均匀分布,楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。质量沿竖向不规则限制条件;新抗规条文说明有此规定。(新增)不应采用同一部位楼层刚度和承载力变化同时不满足本规程第条和条规定的高层建筑结构。限制采用同一部位(楼层)刚度和受剪承载力变化均不规则的高层建筑结构。其中条为刚度限制条为受剪承载力限制。3.5.8 楼层侧向刚度变化、承载力变化及竖向抗侧力构件连续性不符合本规程第条、条、条要求的,该楼层应视为薄弱层,其对应于地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数,并应符合本规程第条规定的最小地震剪力系数要求。由原规程第条修改,薄弱层地震剪力增大系数由1.15调整为1.25。,3.6.2 房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计时宜采用现浇楼盖结构;6、7度抗震设计时可采用装配整体式楼盖,且应符合下列要求:1.预制板搁置在梁上或剪力墙上的长度分别不宜小于35mm 和25mm;2.预制板板端宜预留胡子筋,其长度不宜小于100mm;3.预制板板孔堵头宜留出不小于50mm的空腔,并采用强度等级不低于C20的混凝土浇灌密实;4.楼盖的预制板板缝宽度不宜40mm,板缝40mm时应在板缝内配置钢筋,并宜贯通整个结构单元。预制板板缝、板缝梁的混凝土强度等级应高于预制板的混凝土强度等级;5.楼盖每层宜设置钢筋混凝土现浇层。现浇层厚度不应小于50mm,并应双向配置直径68mm、间距150200mm的钢筋网,钢筋应锚固在剪力墙内。1.原、合并、修改、完善;2.根据汶川震害,扩大现浇楼盖范围,8、9度抗震设计时所有结构宜采用现浇楼盖结构,并非仅框-剪结构。,3.7.3 按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比宜符合以下规定;1.高度不大于150m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于表的限值;2.高度不小于250m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/500;3.高度在150250m之间高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比的限值可按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。注:楼层层间最大位移u以楼层最大的水平位移差计算,不扣除整体弯曲变形。抗震设计时,楼层位移计算可不考虑偶然偏心影响。(强调)明确结构侧向位移限制条件是针对风荷载或地震作用标准值作用下的计算结果表 楼层层间最大位移与层高之比的限值,3.7.4 高层建筑结构在罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算，应符合下列规定：1.下列结构应进行弹塑性变形验算：1)79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；2)甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；3)采用隔震和消能减震设计的建筑结构；4)房屋高度大于150m的结构。2.下列结构宜进行弹塑性变形验算:1)本规程表4.3.4(略)所列高度范围且不满足本规程第条规定的竖向不规则高层建筑结构;2)7度、类场地和8度抗震设防的乙类建筑结构;3)板柱-剪力墙结构。注:楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力与按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力的比值。增加房屋高度大于150m结构的弹塑性变形验算要求。,3.7.6 房屋高度150m高层混凝土建筑应满足风振舒适度要求。在荷载规范规定的10年一遇风荷载标准值作用下,结构顶点顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应超过表限值(略)。结构顶点顺风向和横风向振动最大加速度可按高钢规有关规定计算,也可通过风洞试验结果判断确定,计算时阻尼比宜取0.010.02。