徐平辉,倪取佳
(广州宝贤华瀚建筑工程设计有限公司 广州 510030)
文献[2]、文献[3]采用常遇地震并辅助多种以常遇地震作用组合及地震作用调整系数进行构件的承载力计算,同时通过不同等级的抗震构造措施以实现结构的延性设计。
文献[1]采用设防烈度地震进行构件的承载力计算,取消与抗震等级相关的构件内力调整,相应地将抗震等级修改为抗震构造等级,与原规程的抗震构造措施基本保持一致[5]。文献[1]通过构造措施实现结构延性设计的目标与文献[2]、文献[3]一致,但简化了抗震构造等级的确定原则,由此带来的差异引起了广泛的讨论。
本文基于丙类建筑就此问题进行探讨,并提出文献[1]抗震构造等级确定的实施建议,供同行讨论参考。
抗震构造等级的规定文献[2]详6.1.2等相关章节、文献[3]详3.9.3、3.9.4等相关章节。抗震构造等级根据地震设防烈度、结构高度变化,且不同结构体系中的部分构件抗震构造等级不同。主要的确定原则如下:
⑴设防烈度原则:设防烈度越高,构造等级越高,延性要求越高。
⑵高度原则:结构高度越高,构造等级越高,延性要求越高。
⑶构件原则:不同结构体系中的非主抗侧力构件,等级降低(如框-剪结构中的框架),重要构件,等级提高(如框支框架)。
文献[1]同文献[2]、文献[3]一致,性能目标区分为A、B、C、D 四个等级,中(大)震下对应的性能水准分别为1(2)、2(3)、3(4)、4(5)。文献[1]基于中震进行承载力设计,C、D级考虑中震下结构进入一定的弹塑性通过地震力折减系数c对地震力进行了折减(A、B 级c=1.0,无折减),两者中震对应的c值分别为0.85、0.70,大约相当于结构刚度折减系数分别为0.92、0.84,折减程度均较低,故文献[1]的抗震构造措施主要是针对大震,构造等级基于“R-μ规律”(“R-μ规律”说明详下文),由大震对应的性能水准确定,即3.9.5 条规定:大震性能水准所对应的抗震构造等级,第五水准不应低于一级,第四水准不应低于二级,第三水准不应低于三级,第二水准不应低于四级[1]。同时3.9.3 条对不同设防烈度的最低性能目标要求进行了规定,6 度和7 度时不应低于C 级,8 度和9 度时不应低于D级。
在满足3.9.3条最低性能目标规定的前提下,文献[1]确定抗震构造等级只有一个核心原则——与大震性能水准对应的“性能水准原则”。
广东省内的设防烈度为6~8 度,本节基于6~8 度时文献[1]与文献[2]、文献3]的对比。其中文献[1]6、7、8 度性能目标分别取B、C、D 级,对应的构造等级分别为三级、二级、一级。
文献[1]相对提高一级及以上的构件:高度≤24 m框架结构的框架、高度≤80 m 剪力墙结构的剪力墙及部分框支剪力墙结构中的非底部加强区剪力墙、高度≤60 m 框-剪或框-筒结构的框架。文献[1]相对降低一级的构件:①部分框支剪力墙结构中6 度及7 度且高度>80 m 时的底部加强区剪力墙、6 度时或7 度且高度>80 m 时的框支框架;②框架-核心筒结构中6 度且高度>60 m 时的核心筒;③板柱-剪力墙结构中6 度及7 度且高度>35 m 时的剪力墙或6 度时的框架、板柱及柱上板带。文献[2]、文献[3]的“高度原则”或“构件原则”是导致差异的原因。
从结构体系在实际项目中占比的角度,整体上,A级高度文献[1]抗震构造等级相对文献[2]、文献[3]提高一级及以上的比降低一级覆盖的范围更广、构件更多。
文献[3]的“高度原则”导致其各结构体系下的大部分构件相对文献[1]提高一级及以上。
文献[2]、文献[3]确定抗震构造等级的三大原则似乎都存在执行未统一甚至矛盾的情况,举例说明如下。
4.1.1 未统一执行“设防烈度原则”举例
⑴A 级高度:部分框支剪力墙(高度≤80 m)的框支框架6 度到7 度时、框-筒结构中的核心筒6 度到7度时等级未提高。
⑵B 级高度:①剪力墙结构7 度到8 度时、框-剪或框-筒结构中的框架7度到8度时、部分框支剪力墙结构中的非底部加强区剪力墙7 度到8 度时、底部加强区剪力墙6度到7度时等级未提高;②矛盾:筒中筒结构内、外筒等级都按设防烈度提高了,而剪力墙结构的剪力墙或框-剪、框-筒结构中的框架7 度到8 度时却没有提高。
4.1.2 未统一执行“高度原则”举例
结构高度从A 级提高到B 级后,抗震构造等级未提高的构件:8度时框架-剪力墙结构中的框架、8度时的剪力墙结构、7 度时部分框支剪力墙中的底部加强区、框架-核心筒结构6度时的筒体或8度时的框架。
