简析结构最小地震剪力系数

针对目前国内超高层建筑抗震设计最小剪力系数比较难以满足规范要求的实际情况,介绍了地震剪力系数的概念和意义;分析指出了场地特征周期Tg、结构基本周期T、结构阻尼比等地震剪力系数主要的影响因素;提出增加结构刚度、减少结构自重、进一步细分最小地震剪力系数等主要控制方法,建议考虑地震剪力系数与场地类别的相关性;同时结合具体工程分析了6度抗震设防区关于满足最小地震剪力系数的具体设计方法.     

关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论

介绍了GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》关于楼层最小地震剪力系数规定的编写背景,及其与其他国家规范的相关规定的区别。论述了结构的最小地震剪力系数（剪重比）与设防烈度、场地特征周期、结构周期、振型、阻尼比等参数的关系。列举了位于不同地区（沿海和内地）、不同高度的超高层建筑设计,说明由于地震作用和风荷载不同,计算的楼层地震剪力系数、层间位移及墙、柱等构件轴压比也会不同。结构对地震作用与风荷载的反应不同,设计应区别对待。只要设计合理,大多数结构的最小地震剪力系数可以满足规范要求。对一幢超高层建筑结构进行全面剖析,综合比较,论证了各类参数之间的关系,证明我国规范关于楼层最小地震剪力系数的规定不但是必要的,也是合理可行的。     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

多自由度系统楼层最小地震剪力系数值的分析

采用多自由度系统为研究对象,在单向地震的作用下,推导出基底剪力的计算公式,并分析了结构自振周期、特征周期以及阻尼比对结构基底剪力的影响。分析结果表明:在满足质量系数的前提下,基底剪力并未达到预设的要求,所以控制最小剪重比是十分必要的。结构第一周期越大,结构剪重比越小;结构阻尼越大,结构剪重比越小;特征周期越大,结构剪重比越大。     

超高层结构地震剪力系数限值研究

基于目前抗震设计规范中地震剪力系数限值的要求,针对目前国内高度较高(500m以上)的超高层建筑设计实际,介绍了地震剪力系数一般较难满足规范要求的情况,分析了超高层结构地震剪力系数的影响因素,指出结构周期、场地土特征周期是相对较为显著的影响因素,超高层结构阻尼比因变化幅度较小一般对地震剪力系数影响较小。分析了设计中提高地震剪力系数的方法。提出了地震剪力系数限值的一些建议,包括地震剪力系数限值与场地土类型相关、减小高度超高结构地震剪力系数限值等。     

最小地震剪力系数对超高层建筑结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是超高层建筑抗震设计中的关键控制因素。首先对中美两国典型抗震规范或规程中有关最小地震剪力系数(最小基底剪力)的相关规定进行了对比分析。借鉴美国规范中最小基底剪力的处理方法,以位于我国设防烈度7度区的一超高层建筑为例,采用两种不同的设计地震剪力取值方法,按照8度地震设防烈度设计了两个不同的结构模型。通过弹塑性时程分析,比较了两个模型在罕遇地震作用下的性能差异,分析了长周期地震动对两个模型抗震性能的影响,并对比了两个模型抗地震倒塌能力的差异。分析结果表明:通过提高楼层设计剪力来满足最小地震剪力系数的方案与提高结构刚度的方案相比,其抗罕遇地震的性能基本相当,而抗地震倒塌能力更好,设计难度和建造成本会更低。     

时程分析与场地类别对长周期结构地震剪力系数的影响

影响建筑结构在水平地震作用下所承受地震剪力的因素主要有结构的总质量和总刚度及分布、场地类别和设计地震分组。文中通过对某超高层建筑在反应谱计算下地震剪力的分析,分析了场地类别对于结构剪重比的具体影响规律,同时还采用时程分析方法,通过大量实际的地震波,分析了结构在不同场地类别下剪重比的变化规律,并提出了在高层或超高层建筑设计中剪重比不满足时的各种处理方法。     

长周期超高层建筑最小底部剪力系数

推导了底部剪力系数Cs的通用表达式,绘制了Cs-T关系曲线,结果表明Cs随基本周期变长而快速下降。不满足最小底部剪力系数Cmin s的需求并不意味结构方案和布置不合理。按当前的抗震理论,底部剪力是结构承受地震作用大小的宏观指标。当结构的基本周期超过某一个临界周期时,合理、简单、有效的方法是按比例放大设计地震作用使Cs≥Cmin s,而不是增大刚度、缩短周期。另外,笔者认为《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定的Cmin s限值是合理的,应予以执行。然而,当使用基于性能的方法进行抗震设计时,可予以放松。     

地震剪力系数的控制和调整

结合实践经验,归纳了在计算地震剪力系数时,地震剪力计算应考虑的因素,总结了地震剪力系数不满足规范规定的最小值要求时的调整方法,最后探讨了调整地震剪力时应注意的问题,以供参考。     

关于高层建筑结构地震剪力系数限值的研究

关于最小地震剪力系数的研究是目前高层及超高层建筑研究的热点,论文介绍了有关中外关于剪力系数的规定,阐述了设计中所提到的地震剪力系数的分析方法,对地震剪力系数限值提出一些建议,如地震剪力系数与当地土质的一些关系,提出减少超高层建筑地震剪力系数限值的一些研究,另外分析了影响剪力系数的影响因素。     

