抗震設(shè)計(jì)方法

1、目錄1. 抗震設(shè)計(jì)方法 11.1 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算內(nèi)容 11.2 地震的作用、作用效應(yīng)特點(diǎn)及分析方法 11.3 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法 11.3.1 振型分解反應(yīng)譜法 11.3.2 底部剪力法 21.3.3 動(dòng)力時(shí)程分析方法 31.3.4 靜力彈塑性分析方法 42. 建筑抗震設(shè)計(jì) 52.1兩階段設(shè)計(jì)方法 62.2抗震性能化設(shè)計(jì)方法 7性能化設(shè)計(jì)要求 7性能化設(shè)計(jì)的計(jì)算要求 83. 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì) 83.1層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋主要震害特征 83.2多高層鋼結(jié)構(gòu)選型與布置 83.3多高層鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算及設(shè)計(jì) 9計(jì)算模型 9鋼梁、鋼柱抗震設(shè)計(jì)的原則 11 連接抗震設(shè)計(jì)的原則 111. 抗震設(shè)計(jì)

2、方法1.1結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算內(nèi)容在抗震設(shè)防區(qū)建造建筑物時(shí)，必須考慮地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。抗震設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)形式、布置等初步確定后，一般應(yīng)進(jìn)行抗震計(jì)算，結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算包括以下三方面內(nèi)容。(1) 結(jié)構(gòu)所受到的地震作用及其作用效應(yīng)（包括彎矩、剪力、軸力和位移）的計(jì)算。(2) 將地震作用效應(yīng)與其他荷載作用如結(jié)構(gòu)的自重、樓屋面的可變荷載、風(fēng)荷載等效應(yīng)進(jìn)行組合，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最不利內(nèi)力。(3) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面抗震能力計(jì)算及抗震極限狀態(tài)設(shè)計(jì)復(fù)核，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件滿足抗震承載力與變形能力等要求。1.2 地震的作用、作用效應(yīng)特點(diǎn)及分析方法當(dāng)?shù)卣饡r(shí)地面反復(fù)晃動(dòng)使地面產(chǎn)生加速度運(yùn)動(dòng)并強(qiáng)迫建筑物產(chǎn)生相應(yīng)的加速

3、度，這時(shí)，相當(dāng)于有一個(gè)與加速度相反的慣性力即地震作用。地震作用于結(jié)構(gòu)自重或活荷載等靜態(tài)作用不同，它是一種動(dòng)態(tài)作用，與結(jié)構(gòu)所在地區(qū)場地的地震動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性有關(guān)。地震作用在空間和時(shí)間上的隨機(jī)性很大，每次地震發(fā)生的時(shí)間較短，因此地震作用是一個(gè)隨機(jī)過程。根據(jù)超越概率的大小，可分為多遇地震作用和罕遇地震作用等，多遇地震作用為可變作用，其抗震設(shè)計(jì)屬于短暫設(shè)計(jì)狀況，罕遇地震為偶然作用，其抗震設(shè)計(jì)狀態(tài)屬于偶然狀況。地震作用效應(yīng)是指由地震動(dòng)引起結(jié)構(gòu)每一個(gè)瞬時(shí)內(nèi)力或應(yīng)力、瞬時(shí)應(yīng)變或位移、瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度、速度等。由于地震作用效應(yīng)是一種隨時(shí)間快速變化的動(dòng)力作用，故又稱地震反應(yīng)。與地震作用類似，地震反應(yīng)也是一個(gè)隨

