探究新老抗震规范对钢筋混凝土框架结构的影响——以新疆奎屯地区为例.pdf

第 4 0卷第 3期 2 0 1 4年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 45 探究新老抗震规范对钢筋混凝土框架结构的影响 以新 疆奎 屯地 区为例 丁 婵， 刘晓娟， 刘思远， 吾拉木喀迪尔 麦麦提敏 ( 新疆农业大学水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 以 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 建筑抗震设计规范 为代表的新一批建筑类设计规范 自2 0 1 0年起逐步开始实施。新 规范的修订对当地钢筋混凝土框架结构带来诸多影响。其中 建筑抗震设计规范 有地震作用计算方面的变化 构 件内力调整方面的变化 、 抗震构造措施方面的变化等， 本文将从规范条文入手， 以新疆奎屯地区为例 ， 详细分析这 些变化对该地区框架混凝土结构设计带来的实际影响。 关键词： 建筑抗震设计规范； 钢筋混凝土框架结构； 地震作用； 内力调整； 抗震构造措施 中图分类号 ： T U 3 7 5 4 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 4 5 04 To e x p l o r e t h e ne w a n d o l d bu i l d i n g c o d e s f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s t r u c t ur e T a k e Ku i T u n r e g i o n i n Xi n j i a n g f o r e x a mp l e D I N G C h a n ， L I U X i a o j u a n ， L I U S i y u a n ， Wu l a m k a d i e r Ma m t i m i n ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e ri n g ， X i i a n g A g ri c u l t u r a l U n i v e r s i t y ， U r u m q i 8 3 0 0 5 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Wi t h“ c o d e f o r s e i s m i c d e s i g n o f b u i l d i n g s( G B 2 0 1 1 2 0 1 0 ) ”a s t h e r e p r e s e n t a t i v e o f a n e w w a v e o f c o n s t r u c t i o n d e s i g n s p e c i fic a t i o n s i nc e 2 01 0 b e g a n t o i mp l e me n t s t e p by s t e p Ne w r e v i s i o n o f t h e s pe c i fic a t i o n o n t h e l o c a l i mpa c t o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e fla me s t r u c t u r e I n c l u d i n g“ c o d e f o r s e i s mi c d e s i g n o f b u i l d i n g s ” wi t h s e i s mi c a c t i o n c a l c u l a t i o n c h a n g e s c o mp o n e n t c h a n g e o f i n t e r n a l f o r c e a d j u s t m e n t ， s e i s m i c c o n s t r u c t i o n me a s u r e s T h i s p a p e r w i l l s t a r t f r o m s p e c i f i c