增加风振舒适度计算时结构阻尼比取值要求,对混凝土结构取.02,对混合结构根据房屋高度和结构类型取.01.02。3.7.7(新增)楼盖结构宜具有适宜的刚度、质量及阻尼,其竖向振动舒适度应符合下列规定:1.钢筋混凝土楼盖结构竖向频率不宜小于3Hz；2.不同使用功能、不同自振频率的楼盖结构,其振动峰值加速度不宜超过表限值。楼盖结构竖向振动加速度可按本规范附录C计算。增加了楼盖竖向振动舒适度要求。表3.7.7 楼盖竖向振动加速度限值,3.9.3 抗震设计时,高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据抗震设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表确定。当本地区的设防烈度为9度时,A级高度乙类建筑的抗震等级应按特一级采用,甲类建筑应采取更有效的抗震措施。1.按不同的设防烈度、房屋高度、结构体系规定了不同的抗震等级,实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求。是结构构件抗震构造的依据2.调整构件抗震等级的划分,框架结构从严,板柱-剪力墙结构放宽幅度较大。3.和抗震规范的区别1)无多层建筑结构(24m以下);2)无大跨度框架抗震等级的规定;3)甲、乙类建筑的抗震等级。,表3.9.3 A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构抗震等级,3.9.4 抗震设计时,B级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表确定。表3.9.4 B级高度的高层建筑结构抗震等级注:底部带转换层的筒体结构,其框支框架和底部加强部位的抗震等级应按表中框支剪力墙结构的规定采用。本条无变动,3.9.5 抗震设计的高层建筑,当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时,地下一层的抗震等级应按上部结构采用,地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级,但不应低于四级;地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分,其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。原条部分内容修改。与抗震规范协调、一致。3.9.6 抗震设计时,与主楼连为整体的裙房的抗震等级,除应按裙房本身确定外,相关范围不应低于主楼的抗震等级;主楼结构在裙房顶板上、下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时,应按裙房本身确定抗震等级。1.地下室为大底盘其上有多个塔楼,若嵌固部位在地下室顶,地下一层高层部分及影响范围内抗震等级与高层底部相同。地下一层其余部分及地下二层以下各层按条确定。2.所谓“相关范围”,一般指主楼周边外延三跨结构,相关范围以外可按裙房自身结构类型确定抗震等级;裙房偏置时,其端部有较大扭转效应,需要加强。抗规:“相关范围”一般可从主楼周边外延3跨且不大于20m。,1.7度乙类建筑的部分框支剪力墙结构、板柱剪力墙结构和8度乙类建筑高度超过表规定的范围时,应经过专门研究采取比一级更有效的抗震措施。2.底部带转换层的高层建筑结构,其抗震等级应符合表的有关规定,托柱转换层转换柱和转换梁的抗震等级按框支剪力墙结构中的框支框架采纳。对部分框支剪力墙结构,当转换层的位置设置在3层及3层以上时,其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按表和表的规定提高一级采用,已为特一级时可不提高。3.抗震设计的框架-剪力墙结构,在规定的水平力作用下,当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时,框架部分的抗震等级宜按框架结构的规定采用;当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时,框架部分的抗震等级应按框架结构的规定采用。