4、機(jī)過程。靜態(tài)作用往往比較直觀，一般可按有關(guān)規(guī)定較方便地計(jì)算得到，靜態(tài)作用的效應(yīng)可按有關(guān)靜力學(xué)方法計(jì)算，靜力解只有一個(gè)。而地震作用及其效應(yīng)的分析屬結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范疇，需確定運(yùn)動(dòng)微分方程并求解，其中地震激勵(lì)輸入時(shí)通過結(jié)構(gòu)物的底部地基基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)傳遞，地震動(dòng)輸入是一個(gè)動(dòng)力過程，所得地震反應(yīng)是一時(shí)間歷程。地震作用及其效應(yīng)的分析方法有動(dòng)力分析法和反應(yīng)譜法兩類。動(dòng)力分析法需以結(jié)構(gòu)和地震動(dòng)輸入為基礎(chǔ)，建立動(dòng)力模型和運(yùn)動(dòng)微分方程，用動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算地震動(dòng)過程中結(jié)構(gòu)反應(yīng)的時(shí)間歷程，又稱時(shí)程分析法。反應(yīng)譜法是以線彈性理論為基礎(chǔ)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性并利用地震反應(yīng)譜曲線計(jì)算振型地震作用，再按靜力方法求振型內(nèi)力和變形。反應(yīng)

5、譜法按分析所采用的振型多少又分為振型分解反應(yīng)譜法和底部剪力法。其中振型分解反應(yīng)譜法考慮的振型較多，計(jì)算精度較高，適用于大多結(jié)構(gòu)，底部剪力法僅考慮一個(gè)基本振型或前兩個(gè)振型，適用于較低的簡單結(jié)構(gòu)。1.3 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，少數(shù)結(jié)構(gòu)可簡化為單自由度體系外，大量的建筑結(jié)構(gòu)都應(yīng)簡化為多自由度體系。在單向水平地震作用下，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法有振型分解反應(yīng)譜法、底部剪力法、動(dòng)力時(shí)程分析方法以及非線性靜力分析等方法。1.3.1 振型分解反應(yīng)譜法振型分解反應(yīng)譜法基本概念是：假定結(jié)構(gòu)為多自由度彈性體系，利用振型分解和振型的正交性原理，將n個(gè)自由度彈性體系分為n個(gè)等效單自由度彈性體系，

6、利用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜得到每個(gè)振型下等效單自由度彈性體系的效應(yīng)，再按一定的法則將每個(gè)振型的作用效應(yīng)組合成總的地震效應(yīng)進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算。(1) 多自由度彈性體系的運(yùn)動(dòng)方程多自由度彈性體系在水平地震作用下的變形如圖所示。有運(yùn)動(dòng)方程：（）對(duì)于一個(gè)n質(zhì)點(diǎn)的彈性體系，可以寫出n個(gè)類似于式（）的方程，將組成一個(gè)由n個(gè)方程組成的微分方程組，其矩陣形式為：)式中M體系質(zhì)量矩陣;K體系剛度矩陣;C阻尼矩陣，一般采用瑞雷阻尼2）振型的正交性多自由度彈性體系自由振動(dòng)時(shí)，各振型對(duì)應(yīng)的頻率各不相同，任意兩個(gè)不同的振型之間存在正交性。利用振型的正交性原理可以大大簡化多自由度彈性體系運(yùn)動(dòng)微分方程組的求解。包括三類正交性：質(zhì)量矩陣的

7、正交性： 剛度矩陣的正交性： 阻尼矩陣的正交性： 3）振型分解運(yùn)用振型正交性，對(duì)式進(jìn)行化簡展開后可得到n個(gè)獨(dú)立的二階微分方程，對(duì)于第j振型，可寫為：（）引入廣義質(zhì)量、廣義剛度和廣義阻尼的概念后，式可視為單自由度體系運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行計(jì)算4）多自由度彈性體系的地震作用效應(yīng)組合由于各振型作用效應(yīng)的最大值并不出現(xiàn)在同一時(shí)刻，因此如果直接由各振型最大反應(yīng)疊加估計(jì)體系最大反應(yīng)，其結(jié)果顯然偏大，這會(huì)過于保守。通過隨機(jī)振動(dòng)理論分析，得出采用平方和開方的方法（SRSS）法估計(jì)平面結(jié)構(gòu)體系最大反應(yīng)可獲得較好的結(jié)果，即：)1.3.2 底部剪力法用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算多自由度結(jié)構(gòu)體系的地震反應(yīng)時(shí)，需要計(jì)算體系的前幾階