a t i o n c l a u s e s ， d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e s e c h a n g e s o n t h e a c t u a l e f f e c t s o f c o nc r e t e fla me s t r u c t u r e d e s i g n Ke y w o r d s ： c o d e f o r s e i s mi c d e s i g n o f b u i l d i n g s ； r e i n f o r c e d c o n c r e t e fl a m e s t r u c t u r e ； e a h q u a k e a c t i o n ；i n t e r n a l f o r c e a d j u s t m e n t ； d e t a i l s o f s e i s mi c d e s i g n 0 引 言 目前 ， 我国最新修订的 G B 5 0 0 1 1 0 1 0 建筑抗 震设计规范 ( 下称 1 0抗规) 已经 自2 0 1 0年 1 2月 1 日起实施 。随着新规范的颁 布与实施 ， 国内很多处 于 G B 5 0 0 1 l _2 o 0 l 建筑抗震设计规范( 下称 0 1 抗规) 等实施期间的设计 ， 新规范 实施 期间施工的 建筑是否能满足抗震要求 引来各界争议。因此 ， 新 旧规范的主要差别及新规范对各类结构抗震设计所 带来的实际影 响倍受关注。研究这些差别和影响具 有非常现实的工程指导意义。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 4 - 1 0 作者简介 ： 丁婵( 1 9 8 7一) ， 女 ， 内蒙古 巴彦淖尔 人 ， 硕士研究生 ， 研 究方 向为结构抗震性能。 通讯作者： 刘晓娟( 1 9 5 9 一) ， 女， 四川盐亭人， 教授 ， 研究方向为工程 结构 。邮箱 ： l i u x i a o j u a n 9 1 2 6 C O B E m a i l b fl y 8 1 5 1 6 3 C O l ll 1 0抗规是 由中国建筑科学研究 院会同有关 设 计 、 勘察 、 研究和教学单位在 0 1 抗规 的基础上修订 而成的。在修订过程 中， 规范编制组总结了 2 0 0 8年 汶川地震震害经验 ， 对我 国灾区设 防烈度进行 了调 整 ， 增加 了有关山区场地 、 框架结构填充墙设 置、 抗 震结构施工要求 等方面 的强制性条文。此后 ， 编制 组又调查总结近几年来 国内外大地震( 包括汶川地 震 ) 的经验教训 ， 采纳地震 工程 的最新科研成果 ， 并 且考虑我国的经济条件和工程实践等 ， 最终形成 了 1 0抗规。 1 0抗规经修订后， 共有 1 4章 1 2个附录。主要 修订 内容有 ： 按照 中国地震动参数 区划图 调整了 设计地震分组 ； 调整了地震影 响系数 曲线的阻尼调 整参数 ， 补充了大跨度房屋建筑水平和竖 向地震 的 计算方法 ； 提高了? 昆 凝 土框架结构房屋抗震设计要 求； 新增建筑抗震性能设计原则等。 4 6 四川建筑科学研究 第4 0卷 1 抗震设 防烈度 抗震设防烈度是指按照国家规定的权限批准作 为一个地 区抗震设 防依据 的地震烈度 。一般情况 下 ， 取 5 0年内超越概率 为 1 0 的地震烈度 。历 次 地震说明 ， 我 国地震 区划图规定的烈度 区域有很 大 的不确定性 ， 抗震设计还处于摸索阶段 ， 地震理论还 有待完善 。地震是对结构抗震设 防的最好检验 ， 汶 川地震震害情况表明 ， 严格按现行规范进行设计 、 施 工和使用的建筑 ， 在遭遇 比当地设 防烈度高一度的 地震作用时 ， 没有出现倒塌破坏， 也验证 了“ 大震不 倒” 设防 目标的正确性。 抗震设 防烈度 的高低 并不完全说 明地震 的强 弱。以汶川地震为例 ， 按照 1 9 9 0中国地震区划图规 定的基本烈度及 0 1 抗规相关规定 ， 汶川位于基本烈 度 7度( 0 1 g ) 第一组地 区， 可震 中实 际烈度 为 1 1 度 ； 玉树地震也是一样 ， 按照 1 9 9 0中国地震 区划 图 规定 的基本烈度及 0 l 抗规 ， 玉树位于基本烈度 7度 ( 0 1 g ) 第一组地 区， 可震中实际烈度为9度。 