,抗震规范第6.1.3条关于混凝土结构抗震等级的补充规定1 框架和抗震墙组成的结构抗震等级的三种情况1)少量框架,属抗震墙结构,抗震等级仍按抗震墙结构确定;2)框架-抗震墙结构有足够抗震墙(抗震墙底部承受的地震倾覆力矩结构底部总地震倾覆力矩的50%),按表6.1.2框架-抗震墙结构确定抗震等级;3)墙体很少(框架部分承受的地震倾覆力矩结构总地震倾覆力矩50%”),框架部分抗震等级按框架结构确定。对于这类结构本次修订明确:将“在基本振型地震作用下”改为“在规定的水平力作用下”,“规定的水平力”的含义见本规范3.4节;底层框架部分所承担地震倾覆力矩结构总地震倾覆力矩50%时仍属框架结构;删除“最大适用高度可比框架结构适当增加”;规定其抗震墙的抗震等级。框架结构中设少量抗震墙,是为了增大框架结构刚度、满足层间位移角限值,仍属框架结构,但层间位移角限值需按底层框架部分承担倾覆力矩大小,在框架结构和框架-抗震墙结构两者的层间位移角限值之间适当内插。,2 主裙楼相连,主楼在裙房顶板对应上下各一层抗震构造措施需适当加强。主裙楼设防震缝,大震作用下可能发生碰撞,该部位也需采取加强措施。“相关范围”一般可从主楼周边外延3跨且不大于20m,相关范围以外区域可按裙房自身的结构类型确定其抗震等级。裙房偏置时,其端部有较大扭转效应,也需要加强。3 地下室的抗震等级。4 乙类建筑抗震等级:根据设防分类标准规定,乙类建筑应提高一度查表6.1.2确定抗震等级(内力调整和构造措施)。本章6.1.1条规定,乙类建筑钢筋混凝土房屋可按本地区抗震设防烈度确定适用最大高度,当出现7度乙类框支结构和8度乙类框架、框架-抗震墙、部分框支抗震墙、板柱-抗震墙结构提高一度后,其高度超过表6.1.2中抗震等级为一级的高度上界。此时内力调整不提高,只要求抗震构造措施“高于一级”,大体与高规特一级构造要求相当。,3.11节 建筑抗震性能化设计(本节为新增)1.适用范围:当结构平面或竖向不规则甚至特别不规则时,结构师应根据抗震概念设计规定,改进结构方案,尽量减少结构不符合概念设计的程度。对特别不规则结构,应根据结构性能要求,根据需要和可能,选定针对整个结构、结构关键部位、重要构件、次要构件以及建筑构件和机电设备支座性能目标。进行抗震性能设计。2.特点:抗震性能设计方法使抗震设计从宏观定性向具体量化多重目标过渡,设计者(或业主)应分析结构方案的特殊性、选用适宜结构抗震性能目标,并分析论证结构方案可满足预期的抗震性能目标要求。结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。抗震性能设计强调实施性能目标的深入分析和论证、结构计算、专家论证及必要试验等。经过论证可采用现行规范尚未规定的新结构、新技术、新材料。,3.结构抗震性能设计的三项主要工作:1)分析结构在房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等方面特殊要求,以确定结构设计是否需要采用抗震性能设计方法并以此作为选用性能目标主要依据。2)选用抗震性能目标。一般需征求业主和有关专家意见。3)分析论证。4.分析论证一般需要进行如下工作:1)分析确定结构超过规程适用范围及不规则性情况和程度;2)认定场地条件、抗震设防类别和地震动参数;3)深入的弹、弹塑性计算(静力及时程分析)并分析判断计算结果的合理性;4)找出结构可能出现的薄弱部位及需加强关键部位,提出针对性抗震加强措施;5)必要时的构件、节点或整体模型抗震试验,补充提供论证依据,如对规程未列入的新型结构方案且无震害和试验依据或对计算结果难以判断、抗震概念难以接受复杂方案;6)论证结构能满足所选用抗震性能目标的要求。,5.抗震性能目标的设定 规定地震地面运动下建筑结构抗震性能水准,即结构抗震性能目标。结构抗震性能目标分A、B、C、D四个等级,地震地面运动分三个水准(小震、中震及大震);结构抗震性能水准按宏观损坏程度分1、2、3、4、5五个水准。注:个别指5%以下,部分指30%以下,多数指50%以上。中等破坏的变形参考值,大致取规范弹性和弹塑性位移角限值的平均值,轻微损坏取1/2 平均值。,抗震性能目标分为四个等级,每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下结构抗震性能水准相对应。故地震下可供选定的高于一般情况的建筑结构预期性能目标见表。,完好,所有构件保持弹性状态:各种承载力设计值(拉、压、弯、剪、压弯、拉弯、稳定等)满足抗震承载力要求SR/RE,层间变形(以弯曲变形为主的结构宜扣除整体弯曲变形)满足多遇地震下位移角限值ue。