8、振型和自振頻率，對(duì)于建筑物層數(shù)較多時(shí)，用手算就比較繁瑣。理論分析研究表明：當(dāng)建筑物高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿剛度分布比較均勻、結(jié)構(gòu)振動(dòng)以第一振型為主且第一振型接近直線（見圖）時(shí)，該類結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)可采用底部剪力法。1） 底部剪力法的計(jì)算（）式中對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自珍周期的水平地震影響系數(shù)結(jié)構(gòu)的總重力總荷載代表值為高振型影響系數(shù)，經(jīng)過大量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)體系各質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量和層高大致相同時(shí)，有：對(duì)于單自由度體系。q=1；對(duì)于多自由度體系，取0.750.9，抗震規(guī)范取0.85.2） 水平地震作用分布 圖 簡化的第一振型根據(jù)底部剪力法的適用條件，結(jié)構(gòu)第一振型為主且接近直線，即任

9、意質(zhì)點(diǎn)的第一振型位移與其所處高度成正比。則可推得各質(zhì)點(diǎn)水平地震作用：（）1.3.3 動(dòng)力時(shí)程分析方法動(dòng)力時(shí)程分析方法是將結(jié)構(gòu)作為彈性或彈塑性振動(dòng)系統(tǒng)，建立振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，直接輸入地面加速度時(shí)程，對(duì)運(yùn)動(dòng)微分方程直接積分，從而獲得振動(dòng)體系各質(zhì)點(diǎn)的加速度、速度、位移和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的時(shí)程曲線。時(shí)程分析方法是完全動(dòng)力方法，可以得出地震時(shí)程范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)體系各點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間歷程，信息量大，精度高；但該法計(jì)算工作量大，且根據(jù)確定的地震動(dòng)時(shí)程得出結(jié)構(gòu)體系的確定反應(yīng)時(shí)程，一次時(shí)程分析難以考慮不同地震時(shí)程記錄的隨機(jī)性。時(shí)程分析方法分為振型分解法和逐步積分方法兩種。振型分解法利用了結(jié)構(gòu)體系振型的正交性，但僅適用于結(jié)構(gòu)

10、彈性地震反應(yīng)分析；而逐步積分方法既適用于結(jié)構(gòu)彈性地震反應(yīng)分析，也適用于結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)時(shí)程分析時(shí)，需要解決結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的確定、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的滯回模型、輸入地震波的選擇和數(shù)值求解方法的確定。1） 結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析模型可以分為材料層次的實(shí)體分析模型和構(gòu)件層次的簡化分析模型。材料層次的實(shí)體分析模型以結(jié)構(gòu)中各材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為基礎(chǔ)，而構(gòu)件層次的簡化分析模型以構(gòu)件的力-變形關(guān)系曲線為基礎(chǔ)。圖1.3.3 簡化分析模型構(gòu)件層次的簡化分析模型常用的有層模型和桿模型兩種，如圖所示。層模型假定結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于樓面和屋面處，且計(jì)算中僅考慮層間變形，適用于砌體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)梁弱柱型框架結(jié)構(gòu)。桿

11、模型以桿件為基本計(jì)算單元，計(jì)算結(jié)果比較精確，適用于強(qiáng)柱弱梁性框架結(jié)構(gòu)，也適用于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。2） 輸入地震波的選擇根據(jù)我國抗震規(guī)范規(guī)定：采用時(shí)程分析時(shí)，應(yīng)按建筑物場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其中實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的2/3，多組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，其加速度時(shí)程的最大值可按表采用。表1.3.1 時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程的最大值 單位:cm/s2為考慮地震波的隨機(jī)性，時(shí)程分析時(shí)應(yīng)選用多條地震波進(jìn)行計(jì)算結(jié)構(gòu)反應(yīng)，當(dāng)取3組加速度時(shí)程曲線輸入時(shí)，計(jì)算結(jié)果宜取時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分

