按语:自2021年5月21日起,中国工程建设标准化协会抗震专业委员会的微信公众号(CECS抗震专业委员会)将开设“主编开讲”栏目,就《建筑抗震鉴定标准》在实施过程中的若干热点技术问题,由标准的主要编修人员进行解读与评述,与广大技术人员共同探讨。欢迎大家将在实际工程遇到的问题,反馈给抗震专委会秘书处。 本解说系列暂为全免费的公益活动,按每两周一说的频度向公众推送,敬请关注。目前已定的议题有以下10个,今后还将根据实际情况陆续推送新的议题。
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本解说系列暂为全免费的公益活动,按每两周一说的频度向公众推送,敬请关注。目前已定的议题有以下10个,今后还将根据实际情况陆续推送新的议题。
CECS-KZ∣主编开讲之一 |
既有建筑定义的探讨 |
CECS-KZ∣主编开讲之二 |
结构加固改造中的标准适应性问题 |
CECS-KZ∣主编开讲之三 |
抗震鉴定与加固的后续使用年限问题 |
CECS-KZ∣主编开讲之四 |
我国各时期鉴定标准关于地震作用的折减方法 |
CECS-KZ∣主编开讲之五 |
现行鉴定标准中关于地震作用计算的问题与解决方案 |
CECS-KZ∣主编开讲之六 |
考虑不同后续使用年限的地震作用计算理论 |
CECS-KZ∣主编开讲之七 |
“C”类建筑抗震鉴定加固的设防标准问题 |
CECS-KZ∣主编开讲之八 |
竖向不规则结构的体系影响系数取值研究 |
CECS-KZ∣主编开讲之九 |
钢筋混凝土结构的性能化抗震鉴定方法 |
CECS-KZ∣主编开讲之十 |
砌体结构面积率方法的分析与改进建议 |
CECS-KZ∣主编开讲之十一 |
持续更新中...... |
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现行鉴定标准中关于地震作用计算的问题与解决方案
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引言
上一期我们讨论了我国不同历史时期鉴定关于地震作用的折减方法,从最初的专家经验系数法(如75、77标准)开始,发展到半经验半理论的方法(如95、09标准),随着标准的不断改进,抗震鉴定时的地震作用计算理论也在不断完善,然而现行标准中还存在着一些问题,需要做进一步的研究。
1.多层砌体房屋
⑴A类建筑主要是采用基于基准面积率的综合抗震能力指数方法,不同设防区的面积率需求则通过烈度影响系数λ来体现。标准中规定,6度、7度、8度、9度的λ取值分别为0.7、1.0、1.5和2.5,7度(0.15g)、8度(0.30g)按中间插值确定。
⑵B类建筑主要是按墙段抗震受剪承载力验算方法进行鉴定,并可参考A类建筑的方法考虑构造的影响。但在条文说明里也提到可采用综合抗震能力指数方法计算,只是烈度影响系数λ的取值作了改变,6度、7度、8度、9度的λ取值分别为0.7、1.0、2.0和4.0,7度(0.15g)、8度(0.30g)按中间插值确定。
⑶对B类多层砌体房屋,以及层数达到限值或不规则的A类砌体房屋标准中推荐采用进行墙段抗震受剪承载力进行验算,但由于多层砌体房屋的基本周期都处于反应谱的平台段,而《建筑抗震鉴定标准》中的反应谱(简称鉴定谱)与《建筑抗震设计规范》中的反应谱(简称设计谱)在地震作用影响系数最大值αmax是相同的。此外,对于A类多层砌体房屋在墙段抗震受剪承载力验算时,抗震鉴定的承载力调整系数与承载力抗震力调整相等。
总结以上三点,现将多层砌体房屋抗震鉴定与加固时的地震作用折减系数汇总,列于下表。
⒉钢筋混凝土房屋
钢筋混凝土房屋的抗震鉴定无论是采用基于屈服强度系数的简化计算方法,还是以构件抗震承载力验算方法,都需要依据反应谱进行地震作用计算,但鉴定标准中的反应谱(鉴定谱)与抗震设计规范中的反应谱(设计谱)是有差别的。两者形状相同,差别在于鉴定谱与设计谱的场地特征周期不同,这种差别在反应谱下降段反映了地震作用的折减。下表列出了两者的差别。
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以8度区的Ⅱ类场地设计地震第一组、Ⅲ类场地设计地震第二组为例绘出鉴定谱与设计谱的对比图(见图1)。从图1可以看出,不同场地、不同设计地震分组的鉴定谱与设计谱的差距不同,即便是同一场地相同设计地震分组,对应于不同的周期两条谱间的差距也不相同。现以Tga表示鉴定谱的场地特征周期,Tg表示设计谱的场地特征周期,将结构周期划分为0.0s~Tga、Tga ~Tg、Tg ~5Tga三个区段,对不同场地类别、不同设计地震分组鉴定谱与设计谱的比值进行分析,反映了抗震鉴定时的地震作用折减程度,不同区段的折减系数存在明显差异。
![图片3.jpg 图片](http://g.co188.com/img/topics/new_topics/images/blank.gif)
⒈、问题的由来
95标准中还规定可采用构件承载力验算方法进行抗震能力的评定,公式如下:
![1.jpg 图片](http://g.co188.com/img/topics/new_topics/images/blank.gif)