这是各种预期性能目标在多遇地震下的基本要求小震弹性。基本完好,构件基本保持弹性状态:各种承载力设计值基本满足抗震承载力要求SR/RE(其中效应S不含抗震等级调整系数),层间变形可能略微超过弹性变形限值。轻微损坏,结构构件可能出现轻微塑性变形,但不屈服,按材料标准值计算的承载力大于作用标准组合效应。中等破坏,结构构件出现明显的塑性变形,但控制在一般加固即恢复使用的范围。接近严重破坏,结构关键竖向构件出现明显塑性变形,部分水平构件可能失效需更换,经大修加固后可恢复使用。,性能1:结构构件在预期大震下仍基本处于弹性状态,其细部构造仅需要满足最基本构造要求,工程实例表明,采用隔震、减震技术或低烈度设防且风力很大时有可能实现;条件许可时,也可对某些关键构件提出这个性能目标。性能2,结构构件在中震下完好,在预期大震下可能屈服,其细部构造需满足低延性要求。如某6度框-筒结构,其风力是小震2.4倍,风载层间位移是小震2.5倍。结构所有构件承载力和层间位移均满足中震(不计入风载效应组合)设计要求;考虑水平构件在大震下损坏使刚度降低和阻尼加大,按等效线性化方法估算,竖向构件最小极限承载力仍可满足大震下要求。故结构总体上可达到性能2要求。性能3,在中震下已有轻微塑性变形,大震下塑性变形明显,故其细部构造需满足中等延性构造要求。性能4,在中震下损坏已大于性能3,结构总体抗震承载力仅略高于一般情况,故其细部构造仍需满足高延性要求。,6.结构抗震性能目标的选用1)应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性、附属设施功能要求、投资大小、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。2)具有很强的针对性和灵活性:可对整个结构,也可对某部位或关键构件,灵活运用各种措施达到预期性能目标着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。3)所谓“关键构件”由结构师分析确定。如:针对特别不规则、复杂结构,对抗侧力结构水平和竖向构件提出性能目标,提高整体或关键部位抗震性能(水平转换构件及支承的竖向构件、大跨连体结构连接体及支承的竖向构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、加强层伸臂和周边环带结构的竖向支撑构件、腰桁架、同一楼层数量较多的长短柱、扭转变形很大部位的竖向(斜向)构件、重要斜撑构件等);将楼梯间作为“抗震安全岛”,提出大震下具有安全避难通道具体要求;地震时需连续工作的机电设施,其相关部位层间位移需满足规定层间位移限值要求;对震后残余变形提出满足设施检修后运行位移要求,大震后可修复运行位移要求等。,7.不同抗震性能目标的结构设计(1)选定性能设计指标:1)选定提高结构或关键部位承载力、变形能力或同时提高承载力和变形能力的具体指标,应计及不同水准地震作用取值的不确定性而留有余地;确定在不同地震动水准下结构不同部位水平和竖向构件承载力要求(含不发生脆性剪切破坏、形成塑性铰、达到屈服值或保持弹性等);2)选择在不同地震动水准下结构不同部位的预期弹性或弹塑性变形状态;3)相应构件延性构造的高、中或低要求。当构件承载力明显提高时,相应的延性构造可适当降低。(2)综合考虑承载能力和变形能力两项指标:1)仅提高承载力,安全性相应提高,但使用上变形不一定满足;2)仅提高变形能力,结构在小震、中震下损坏情况大致不变,但抗御大震倒塌能力提高;3)性能设计往往侧重于通过提高承载力推迟结构进入塑性阶段并减少塑性变形,必要时需同时提高刚度以满足使用上的变形要求,变形要求可根据结构及构件在中、大震下进入弹塑性的程度加以调整。,(3)结构构件可按下列规定选择实现抗震性能要求的承载力、变形和构造的抗震等级;构件部位不同、竖向或水平构件;选用的抗震性能要求可相同或不同;1)以提高抗震安全性为主时,构件对应于不同性能要求的承载力参考指标,可按下表选用:结构构件实现抗震性能要求的承载力参考指标示例,2)当需按地震残余变形确定使用性能时,构件除满足提高抗震安全性要求外,不同性能层间位移参考指标,按下表选用:结构构件实现抗震性能要求的层间位移参考指标示例注：设防烈度和罕遇地震下的变形计算，应考虑重力二阶效应，可扣除整体弯曲变形。