中国建筑抗震设计规范与欧洲规范Eurocode 8关于抗震设计反应谱的比较

通过比较GB50011-2001《建筑抗震设计规范》、GB50011-2010《建筑抗震设计规范》和欧洲Eurocode8规范,说明GB50011-2010《建筑抗震设计规范》地震影响系数曲线更符合理论意义和统计规律。并按三种规范的规定绘制了不同条件下地震影响系数曲线,利用图形直观地分析了新规范的一些新特点及不足之处。     

场地特征周期与抗震设计反应谱的连续化方法

首先,分析场地土分类的模糊性特征,给出四类标准场地二维隶属函数的空间分布,实现场地的模糊化分类;然后,给出场地特征周期连续化方法及其空间分布图,该方法所确定的特征周期分布与建筑抗震规范给出的特征周期等值图吻合较好;最后,以二维隶属函数及其相应的标准设计反应谱为基础,给出四类标准设计反应谱的模糊化方法,建立基于标准场地二维隶属函数和连续化特征周期的两种设计反应谱的连续化方法,给出其空间分布,探讨连续化设计反应谱的工程应用。实践表明:所建立的连续化设计反应谱实现四类标准场地所对应设计反应谱的中间过渡,能更客观反映具有复杂不确定性、模糊性和变异性特征的工程场地的现实情况,为更合理地考虑场地实际特征影响,更客观科学地确定抗震设计反应谱和地震作用提供新的思路和方法。     

长周期结构地震反应的特点与反应谱

讨论长周期结构地震反应的特点,分析我国建筑抗震设计规范中反应谱存在的主要缺陷。对反应谱进行人为的改变,会导致地震动特性的失真。我国规范反应谱的长周期段由于人为的调整,改变了地震动的统计特性,导致加速度反应谱对应的功率谱在长周期段异常,也导致长周期结构在地震作用下的计算位移偏大。抗震规范所规定的最小地震剪力系数仅与地震影响系数的最大值α_max相关,而与场地类别无关,有悖于软土场地上结构地震反应大于硬土场地上地震反应的一般规律。由加速度谱S_a、拟速度谱S _v和位移谱Sd之间的拟谱关系,给出了具有较长周期段(T延长至约10 s)的反应谱建议,可供规范修订时参考。工程算例表明,依据建议的反应谱进行结构的位移验算是可行的。     

基于滞回耗能谱的钢板剪力墙结构性态设计方法

结构在地震作用下的损伤往往与地面运动的加速度循环特征密切相关,为反映这种地面运动特征,引入了累积延性比,并结合标准化的滞回耗能谱,提出了钢板剪力墙（SPSW）结构基于能量的性态抗震设计方法。该方法给出了SPSW结构中钢梁、钢柱、剪力墙板累积滞回耗能的计算方法,引入捏缩系数来反映构件的滞回特性,采用能力设计方法确定剪力墙板周边的梁、柱截面,确保SPSW结构在罕遇地震作用下出现理想的塑性机构。通过对1榀10层3跨的SPSW结构算例分析,采用弹塑性时程分析对所设计结构进行了验证。计算结果表明：结构最大楼层侧移平均值满足我国现行抗震规范的要求,与设计假定的目标侧移基本一致,验证了建议方法的合理性。     

场地放大系数的理论解答

场地系数是各个国家和地区规范中考虑地震动场地效应的关键指标,决定着各类工程结构设防水准,但国内外规范就此存在显著差别。采用土层–基岩理想场地模型,导出了土层场地与参考基岩场地地震动响应定量关系解析表达。提出了场地放大系数一般规律,并通过数值模拟验证了其可靠性,在此基础上对国内外规范场地系数的合理性进行检验。结果表明:土层场地地震动响应与参考基岩场地相比,在全频域空间恒定表现为放大,场地放大系数随场地变软整体表现出增大趋势,这与美国新规范场地系数取值和规律一致;中国规范中软场地系数取值严重偏于保守,强烈地震动作用下软场地系数小于1的现象不合理,中国规范Ⅳ类场地系数普遍小于Ⅲ类的取值方案有待商榷。     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

Influence of site conditions on seismic design parameters for foundations as determined via nonlinear site response analysis

Site conditions, including geotechnical properties and the geological setting, influence the near-surface response of strata subjected to seismic excitation. The geotechnical parameters required for the design of foundations include mass density (ρ), damping ratio (β_s), shear wave velocity (V_s), and soil shear modulus (G_s). The values of the last three parameters are sensitive to the level of nonlinear strain induced in the strata due to seismic ground motion. In this study, the effect of variations in soil properties, such as plasticity index (PI), effective stress (σ′), over consolidation ratio (OCR), impedance contrast ratio (ICR) between the bedrock and the overlying strata, and depth of soil strata over bedrock (H), on seismic design parameters (β_s, V_s, and G_s) was investigated for National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) site classes C and D, through 1D nonlinear seismic site response analysis. The Morris one-at-a-time (OAT) sensitivity analysis indicated that β_s, V_s, and G_s were significantly influenced by variations in PI, while ICR affected β_s more than it affected V_s and G_s. However, the influence of H on these parameters was less significant. It was also found that variations in soil properties influenced seismic design parameters in soil type D more significantly than in soil type C. Predictive relationships for β_s, V_s, and G_s were derived based on the 1D seismic site response analysis and sensitivity analysis results. The β_s, V_s, and G_s values obtained from the analysis were compared with the corresponding values in NEHRP to determine the similarities and differences between the two sets of values. The need to incorporate PI and ICR in the metrics for determining β_s, V_s, and G_s for the seismic design of foundations was highlighted.