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新闻时间:2021-02-26,来源:建筑培训,作者:

规范编修者说第一期:抗震规范的总纲,你理解正确吗?

按语 : 新开设“规范编修者说”栏目,就《建筑抗震设计规范》、《建筑抗震鉴定标准》等抗震防灾技术标准的若干热点技术问题,由规范(标准)的主要编修人员进行详细的技术解读,谈谈 那些专业事儿! 本解说系列,目前拟定的议题有十个,我们将陆续推送,敬请关注!

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CECS-KZ∣规范编修者说之一:抗震规范的总纲,你理解正确吗?

1.抗震规范的总纲?那是个什么鬼?

所谓的抗震规范总纲,就是《建筑抗震设计规范》所秉承的抗震设防思想,是贯穿抗震规范始终的技术灵魂和理论链条,它解决和回答的是建筑抗震防灾的一些根本性问题,比如,为什么要进行抗震设防?进行什么样的抗震设防?如何进行抗震设防等等。
具体来说, 我国抗震规范的总纲,就是通常所谓的“三水准两阶段”!

2.它们在哪儿?

2.1三水准设防
三水准设防是我国89规范以来一直秉承的基本设防目标,均在规范的第1条(1.0.1条)进行规定,明确了抗震设防的基本思想和基本原则,即通常所说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”
2.2  两阶段设计
两阶段设计,是我国规范贯彻落实“三水准目标”的具体技术手段,其方法和步骤是:

第一阶段设计

第一步:采用第一水准烈度的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力等荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而 满足第一水准的强度要求;
第二步:是采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角,使其不超过规定的限值;同时采取相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而 自动满足第二水准的变形要求。

第二阶段设计

采用第三水准烈度的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于《抗震规范》限值;并结合采取必要的抗震构造措施,从而 满足第三水准的防倒塌要求。
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010在第 3.6.1 条和第 3.6.2 条分别对第一阶段和第二阶段设计进行了具体的技术规定:

3 . 三水准设防目标的由来及涵义

我国的《工业与民用建筑抗震设计规范》(试行)TJ11-74(以下简称74规范)和《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ11-78(以下简称78规范)曾明确规定,“建筑物遭遇到相当于设计烈度的地震影响时,建筑物允许有一定的损坏,不加修理或稍加修理仍能继续使用”。这一标准表明,当地震发生时,建筑物并不是完整无损,而是允许有一定程度的损坏,特别是考虑到强烈地震不是经常发生的,因此遭受强烈地震后,只要不使建筑物受到严重破坏或倒塌,经一般修理可继续使用,基本上可达到抗震的目的。

但是,在74规范颁布之后的第二年,即1975年,在我国重工业区的辽宁海城发生7.3级大地震,1976年又在人口稠密的唐山地区发生了7.8级大地震。这两次大地震的震中烈度都比预估(基本烈度)的高,特别是唐山大地震竟比预估高出5度。基于这种基本烈度地震具有很大不确定性的事实,89规范在修订过程提出要对78规范的设防标准进行适当的调整,显然是非常必要的。

另一方面,在89规范修订的同期,即上世纪70年后期至80年代中期,国际上关于建筑抗震设防思想出现了一些新的趋势,其中最具代表性的当属美国应用技术委员会(Applied Technology Council, ATC)研究报告ATC 3-06。在总结1971年San Fernando地震经验教训,回顾、反思1976年以前UBC等规范抗震设计方法的基础上,ATC 3-06第一次尝试性地对结构抗震设计的风险水准进行了量化,同时,还明确提出了建筑的三级性能标准:1)允许建筑抵抗较低水准的地震动而不破坏,2)在中等水平地震动作用下主体结构不会破坏,但非结构构件会有一些破坏,3)在强烈地震作用下,建筑不会倒塌,确保生命安全。另外,对某些重要设备,特别是应急状态下对公众的安全和生命起主要作用的设备,在地震时和地震后要保持正常运行。

基于上述趋势,89规范结合我国的经济能力,在78规范的基础上对抗震设防标准做了如下一些规定:

(一)保持78规范的基本目标, 即在遭受本地区规定的基本烈度地震影响时,建筑(包括结构和非结构部分)可能有损坏,但不致危及人民生命和生产设备的安全,不需修理或稍加修理即可恢复使用;
(二)根据基于概率设计要求,要求常遇地震下结构保持弹性, 即在遭受较常遇到的、低于本地区规定的基本烈度的地震影响时,建筑不损坏;
(三)基本烈度地震的不确定性,要求罕遇地震下结构不倒塌, 即在遭受预估的、高于基本烈度的地震影响时,建筑不致倒塌或发生危及人民生命财产的严重破坏。
上述三点规定可概述为 “小震不坏,中震可修、大震不倒” 这样一句话,即89规范以来,我国建设工程界秉承的抗震设防思想。
按照上述抗震设防思想,从结构受力角度看,当建筑遭遇第一水准烈度地震(小震)时,结构应处于弹性工作状态,可以采用弹性体系动力理论进行结构和地震反应分析,满足强度要求构件应力完全与按弹性反应谱理论分析的计算结果相一致;当建筑遭遇第二水准烈度地震(中震)时,结构越过屈服极限,进入非弹性变形阶段,但结构的弹塑性变形被控制在某一限度内,震后残留的永久变形不大;当建筑遭遇第三水准烈度地震(大震)时,建筑物虽然破坏比较严重,但整个结构的非弹性变形仍受到控制,与结构倒塌的临界变形尚有一段距离,从而保障了建筑内部人员的安全。如图1所示为三水准下钢筋混凝土框架结构的破坏程度与层间位移角的大致对应关系。 

图1:三水准下钢筋混凝土框架结构的破坏程度

与层间位移角的大致对应关系

4 .关于三水准两阶段理解的常见错误:“小震不坏”=“小震弹性”

当前,在工程实践中比较常见的一个错误现象,就是相当一部分工程技术人员,想当然的将“小震不坏”与“小震弹性”等同,认为所有的建筑结构构件在小震作用下都应该保持弹性状态,否则,就是违反了“小震弹性”的要求。
其实,从规范的具体规定(1.0.1条、3.6.1条)可以看出:
(1) 小震不坏是设防目标,小震弹性是实现“小震不坏”的技术手段,二者不能等同。
(2) 小震弹性中的“弹性”是伪弹性,是假定的!
规范3.6.1条的规定“此时, 可假定 结构与构件处于弹性工作状态”,已经表明,这种弹性只是一种假定,并非真实!规范在弹性假定的基础上,尚有若干基于宏观经验和概念设计的调整措施,比如连梁刚度折减、框支转换构件的地震内力放大等等。 

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