12、解法的較大值；當(dāng)取7組及7組以上的時(shí)程曲線時(shí)，計(jì)算結(jié)果可取時(shí)程法的平均值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%3） 數(shù)值求解方法根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)動(dòng)方程，將地震作用持續(xù)時(shí)間劃分為微小時(shí)段（通常稱為時(shí)間步長），通過上述可計(jì)算每一步的位移增量，與前一步的位移反應(yīng)疊加可得當(dāng)前步的位移反應(yīng)，將其作為后一步的初始值，依此類推可得出全部時(shí)程的反應(yīng)值，稱之為逐步積分方法。對(duì)增量動(dòng)力方程解憂不同的求解方法，如線性加速度法，平均加速度法，紐馬克法、威

13、爾遜法等.1.3.4 靜力彈塑性分析方法由于時(shí)程分析法都?jí)蛴?jì)算地震反應(yīng)全過程中各時(shí)刻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形形態(tài)，給出結(jié)構(gòu)的開裂和屈服順序，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力和彈塑性變形集中的部位，從而判斷結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制、薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞類型，因此被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)彈塑性分析的最可靠方法。目前，對(duì)一些特殊的、復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)越來越多地利用時(shí)程分析方法進(jìn)行計(jì)算分析，許多國家已將其納入規(guī)范。但是時(shí)程分析法分析技術(shù)復(fù)雜、計(jì)算耗時(shí)，計(jì)算工作量大、結(jié)果處理繁雜，因此在實(shí)際工程抗震設(shè)計(jì)中該方法通常僅限于理論研究中，并沒有得到廣泛應(yīng)用。鑒于此，尋求一種簡化的評(píng)估方法，能在某種程度上近似地反映結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的彈塑性性能，這將具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

14、靜力彈塑性分析方法（POA）作為一種結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的簡化計(jì)算方法，近年來引起了廣大學(xué)者和工程設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。POA方法比較符合基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)概念。POA方法的目標(biāo)是獲得彈性反應(yīng)譜法或動(dòng)力分析法所不能得到的某些結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征，即獲得在可能遭遇的地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力、結(jié)構(gòu)整體或局部變形等。POA方法的主要用途為：估計(jì)重要單元的變形能力，暴露設(shè)計(jì)中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，找到結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形的部位，估計(jì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性等。這種方法在現(xiàn)階段比較現(xiàn)實(shí)，也易于被工程設(shè)計(jì)人員所掌握，可以從微觀和宏觀上了解結(jié)構(gòu)彈塑性性能，得到有用的靜力分析結(jié)果。POA方法基本步驟如下:假定沿結(jié)構(gòu)高度分布的水平荷載形式，將荷載

15、施加于結(jié)構(gòu)上，逐漸增大荷載，使結(jié)構(gòu)由彈性工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷開裂、屈服，最終達(dá)到目標(biāo)位移，最后可以得到結(jié)構(gòu)底部剪力，頂點(diǎn)位移關(guān)系，如圖1.3.4（a）所示。利用單自由度體系和多自由度體系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立結(jié)構(gòu)等效體系。將第步計(jì)算得到的曲線轉(zhuǎn)換等效單自由度體系的加速度-位移曲線，作為結(jié)構(gòu)的能力曲線，如圖1.3.4（b）所示。將抗震規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜或某一地震動(dòng)作為輸入計(jì)算等效單自由度體系de反應(yīng)譜，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于不同阻尼比或延性比的加速度-位移曲線，作為需求譜曲線，如圖1.3.4（c）所示。將能力譜曲線和需求曲線畫在同一坐標(biāo)的平面內(nèi)，如果兩曲線不相交，說明結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)地震的性能要求即結(jié)構(gòu)無法抵御預(yù)計(jì)的地