未统一执行“高度原则”,且等级未变化的构件包含不同的烈度和结构体系。虽然B级高度结构为超限结构,会根据性能需求对部分构件提出更高的要求或加强措施,但或亦应同A级高度的复杂超限结构一致,是在整体结构按统一原则执行后的局部构件再提高。
4.1.3 未统一执行“构件原则”举例
⑴框-剪结构:①A 级高度时,以高度60 m 为界限区分框架和剪力墙的等级,B级高度时,以设防烈度区分框架和剪力墙的等级(6、7 度时两者同等级,8 度时不同等级),逻辑和原则不统一;②6度、7度区,高度≤60 m 时区分了框架和剪力墙的等级,>60 m 后却没有区分。
⑵框-筒结构:6 度时,A 级高度框架和筒体的等级区分了,B级高度却没有区分,且B级时只是把次抗侧构件的框架等级提高了。
综上,文献[2]、文献[3]确定抗震构造等级的三大原则——“设防烈度原则”、“高度原则”和“构件原则”,没有一个原则是一以贯之、统一执行的。
在满足3.9.3条最低性能目标规定的前提下,不区分设防烈度、结构类型和高度,根据选定的性能目标及大震对应的性能水准确定抗震构造等级,执行方式统一明确、原则一以贯之。
性能化抗震设计思想是当前世界上最主流的设计思想,而“R-μ规律”是其基本原则和理论基石,其中R指地震力的降低系数,表征的是设计地震作用水准,μ为预计设计地震力作用下结构对应的延性需求,抗震构造措施的严格程度是体现延性需求高低的重要方式(“R-μ规律”与体系的初始弹性基本自振周期T 有关,故又称“R-μ-T 规律”)。“R-μ规律”的核心是地震作用降低系数R与延性需求μ的对应原则,R越大,对应的μ越高,R越小,对应的μ越低,R不变,则对应的μ应相同或基本接近,美国[6]、加拿大[7]、欧洲[8]、新西兰[9]、澳大利亚[10]等地的抗震设计思想均基于此规律。虽然“R-μ规律”是基于单自由度体系建立的,但上述各地的理论及实践表明,“R-μ规律”对多自由度体系原则上依然是适用的。
以下基于“R-μ规律”,对文献[2]、文献[3]及文献[1]确定抗震构造等级原则的合理性作进一步的探讨。
中国和美国规范[6]设防烈度与“R-μ规律”的对比如表1所示,美国不区分所处地震风险区的高低,延性等级的高低与地震力降低系数R的大小对应,遵循了“R-μ规律”。而文献[2]、文献[3]采用的小震设计,设防烈度从6度到9度区,均约取R=1/0.35=2.857,即R不变,而延性等级却随设防烈度变化,从6 度到9 度,抗震等级逐级提高,延性等级逐级提高,未遵循“R-μ规律”。
表1 中国、美国规范设防烈度与“R-μ 规律”对比Tab.1 Comparison between Chinese and American Codes on Seismic Fortification Intensity and“R-μ Relations”Provisions
文献[2]、文献[3]构件承载力基于小震设计,抗震措施主要针对的是中震和大震,而结构在中、大震下的抗震能力主要体现为“承载力+延性”的综合能力。抗震等级包含了两方面的内容:①内力调整,等级越高,“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等内力调整系数越高,结构整体的承载力越高;②构造措施,等级越高,延性越高。两者共同导致烈度低的结构在中、大震下的延性和安全度相对低。
白绍良等人[11]以严格按文献[2]设计的不同抗震等级典型钢筋混凝土框架为例,说明和论证了文献[2]未遵循“R-μ规律”的做法导致了结构的延性能力与需求比从9度区到7度0.15g区逐级下降的事实。
文献[1]不同的性能目标对应不同的性能水准,而不同的性能水准下,承载力验算公式中的地震力折减系数c和承载力利用系数ξ不同。性能水准越高,c值越大,ξ值越小,承载力要求越高,即R越小,对应的延性构造要求越低。
以C、D 级性能目标的承载力验算、构造等级为例。C 级大震对应性能水准4,构造等级为二级,中震对应性能水准3,承载力验算时c=0.85,ξ压、剪取0.74(弯、拉取0.87);D 级大震对应性能水准5,构造等级为一级,中震对应性能水准4,承载力验算时c=0.70,ξ压、剪取0.83(弯、拉取1.00)。C 级的承载力要求较D 级高,即R较D 级小,但构造等级较D 级低,遵循了“R-μ规律”。