上式中S为结构构件内力(轴向力、剪力、弯矩等)组合的设计值,其中的地震作用按《建筑抗震设计规范》GBJ 11-89的规定采用,显然在地震作用计算上并未进行折减。R为结构构件承载力设计值,也按《建筑抗震设计规范》GBJ11-89的规定采用,不涉及地震作用的计算。式(1)与《建筑抗震设计规范》中的验算公式不同之处在于γRa,设计规范中为承载力抗震调整系数γRE,鉴定标准中为抗震鉴定的承载力调整系数γRa。
γRa取值作了以下规定:对砖墙、砖柱、烟囱、水塔和钢构件连接取γRa=γRE,意味着地震作用不予折减。对A类钢筋混凝土结构构件取γRa=0.85γRE,系数0.85是地震作用折减的体现。
⒉、抗震鉴定的承载力调整系数取值分析
地震作用的折减可从承载力调整系数、地震作用效应两方面进行考虑。
⑴当从承载力调整系数角度来考虑时,结构构件的地震作用效应和其他荷载效应按下式进行组合:
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根据式(1)构件承载力至少应满足下式要求:
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⑵当从地震作用效应折减角度来考虑时,则构件的内力组合设计值为:
![4.jpg 图片](http://g.co188.com/img/topics/new_topics/images/blank.gif)
式中α为地震作用折减系数,相应的承载力验算公式为:
![5.jpg 图片](http://g.co188.com/img/topics/new_topics/images/blank.gif)
将(5)除以(4)可得:
![6.jpg 图片](http://g.co188.com/img/topics/new_topics/images/blank.gif)
对于A类建筑:取α=0.75,而重力荷载代表值的效应与地震作用标准值的效应一般而言SG/SEk=0.5~2.0,代入式(6)可得:γRa=(0.83~0.91)γRE,显然标准中是取了下限值,偏于不安全;另一方面对钢筋混凝土结构取γRa=0.85γRE,则α=0.78~0.57,取了上限值是偏于安全的,对于砌体结构取γRa=γRE,则α=1.00,即未进行地震折减,显然也是偏于安全的。
对于B类建筑:按标准条文说明取α=0.88,则γRa=(0.92~0.96)γRE,标准取了上限γRa=γRE,也是偏于安全的;另一方面取γRa=γRE反算可得,α=1.00,即未进行地震折减。
事实上,在考虑了本文前述鉴定谱和设计谱的差异后,仍然存在不安全的因素。总之,抗震鉴定的承载力调整系数与地震作用折减系数间是不和谐的。
解决问题的设想:
1、取消鉴定谱,与设计谱协调一致
现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023-2009中的鉴定谱是一个过渡产物,其本意是想将89版抗规中远、近震与01版抗规中的设计地震分组挂钩,由于Tga与Tg的差距变化幅度不同(0.0s~0.15s),造成了不同场地土类别、不同设计地震分组间的地震折减系数取值不一,同一场地土类别、相同设计地震分组不同的周期折减系数也不尽相同。解决这一问题最可行的方法就是抗震鉴定时采用与《建筑抗震设计规范》相同的反应谱,再根据不同的后续使用年限对地震作用进行折减,以保持鉴定思想和方法的完整性,避免同一结构按不同鉴定方法造成不同的鉴定结论。
⒉、取消抗震鉴定的承载力调整系数γRa
抗震规范中引入γRE主要是鉴于以下几方面的考虑:⑴取消78规范的结构系数后,通过抗震承载力调整系数,保持78规范的延续性;⑵直接借用非抗震设计的承载力设计值除以承载力抗震调整系数,转换为抗震承载力设计值,体现了构件抗震设计的可靠指标与非抗震设计可靠指标不同;⑶体现反复荷载和单调荷载下构件试验平均值的差异,使承载力计算引入了抗震的因素,但非抗震的材料强度设计值来自非抗震可靠度分析下的材料分项系数,为体现抗震可靠度,仍然需要抗震调整。⑷γRa一方面与γRE协调,另一方面也体现了地震作用的折减。从以上四点看γRE主要还是与构件的抗力有关,而鉴定标准中对抗震承载力进行调整主要用于反映地震作用的折减,这是两个概念,强行拉拢在一起显然是不合适的。
⒊、进一步研究不同设计使用年限内地震作用的取值
我国现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023-2009中是基于不同后续使用年限在与原结构设计具有相同超越概率保证的前提下,确定相对应的等效设防烈度,进而依据设防烈度与地震影响系数最大值、地面峰值加速度的统计关系来确定相应的地震动参数,最后的目标还是确定抗震鉴定与加固的地震作用取值。然而地震烈度的概率分布符合极值Ⅲ型,而研究表明地震作用的概率分布却符合极值Ⅱ型,按两种分布模型所得到的地震作用取值有何差异值得进一步研究。
知识点:现行鉴定标准中关于地震作用计算的问题与解决方案
来源:CECS抗震专业委员会