16、震，會(huì)發(fā)生破壞或倒塌；如果相交，則定義交點(diǎn)為特征反應(yīng)點(diǎn)，從而可根據(jù)該店對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)基底剪力、頂點(diǎn)位移和層間位移等，來評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能，如圖1.3.4（d）所示。2. 建筑抗震設(shè)計(jì)建筑抗震設(shè)計(jì)包括概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算和抗震構(gòu)造措施三個(gè)方面。建筑抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并且確定細(xì)部構(gòu)造的過程?？拐鹩?jì)算是考慮地震作用效應(yīng)參與組合下的構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算或抗震性能驗(yàn)算?？拐饦?gòu)造措施是根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求?？拐鹩?jì)算為設(shè)計(jì)提供了定量手段，而概念設(shè)計(jì)不僅在總體上把握抗

17、震設(shè)計(jì)的基本原則，而且由概念設(shè)計(jì)所形成的抗震構(gòu)造措施還可以在保證結(jié)構(gòu)整體性、加強(qiáng)局部薄弱環(huán)節(jié)等方面保證抗震計(jì)算結(jié)果的有效性。圖2.1 建筑抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容建筑抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)同如圖2.1所示。建筑抗震概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)涵包括場地選擇、建筑體型、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)體型、抗震防線、強(qiáng)度剛度均衡、連接與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等許多方面?？拐饦?gòu)造措施包括材料要求、構(gòu)件截面尺寸、各結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造措施要求等。2.1 兩階段設(shè)計(jì)方法我國采取兩階段設(shè)計(jì)方法以實(shí)現(xiàn)建筑抗震設(shè)防的“小震不壞，中震可修，大震不倒”三水準(zhǔn)要求。第一階段設(shè)計(jì)是基于多遇地震作用進(jìn)行的強(qiáng)度和變形驗(yàn)算以及抗震措施。由于抗震構(gòu)件設(shè)計(jì)可靠性水平水準(zhǔn)的提高，既滿足了在第一水

18、準(zhǔn)下具有必要的承載力可靠度，又滿足第二水準(zhǔn)的損壞可修的目標(biāo)。對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)，可只進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，而通過概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來滿足第二、第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。第二階段設(shè)計(jì)是基于罕遇地震作用進(jìn)行的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算。對(duì)地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)，有明顯薄弱層的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及由專門要求的建筑，除進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)外，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。2.1.1地震作用計(jì)算方法如前所述，介紹了目前常用的地震作用計(jì)算方法，即底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析方法。以上幾種方法只有逐步積分的時(shí)程分析方法適用于結(jié)構(gòu)彈性和彈塑性地震反應(yīng)分析，其余方法僅適用

19、于結(jié)構(gòu)彈性地震反應(yīng)分析。不同的結(jié)構(gòu)采用不同的分析方法在各國抗震規(guī)范中均有體現(xiàn)，底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法仍是基本方法，時(shí)程分析方法作為補(bǔ)充計(jì)算方法，只有對(duì)特別不規(guī)則、特別重要的和較高的高層建筑才要求采用?？拐鹨?guī)范規(guī)定了各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算方法：2.2 抗震性能化設(shè)計(jì)方法基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法的基本思想是使所設(shè)計(jì)的工程結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)滿足各種預(yù)定的性能目標(biāo)。我國目前所采用的以結(jié)構(gòu)安全性為主的“小震不壞，中震可修，大震不倒”三水準(zhǔn)目標(biāo)，就是一種抗震性能目標(biāo)，知識(shí)對(duì)中震和大震只有定性要求，沒有定量的抗震性能化設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)指標(biāo)。2.2.1 性能化設(shè)計(jì)要求1） 選定地震動(dòng)水準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)使用年限50年的結(jié)