对于新疆奎屯市而言， 新老规范关 于抗震设 防 烈度分 区的修定 ， 对本地区建筑结构抗震设计带来 的影响见表 1 。 表 1 新疆 自治 区奎屯市地震分组 T a b l e 1 X i n j i a n g Ku i t u n c i t y e a r t h q u a k e g r o u p 注 ： 特征周 期的选择是在本文研究工 程所处场地 类别为 二类的基 础 选择 的。 2 地震 影响系数 曲线 地震影响系数是建筑结构设计反应谱法 的基本 计算参数 ， 它根据烈度 、 场地类别 、 设计地震分组 、 结 构 自振周期以及 阻尼比确定。弹性反应谱法理论仍 是现阶段抗震设计 的最基本理论 ， 规范采 用的设计 反应谱法以地震影响系数 曲线 ( 图 1 ) 的形式给出。 0 01 r g 5 7 g 6 0 7 一 地震影响系数： a 一地震影响系数最大值； 一商线下降段的下降斜率调整系数： y 一衰减指数： 7 特征周期； 一阻尼调整系数； r一结构 自振周期 图 1 地震影响系数 曲线 F i g 1 T h e e a rth q u a k e i n flu e n c e c o e ffi c i e n t c u r v e 当建筑 结构 的阻尼 比按 照 有 关规 定 不 等于 0 0 5时， 1 O抗规对地震影响系数曲线的阻尼调整系 数和形状参数都做了相应的调整， 变化见表 2 。 表 2 地震 影响系数曲线系数的调整 T a b l e 2 S o me c o e ffic i e n t a d j u s t me n t o f s e i s mi c e ffe c t c oe ffi c i e nt c ur ve 注 ： 为 曲线 F 降段的衰减指数 ； f为阻尼 比； 町 l 为直线下降段的下 降斜率调 整系数 ， 小 于0时取 O； 2为阻尼调整系数 ， 当小于 0 5 5时 ， 应取 0 5 5 。 7 7 。 和 叩 与 的关系见图 2 ， 由图 2可以看出 抗规降低了小阻尼 ( 2 3 5 ) 的地震影 响系数 值 ， 最大降幅达 1 8 ； 略微提高了阻尼比 6 1 0 的地震影响系数值 ， 长周期部分最大增幅约为 5 ； 适当降低了大阻尼( 2 0 3 0 ) 的地震影响系数 值 。对于阻尼为 5 的结构 ， 地震影响 系数保持 不 变 。 3 钢筋混凝土框架结构抗震设计要求 3 1 房屋最大适用高度及框架抗震等级 抗规的修订对现浇混凝土框架结构房屋的最大 图 2 地震影 响系数 曲线调整系数 F i g 2 T h e e a rt h q u a k e i n fl u e n c e c o e ffic i e n t c u r v e a d j u s t me n t 2 0 1 4 N o 3 丁 婵， 等： 探究新老抗震规范对钢筋混凝土框架结构的影响以新疆奎屯地区为例 4 7 适用高度带来 的变化见表 3 ， 对现浇混凝土框架结 构房屋的抗震等级带来 的变化见表 4 。 表3 现浇混凝土框架结构房屋的最大适用高度 T a b l e 3 Th e ma x i m u m h e i g h t o f c a s t - i n - s i t u c o r e t e f r a m e s t r u c t ur e ho us i ng n l 3 2 计算要点 本小节的内容涉及钢筋混凝土结构构件的内力 调整 ， 由于内力调整设计较多系数 ， 且各系数相互关 表 4 现 浇混凝土框架结构 房屋的抗震等级 Ta b l e 4 T h e s e i s m i c g r a d e o f c a s t - i n s i t u c o n c r e t e f r a me s t r uc t ur e ho us i ng 系错综复 杂， 梳 理清楚 有利 于掌握抗 震 性能设 计 “ 四强 ， 四弱” ( 强柱弱梁 ， 强剪弱弯 ， 强节点弱构件 ， 强墙弱连梁) 的基本要求 。内力调整系数统计结果 见 表 5 。 