,3)构件细部构造对应于不同性能的抗震等级,按下表选用:结构中同一部位不同构件,可区分竖向构件和水平构件,按各自最低性能要求所对应的抗震构造等级选用:结构构件对应于不同性能要求的构造抗震等级示例,(4)结构构件承载力按不同要求进行复核时,地震内力计算和调整、地震作用效应组合、材料强度取值和验算方法，应符合下列要求:1)设防烈度下结构构件承载力,包括混凝土构件压弯、拉弯、受剪、受弯承载力,钢构件受拉、受压、受弯、稳定承载力等,按考虑地震效应调整的设计值复核时,应采用对应于抗震等级而不计入风荷载效应的地震作用效应基本组合,并按下式验算:GSGE+ESEk(I2,)R/RE 式中I2表示设防地震动,隔震结构包含水平向减震影响;按非抗震性能设计考虑抗震等级地震效应调整系数;考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响。其他符号同非抗震性能设计。,2)结构构件承载力按不考虑地震作用效应调整的设计值复核时,应采用不计入风荷载效应的基本组合,并按下式验算：GSGE+ESEk(I,)R/RE 式中I表示设防烈度地震动或罕遇地震动,隔震结构包含水平向减震影响;考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响。3)结构构件承载力按标准值复核时,应采用不计入风荷载效应的地震作用效应标准组合,并按下式验算:SGE+SEk(I,)Rk 式中I表示设防地震动或罕遇地震动,隔震结构包含水平向减震影响;考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响;Rk按材料强度标准值计算的承载力。,4)结构构件按极限承载力复核时,应采用不计入风荷载效应的地震作用效应标准组合,并按下式验算:SGE+SEk(I,)Ru式中I表示设防地震动或罕遇地震动,隔震结构包含水平向减震影响;考虑部分次要构件进入塑性的刚度降低或消能减震结构附加的阻尼影响；Ru按材料最小极限强度值计算的承载力;钢材强度可取最小极限值.钢筋强度可取屈服强度的1.25倍,混凝土强度可取立方强度的0.88倍。,(5)结构竖向构件在设防地震、罕遇地震作用下的层间弹塑性变形按不同控制目标进行复核时,地震层间剪力计算、地震作用效应调整、构件层间位移计算和验算方法,应符合下列要求:1)地震层间剪力和地震作用效应调整,应根据整个结构不同部位进入弹塑性阶段程度的不同,采用不同的方法。构件总体上处于开裂阶段或刚刚进入屈服阶段,可取等效刚度和等效阻尼,按等效线性方法估算;构件总体上处于承载力屈服至极限阶段,宜采用静力或动力弹塑性分析方法估算;构件总体上处于承载力下降阶段,应采用计入下降段参数的动力弹塑性分析方法估算。2)在设防地震(中震)下,混凝土构件的初始刚度,宜采用长期刚度。,3)构件层间弹塑性变形计算时,应依据其实际的承载力,并应按本规范的规定计入重力二阶效应;风荷载和重力作用下的变形不参与地震组合。4)构件层间弹塑性变形的验算,可采用下列公式:up(I,y,GE)u 式中up()竖向构件在设防地震或罕遇地震下计入重力二阶效应和阻尼影响、取决于其实际承载力的弹塑性层间位移角;对高宽比大于3的结构,可扣除整体转动的影响;u弹塑性位移角限值,应根据性能控制目标确定;整个结构中变形最大部位的竖向构件,轻微损坏可取中等破坏的一半,中等破坏可取规范表和表规定值的平均值,不严重破坏按小于规范规定值的0.9倍控制。,5)结构弹塑性计算分析应符合下列要求(条):1.高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法;高度超过200m时,应采用弹塑性时程分析法;高度在150200m之间,可视结构不规则程度选择静力或时程分析法;高度超过300m的结构或新型结构或特别复杂的结构,应由两个不同单位进行独立的计算校核；不同单位指该工程设计团队之外的另一个设计、咨询单位。2.弹塑性计算分析应以混凝土构件的实际配筋、型钢和钢构件的实际截面规格为基础,不应以估算的配筋和钢构件替代;3.复杂结构应进行施工模拟分析,应以施工全过程完成后的内力为初始状态;4.弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入,计算结果宜取多组波计算结果的包络值;5.应对计算分析结果进行合理性判断。,工程实例:美国旧金山强烈地震区某办公楼:地上48层,钢框筒结构,但1-7层半边无楼板,形成许多7层高的细长柱,7层以下无法构成框筒,且为高位转换。