20、構(gòu)，可選用多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震的地震作用。對(duì)設(shè)計(jì)使用年限超過50年的結(jié)構(gòu)，宜考慮實(shí)際需要和可能，經(jīng)專門研究后對(duì)地震作用做適當(dāng)調(diào)整。對(duì)建于發(fā)展斷裂兩側(cè)附近的結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)參數(shù)應(yīng)計(jì)入近場的影響。2） 選定性能目標(biāo)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和可能，分別選定針對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的局部部位或關(guān)鍵部位，結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件、重要構(gòu)件、次要構(gòu)件，以及建筑構(gòu)件和機(jī)電設(shè)備支座的性能目標(biāo)。3） 選定性能設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)選定分別提高結(jié)構(gòu)或其關(guān)鍵部位的抗震承載力、變形能力，或同時(shí)提高抗震承載力和變形能力的具體指標(biāo)，還應(yīng)考慮不同水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)不同部位的水平和豎向構(gòu)件承載力的要求。2.2.2 性能化設(shè)計(jì)的計(jì)算要求分析模型應(yīng)正確、合理地反映地

21、震作用的傳遞途徑和樓蓋在不同地震動(dòng)水準(zhǔn)下是否整體或分塊處于彈性工作狀態(tài)。彈塑性分析可根據(jù)性能目標(biāo)所預(yù)期的結(jié)構(gòu)彈塑性狀態(tài)，分別采用增加阻尼的等效線性方法以及靜力或動(dòng)力非線性分析方法。結(jié)構(gòu)非線性分析模型相對(duì)于彈性分析模型可以有所簡化，但二者在多遇地震下的線性分析結(jié)果應(yīng)基本一致；應(yīng)計(jì)入重力二階效應(yīng)、合理確定彈塑性參數(shù)，應(yīng)依據(jù)構(gòu)件的實(shí)際截面、配筋等計(jì)算承載力，可通過與理想彈塑性假定計(jì)算結(jié)果對(duì)比，著重發(fā)現(xiàn)構(gòu)件可能破壞部位及彈塑性變形程度。3. 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)3.1 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋主要震害特征鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、延性好、重量輕、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)?？傮w來說，在同等場地、烈度條件下，鋼結(jié)構(gòu)房

22、屋的震害較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的震害要小。但也不能完全忽視鋼結(jié)構(gòu)的震害。多高層鋼結(jié)構(gòu)在地震中的破壞形式有三種：節(jié)點(diǎn)連接破壞、構(gòu)件破壞、結(jié)構(gòu)倒塌。1） 節(jié)點(diǎn)連接破壞節(jié)點(diǎn)連接破壞主要有兩種形式，一種是支撐連接破壞，另一種是梁柱連接破壞。節(jié)點(diǎn)域的破壞形式比較復(fù)雜，主要有加勁板的屈曲和開裂、加勁板焊縫出現(xiàn)裂縫、腹板的屈曲和裂縫。2） 構(gòu)件破壞構(gòu)件破壞的主要形式有：支撐壓屈、梁柱局部失穩(wěn)、柱水平裂縫或斷裂破壞。3） 結(jié)構(gòu)倒塌結(jié)構(gòu)倒塌時(shí)地震中結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重的形式。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)、設(shè)計(jì)不當(dāng)或構(gòu)造存在缺陷時(shí)就可能造成結(jié)構(gòu)倒塌。3.2多高層鋼結(jié)構(gòu)選型與布置抗震規(guī)范規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)民用房屋的結(jié)構(gòu)類型和最大高度列于表3.

23、1中。平面和豎向均不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)，適用的最大高度宜適當(dāng)降低。表3.1 鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度房屋的高寬比，特別是高層建筑的高寬比，主要反映結(jié)構(gòu)抗測力剛度、抗彎剛度和整體抗傾覆等情況。此外，對(duì)于高層鋼結(jié)構(gòu)房屋，還涉及風(fēng)荷載作用下建筑物內(nèi)人員舒適感的問題，因此鋼結(jié)構(gòu)房屋的平面總寬度不宜過小?？拐鹨?guī)范規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)房屋的高寬比列于表3.2中。表3.2 鋼結(jié)構(gòu)民用房屋的最大適用高寬比鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)根據(jù)設(shè)防分類、烈度和房屋高度采用不同的抗震等級(jí)，并應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。丙類建筑的抗震等級(jí)應(yīng)按表3.3確定。表3.3 鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震等級(jí)1）結(jié)構(gòu)選型在結(jié)構(gòu)選型上，多層和高層鋼結(jié)構(gòu)無嚴(yán)格界限。鋼結(jié)構(gòu)房