表 5 钢筋混凝土框架 结构 内力调整 系数 T a b l e 5 R e i n t o r c e d c o n c r e t e f r a me s t r u c t u r e i n t e r n a l f o r c e a d j u s t me n t c o e ff i c i e n t 框架 柱 底层柱 柱底截面 ( 6 2 3 ) ( 6 2 5 ) ( 6 2 6) 其他层框架 柱端截面 ( 6 2 2 ) ( 6 2 5) ( 6 2 6 ) 1 5 1 7 按公式 6 2 5 2 按公式 6 2 5 2 一 级 ( 1 6 5：1 11 5 ) ( 1 8 7：1 1 1 7 ) 计算 计算 ( 1 1 ) ( 1 1 V o ) 1 2 5 1 5 1 5=1 21 2 5 1 9 5 =1 3 1 5 二级( 1 3 7 5=1 1 X1 2 5 )( 1 6 5=1 1 X1 5 ) ( 1 6 5=1 1 X 1 5 )( 2 1 4 5=1 1 X 1 9 5 ) 1 0 1 0 1 1 5 1 3 1 2 6 5= 1 11 1 5 1 56=1 2 X1 3 三级( 1 2 6 5=1 1 X1 1 5 )( 1 4 3：1 1 X1 3 )( 1 3 9 2=1 1 X1 2 6 5 X1 7 1 6：1 1 X 1 5 6 ) 1 2 1 3 2=1 1 X1 2 四级 ( 1 3 2=1 1 X1 2 ) ( 1 4 5 2=1 1 X1 3 2 ) 按公式 6 2 22 按公式 6 2 2 2 按公式 6 2 52 按公式 6 2 5 2 一 级 二级 ( 1 三级 ( 1 四级 计算 计算 M 计算 计算 ( 1 I M ) ( 1 1 M ) ( 1 1 ) ( 1 1 V c ) 1 2 1 5 1 4 4 =1 21 2 1 9 5：1 3 x1 5 3 2=1 1 X1 2 ) ( 1 6 5=1 1 X1 5 )( 1 5 8 4=1 1 X1 4 4) ( 2 1 4 5：1 1 X1 9 5) 1 O 1 O 1 1 1 3 1 21=1 1 1 1 1 5 6= 1 21 3 2 1 =1 1 X1 1 ) ( 1 4 3=1 11 3 )( 1 3 3 1=1 1 X1 2 1 ) ( 1 7 1 6：1 1 X1 5 6) 1 2 1 3 2 ：1 】1 2 ( 1 3 2=1 1 X1 2 ) ( 1 4 5 2=1 1 X1 3 2) 注 ： 1 按梁端 弯矩设计值计算的剪力设计值 ； 2 柱下端截面组合的弯矩设计值； 3 节点左右梁端截面顺时针方向组合的弯矩设计值之和 M b ； 4 括 号“ () ” 中数值用于角柱 ； 5 底层柱 的配筋取柱上端和下端的大值 ； 6 本表格规 范条款号均取 自 建筑结构抗震设计规 范； 7 表 中所用到的公式见 建筑 抗震 设计规范 6 2相同编号公式 。 3 3抗震构造措施 即使按“ 墙柱弱梁” 思想设计的框架结构 ， 在强 震作用下， 柱端仍有可能出现塑性铰， 因此保证柱的 抗倒塌能力是框架抗震设计 的关键。l 0抗规通过 优化框架柱的抗震构造措施， 使其具有较大的弹塑 性变形能力和耗能能力 ， 达到在大震作用下 ， 即使逐 4 8 四川建筑科学研究 第 4 0卷 段出现塑性铰 ， 也不会引起框架倒塌的目标。 3 3 1 柱截 面尺 寸 1 0抗规根据汶川地震的经验 ， 对一 、 二 、 三级且 层数超过 2层的房屋 ， 增大 了柱截面最小 尺寸 的要 求 ， 以有利于实现“ 墙柱弱梁” 。0 1抗规规定 ： 柱截 面的长度和高度均不宜小 于 3 0 0 m m， 圆柱直径不宜 小于 3 5 0 mm。1 0抗规规定 ： 柱截 面的宽度 和高度 ， 四级或不超过 2层时不宜小于 3 0 0 m m， 一 、 二 、 三级 且超过 2层时不宜小于 4 0 0 mm， 圆柱的直径 ， 四级 或者不超过 2层时不宜小于 3 5 0 mm， 一 、 二 、 三级且 超过 2层时不宜小 于4 5 0 m m。 3 3 2轴 压 比限值 限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性 变形能力和保 证框架 的抗倒 塌能力抗震设计 时， 除了预计不可能进人屈服 的柱外 ， 通常希望框架柱 最终为大偏心受压破坏。由于轴压 比直接影响到柱 的截 面设计 ， 所 以 1 0抗规仍 以 0 1规范的限制为依 据 ， 根据不同情况进行适当调整， 同时控制轴压比的 最大限值。0 1抗规和 1 0抗规中关于框架结构柱轴 压 比限值( 不宜超过表中规定 ) 的变化见表 6 。 