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海外工程十五年之六十九——欧洲结构抗震概述(2)

6欧洲规范抗震设计方法

    欧洲的EC8为实现其两个不同水准的抗震设防目标,采用了不同的方法进行抗震设计和验算。

    用基于层间变形限值的验算要求,达到限制破坏要求。这一验算要求主要针对非结构构件。规范中给出了有与主体结构相连的由脆性材料制成的非结构构件的建筑、有延性非结构构件的建筑、有非结构构件,但非结构构件的固定不与结构位移发生干扰的建筑的变形限值。

    为实现不倒塌要求”EC8给出了两种验算方法,分别基于力和基于位移进行结构设计。目前进行结构设计主要还是用基于抗力的设计方法,它要求结构的抗力大于设计荷载,适用于脆性和延性结构。

7欧洲抗震规范基本周期的简化计算

    欧洲EC8规范规定建筑的基本周期T1,可以根据结构动力学方法确定。对于高度小于40m的建筑,基本周期T1可根据下面的公式估算得到。

T1=Ct·H3/4                                                                       (2)

式中H—建筑的高度(m),从基础(foundation)或者刚性地下室(basement)的顶端开始计算;

Ct基本周期的计算参数,取值可见下表3

3基本周期计算参数

结构类型

Ct

空间抗弯钢框架

0.085

空间抗弯混凝土框架和偏心支撑钢框架

0.075

其它结构

0.050

对于含有混凝土或者砌体剪力墙的结构,系数Ct可通过公式Ct=0.075/                              计算,其中AC为建筑第一层的剪力墙的有效面积。

  欧洲规范EC8中基本周期T1还可以通过假想位移法计算,公式为:

         

                              (4)

                                                               

式中d—假想重力作用在水平方向时,建筑顶端的侧向弹性位移(m)

8欧洲规范弹性反应谱

欧洲抗震规范EC8给出了对应于475年重现期地震水平的加速度反应谱见图3-6,其弹性反应谱曲线由下面的公式确定

             


式中

αg与地震分区相关的分区系数,可从欧洲各国设防地震动参数图中查到;

S—场地放大系数,由场地土类别决定;

TBTCTD由场地土类别决定的特征周期。

对于绝大多数建筑阻尼取5%,则η取值为1,其弹性反应谱的表达式为

3-6欧洲规范弹性反应谱

欧洲EC83.2.2.5节对于设计反应谱做出了规定,指出结构体系在弹塑性阶段抵抗地震动所需的地震剪力要比弹性反应下的地震剪力小。在设计中为了避免对结构弹塑性的精确分析,依赖于结构主要构件延性性能或其他机制的耗能能力,通过将弹性反应谱进行折减得到设计反应谱,折减因子称为性能系数,用q表示。经性能系数折减后的水平方向的地震动设计谱值Sd(T),由下面的公式确定,

9欧洲规范性能系数

    欧洲抗震规范的性能系数q考虑结构的延性性能,对于延性好的结构还允许包含结构体系的超强系数,将弹性反应谱折减得到用于计算地震作用的设计反应谱Sd(T)。性能系数q是反应结构延性的参数,延性越大的结构性能系数q值也越大。通过对性能系数q的灵活调整可以使不同类型结构都达到相同的抗震可靠度。

    欧洲规范EC85.2.2.2节对于性能系数q取值的规定如下

    在所分析方向的性能系数(代表结构的耗能能力)的上限值q,需满足下面的公式

q=q0kw≥1.5                                                                     (8)

式中

q0性能系数的基本值,取决于结构体系的类型及其立面规则性;对于符合规范中规定的立面规则性的不同的结构体系,q0取值见表4。不符合立面规则性的结构,q0值折减为表4取值的80%

kw体现结构体系在地震中失效模式的系数,对于框架和等效框架双体系,取值为1.0

4立面规则的结构体系性能系数基本值q0

结构类型

DCM

DCH

框架体系(Frame  System),

双体系(Dual  System),

联肢墙体系(Coupled  Wall System)

3.0αu/α1

4.5αu/α1

非联肢墙体系(Uncoupled  Wall System)

3.0

4.0αu/α1

扭转变形体系 (Torsionally  Flexible System)

2.0

3.0

倒摆体系(Inverted  Pendulum System)

1.5

2.0

 

    4中,α1为在其他设计作用保持不变的情况下,与设计地震作用相乘使结构任一构件第一次达到弯曲抗力的系数;αu为在其他设计作用保持不变的情况下,与设计地震作用相乘以形成足够的数量的塑性铰使整个结构趋于倒塌的系数。系数αu的值可以通过非线性静力分析(pushover分析)得出。

    当放大系数αu/α1还没能通过精确的计算得出时,平面规则的结构可采用表5中的近似值。

5(a)不同框架体系放大系数αu/α1

框架或等效框架双体系

(Frames or frame-equivalent dual systems)

αu/α1

单层建筑 (One storey  buildings)

1.1

多层一榀框架结构  (Multistorey,one-bay frames)

1.2

多层多榀框架或等效框架双体系结构(Multistorey,  multi-bay frames or frame-equivalent dual structures)

1.3

5(b)不同剪力墙体系放大系数αu/α1

剪力墙或等效墙双体系(Wall-or Wall-Equivalent Dual Systems)

αu/α1

每个水平方向仅两面偶联墙的剪力墙体系

(Wall System  With Only Two Uncoupled Walls Per Horizontal Direction)

1.0

其他非联肢墙体系(Other Uncoupled Wall System)

1.1

等效墙双体系(Wall-Equivalent Dual System),或联肢墙体系(Coupled Wall System)

1.2

 

欧洲规范将钢筋混凝土框架结构,按延性的大小分为低、中、高三个等级:DHLDCMDCH。根据表3-16a, b的参数取值,可以得出三个等级的钢筋混凝土框架结构的性能系数q的取值如表3-17所示。

6不同等级钢筋混凝土框架的性能系数q

钢筋混凝土框架等级

DCL

DCM

DCH

性能系数q

1.5

3.9

5.85

 


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作者: ganggouren

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