24、屋的結(jié)構(gòu)體系主要有框架體系、框架-支撐體系、框架-抗震墻板體系、筒體體系、巨型框架體系等等。上述幾種結(jié)構(gòu)體系各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般應(yīng)盡量選擇有多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系。3） 結(jié)構(gòu)平面布置 多高層鋼結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)盡量滿足下列要求：建筑平面宜簡單規(guī)則，并使結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力剛度中心與質(zhì)量中心接近或重合，同時(shí)各層剛心與質(zhì)心接近在同一豎直線上。建筑的開間、進(jìn)深宜統(tǒng)一宜避免結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則布置高層建筑鋼結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置防震縫，但薄弱部位應(yīng)注意采取措施提高抗震能力。如結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，可設(shè)置防震縫，將平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，分解為幾個(gè)結(jié)構(gòu)平面較規(guī)則的部分。多高層鋼結(jié)構(gòu)的 豎向布置 應(yīng)盡量滿足下列要求：樓層剛度大于其相鄰上層剛

25、度的70%，且連續(xù)三層總的剛度降低不超過50%相鄰樓層質(zhì)量之比不超過1.5（屋頂層除外）立面收進(jìn)尺寸的比例0.75任意樓層抗側(cè)力構(gòu)件的總受剪承載力大于其相鄰上層的80%框架支撐結(jié)構(gòu)中，支撐（或剪力墻板）宜豎向連續(xù)布置，除底部樓層和外伸剛臂所在樓層外，支撐的形式和布置在豎向宜一致。結(jié)構(gòu)布置的其他要求：高層鋼結(jié)構(gòu)宜設(shè)置地下室，在框架-支撐（剪力墻板）體系中，豎向連續(xù)布置的支撐（剪力墻板）應(yīng)延伸至基礎(chǔ)；設(shè)置地下室時(shí)，框架柱應(yīng)至少延伸到地下一層。8、9度時(shí)，宜采用 偏心支撐、帶縫鋼筋混凝土剪力墻板、內(nèi)藏鋼板支撐、外伸臂框架或其它消能支撐。采用偏心支撐框架時(shí)，頂層可為中心支撐。樓板宜采用壓型鋼板（或預(yù)應(yīng)

26、力混凝土薄板）加現(xiàn)澆混凝土疊合層組成的樓板。3.3多高層鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算及設(shè)計(jì)3.3.1 計(jì)算模型1）樓蓋剛度確定進(jìn)行多高層鋼結(jié)構(gòu)地震作用下的內(nèi)力與位移分析時(shí)，一般可假定樓板在自身平面內(nèi)為絕對(duì)剛性。對(duì)整體性較差、開孔面積大、有較長的外伸段的樓板，宜采用樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度進(jìn)行計(jì)算。2）模型選擇可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計(jì)算模型。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計(jì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，可采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。當(dāng)結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜，無法劃分平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。3）桿件變形高層鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力與位移計(jì)算，應(yīng)考慮梁柱的彎曲變形和剪切變形，尚應(yīng)考慮柱的軸向變形。一般可不考慮梁的軸向變形，但當(dāng)梁同時(shí)作為腰桁架或桁架的弦桿時(shí)，則應(yīng)考慮軸力的影響。3.3.2鋼梁、鋼柱抗震設(shè)計(jì)的原則一般來說，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁、柱、支撐等)的抗震設(shè)計(jì)包括三部分內(nèi)容：構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算；構(gòu)件的穩(wěn)定驗(yàn)算；為保證構(gòu)件截面的塑性變形能充分開展，同時(shí)滿足構(gòu)件的局部失穩(wěn)不先于構(gòu)件的整體失穩(wěn)所需，對(duì)構(gòu)件的寬厚比、長細(xì)比等進(jìn)行的構(gòu)造限