表 6 框架结构柱轴压 比限值 Ta bl e 6 Fr a me c o l umn a xi a l c ompr e s s i o n r a t i o l i mi t 注 ： 轴压 比计算公式 N=， v ( ( ) 。 3 3 3钢 筋配置 1 ) 纵向钢筋 随着 国家提倡高强钢筋和高强混凝 土的应用 ， 纵 向钢筋的最小配筋率的要求也将随着混凝土强度 和钢筋强度有所变化 ， l 0抗规在 0 1 抗 规的基础上 做了适 当调整。 0 1 抗规和 1 0抗规 中关于框架结构柱截面纵 向 钢筋的最小配筋率 ( 百分率) ( 不宜超过表 的规定) 的变化 见 表 7 。 表 7 框 架结构柱截面纵 向钢筋 的最小配筋率 Tabl e 7 Fr a m e c o l um n s e c t i on mi ni mum r e i nf or c e m e n t r a t i o of I ong i t udi n al r e i n f or c e m e n t 注： 1 O 1 抗规要求 ， 采用 H R B 4 0 0级热 轧钢筋 是应允 许减少 0 1 ， 混 凝 土强度 等级高于 C 6 0时应增加 0 1 ； 2 1 0 抗规要求， 钢筋强度标准值小于4 0 0 M P a 时， 表中数据应增 加 0 1 ， 钢筋强度标准值为 4 0 0 MP a时 ， 表中数据应增加 0 0 5 ， 混凝 t强度 等级 高于 C 6 0时 ， E述数值应相应增加 0 1 。 2 ) 箍筋要求 1 O规范保 留了 0 1规范对箍筋 的要求 ， 补充了 一 级框架柱的箍筋要求 ， 规定其直径大于 1 2 m m且 箍筋肢距不大于 1 5 0 mm。 4 结 论 对新疆维吾尔 自治区奎屯市而言 ， 1 0抗规和 1 0 混规的实施对当地建筑结构的设计带来的影响总结 如下 。 1 ) 抗震设防地震分组 的变化 ( 由 8度 ( 0 2 g ) 第二组变更为 8度 ( 0 2 g ) 第三组 ) ， 直接影 响到特 征周期值 ， 由原来的 0 4 S 变为 0 4 5 S ， 从而影 响到 地震影响系数 。当阻尼 比为 0 0 5时 ， 该地区的地震 影响系数较 O 1 抗规实施环境下有所提高 ， 进而该地 区房屋设计的地震作用 ( 包括水平地震作用和竖向 地震作用) 和之前相比都有不同程度的提高。 1 0抗规降低 了小阻尼 ( 2 3 5 ) 的地震影 响系数值 ， 最大降幅达 1 8 ； 略微提高了阻尼比 6 1 0 的地震影响系数值 ， 长周期部分最大增幅约 为 5 ； 适 当降低 了大阻尼 ( 2 0 一 3 0 ) 的地震 影 响系数值 ， 在 5 周期 以内， 基本不变， 长周期部分 最大降幅约为 1 0 ， 有利于该地 区效能减震技术的 推广应用。 2 ) 该地 区的钢筋混 凝土框架结构房屋 的总高 度限值降低 ， 同时， 该类房屋抗震等级的划分也重新 做了规定。总高度和以前相 比降低 了5 m； 一二级抗 震等级的分界线由原来的 3 0 m变为 2 4 m。这就意 味着过去超过 2 4 m但不到 3 0 m的框架结构 ， 在现 阶段需要更高 、 更强的抗震措施。 3 ) 钢筋混凝土框架结构梁 内力调整 系数没有 发生变化， 这是“ 强柱弱梁” 思想的体现， 所以， 规范 修订后 ， 梁 的配筋量变化不会发生大的变化 。 4 ) 钢筋混凝土框架结构柱 内力调整 系数 的增 大 ， 使得柱 内力设计值较老规范实施期 间有较大 的 增幅。换言之 ， 最终这些构件 的配筋量也会有较大 的增幅。梁内力调整系数没有发生变化。 5 ) 关于构件截面 、 柱轴压 比及箍筋等方 面的规 定 ， 都不同程度增加了钢筋混凝土构件的截 面尺寸 及配筋量 。 参 考 文 献 ： 1 G B 5 0 0 1 1 2 0 o 1建筑抗震设计规范 s 2 G B 5 0 0 1 l 2 0 1 0建筑抗震设计 规范 s 3 朱炳寅 建筑抗震 设计规 范应用 与分析 M 北 京 ： 中国建筑 工业出版社 2 0 1 1 4 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0混凝土结构设计规范 s 5 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2混凝土结构设计规范 s