采取措施:12层以下设内钢框筒(密柱+斜撑);8-12层为现浇钢筋混凝土楼板并设钢水平撑;要求楼板传递全部剪力给内筒,12层以下内筒和外柱大震下为弹性,外框架仅允许10-15%梁屈服。,3.12 防连续倒塌设计(本节为新增)1.定义:因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。2.原因:可以是爆炸、撞击、火灾、飓风、地震、设计施工失误、地基基础失效等偶然因素。当偶然因素导致局部结构破坏失效时,整体结构不能形成有效的多重荷载传递路径,破坏范围就可能沿水平或者竖直方向蔓延,最终导致结构发生大范围的倒塌甚至是整体倒塌。3.适用范围:结构安全等级为一、二级可能遭受偶然作用的结构、为抵御灾害作用而须增强抗灾性能的结构。地质灾害等不可抗拒的灾害,不包括在抗倒塌设计的范围内。高层建筑结构应具有在偶然作用发生时适宜的抗连续倒塌能力。4.设计目标:偶然作用下结构体系可能局部破坏,但应具有依靠剩余结构继续承载避免发生大范围破坏或连续坍塌能力。,5.抗连续倒塌概念设计:1)通过必要的结构连接,增强结构的整体性;不允许采用仅靠摩擦连接传递重力荷载的传递方式;2)主体结构宜采用多跨规则的超静定结构;3)结构构件应具有适宜的延性,避免剪切破坏、压溃破坏、锚固破坏、节点先于构件破坏;4)结构构件应具有一定的反向承载能力;5)周边及边跨框架的柱距不宜过大;6)转换结构应具有整体多重传递重力荷载途径;7)钢筋混凝土结构梁柱宜刚接,梁板顶、底钢筋在支座处宜按受拉要求连续贯通;8)钢结构框架梁柱宜刚接;9)独立基础之间宜采用拉梁连接。,6.重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：1)拉结构件法:在结构局部竖向构件失效的条件下,按梁拉结模型、悬索拉结模型和悬臂拉结模型进行极限承载力计算,维持结构的整体稳固性。2)局部加强法:对可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力部位,可提高结构的安全储备;也可直接考虑偶然作用进行结构设计。3)去除构件法:按一定规则去除结构主要受力构件,采用考虑相应的作用和材料抗力,验算剩余结构体系的极限承载力;也可采用受力-倒塌全过程分析,进行防倒塌设计。安全等级一级且有特殊要求的高层建筑,可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。,7.抗连续倒塌的拆除构件方法应符合下列基本要求(第条):1)逐个分别拆除结构周边柱、底层内部柱以及转换桁架腹杆等重要构件；2)可采用弹性静力方法分析剩余结构的内力与变形；3)剩余结构构件承载力应满足下式要求：RS(3.12.3)S 剩余结构构件内力设计值，可按本规程计算 R 剩余结构构件承载力设计值，可按本规程采用；效应折减系数。对中部水平构件取0.67，对角部和悬挑水平构件取1.0，其他构件取1.0。注意:构件截面承载力计算时,混凝土强度可取标准值;钢材强度,正截面承载力验算时,可取标准值的1.25倍,受剪承载力验算时可取标准值。,8.结构抗连续倒塌设计时，荷载组合的内力设计值可按下式确定(第条)：S=d(SGK+qiSqik)+cwSqwk式中:SGK 永久荷载标准值产生的内力;Sqik竖向可变荷载标准值产生的内力;qi 可变荷载的准永久值系数;cw 风荷载组合值系数;Sqwk 风荷载标准值 d 竖向荷载动力放大系数,当构件直接与被拆除构件相连时，荷载动力放大系数取2.0,其他构件取1.0。,9.拆除构件不能满足结构抗连续倒塌要求时，该构件表面附加60kN/m2 侧向偶然作用标准值，构件承载力应满足式(3.12.6-1)的要求。(第条)Rd Sd(3.12.6-1)Sd=1.2SGK+0.5SQK+1.3SBK(3.12.6-2)式中:Rd构件承载力设计值，按本规程条计算；Sd 构件内力设计值；SGK永久荷载标准值产生的构件内力；SQK活荷载标准值产生的构件内力；SBK侧向偶然作用标准值产生的构件内力。本条参照美国国防部(DOD)制定的建筑物最低反恐怖主义标准（UFC4-010-01),侧向偶然作用进入整体结构计算,复核满足该构件截面设计承载力要求。,10.结构抗连续倒塌设计在欧美多个国家得到了广泛关注,英国、美国、加拿大、瑞典等国颁布了相关的设计规范和标准。比较有代表性的有美国新联邦大楼与现代主要工程抗