文献[1]3.9.3 条规定6 度和7 度、8 度和9 度的最低性能目标相同,6度和7度不低于C级、8度和9度不低于D 级,大震对应的性能水准分别为不低于4、5,同时3.10.3 条规定6 度与7 度的构造等级却不同(6 度三级、7 度二级)、8 度与9 度的构造等级也不同(8 度一级、9度特一级),似与“R-μ规律”不符。
使用文献[1]时,需注意两个问题:
⑴3.9.3 条及表3.9.3 规定为规范关于不同设防烈度性能目标的最低要求,可根据需要选择更高的要求。
⑵无论是3.9.3条,还是3.10.3条,都需根据3.9.5条关于大震性能水准与构造等级对应的规定确定构造等级。
综合表3.9.3、表3.10.3 与3.9.5 条,设防烈度对应的性能目标、性能水准及抗震构造等级详见表2。其中6 度区3.10.3 条建议选用的性能目标为B 级,大震对应性能水准3,抗震构造等级为三级,3.9.3条规定的最低性能目标为C 级,大震对应性能水准4,抗震构造等级为二级;7 度、8 度区3.10.3 条建议选用的性能目标均与3.9.3条规定的最低性能目标相同。
表2 性能目标、性能水准及抗震构造等级Tab.2 Seismic Performance Objectives,Performance Levels and Requirement for Members of Special Seismic Design Grade Table
鉴于6度地震力小,竖向荷载占比相对大,容易满足性能目标B 级的要求,故3.10.3 条的规定实际上是鼓励6 度区性能目标选用B 级而不是3.9.3 条规定的最低C 级,以使设计在保证安全的情况下,更为经济合理,并不存在与3.10.3条冲突、不遵循“R-μ规律”的问题。同理,对风荷载控制的高层或超高层,说明地震荷载对应下的R值相对减小,也可根据“R-μ规律”,相应提高性能目标,降低构造等级。
8 度与9 度按表3.9.3 最低性能目标均为D 级,按表3.10.3 对应的抗震构造等级分别为一级、特一级的原因说明如下:
⑵按3.9.3条的最低要求,根据“R-μ规律”,原则上9度的构造等级可采用一级。
⑶根据国内外的研究成果,以框架结构为例,在高度相同的情况下,结构的超强系数随抗震设防烈度的增大而减少,50a 的地震损失风险和年均地震损失风险随抗震设防烈度的增大而增大[12]。工程实践经验也表明,不同结构体系9 度大震下的损伤均相对8 度严重,即同一R值下,9 度真实的延性需求比8 度高,故将9度的构造等级提高到了特一级,吻合性能设计思想和“R-μ规律”的本质。
综上,除9 度区基于理论研究和工程实践提高了构造等级外,文献[1]的构造等级与大震性能水准一一对应,遵循了“R-μ规律”。因遵循了“R-μ规律”,业主、设计可根据使用、结构受力需求灵活选择性能目标及对应的构造等级,合理评估风险与投资的平衡,而文献[3]则相对灵活性不足(性能目标提高,构造等级不变)。
文献[1]的3.10.3 条主要为基于常规项目便于执行的规定,为避免引起可能的理解歧义,建议此条条文内容之“丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震构造等级应按表3.10.3确定”中的“应”字调整为“宜”。
文献[3]的“高度原则”是其B 级高度不同结构体系构件的抗震构造等级普遍高于文献[1]的主要原因。
韦锋等人[13]按照从R到μ的思路,采用考虑刚度退化的两折线滞回模型,选用181 条实际记录的地震波(对应我国Ⅱ类场地)进行动力弹塑性时程分析,求得单自由度体系“R-μ-T规律”的统计平均曲线,如图1 所示。经初步验证,图1 的曲线结果与国内外学者基于单自由度体系和Ⅱ类场地的研究结果在整体趋势上基本一致,如图2(以R=3 为例)[13],图2 中“本文计算结果”的本文指文献[13]。
图1 平均延性需求谱Fig.1 Average Ductility Demand Spectrum
图2 不同研究者得出的平均延性需求谱对比Fig.2 Comparison of Average Ductility Demand Spectrum by Different Researchers
以上研究成果揭示:
⑴整体趋势上,地震力降低系数R越大,延性需求μ越大。
⑵曲线近似按四段考虑,经第一阶段的陡峭下降后,进入下降速率减小、进一步减小的第二、第三阶段,当自振周期T超过一定值后,曲线基本保持水平(第四阶段)。随着周期的增长,延性需求μ在第一阶段急速衰减、第二阶段衰减速度缓和、第三阶段衰减速度缓慢、第四阶段基本不变。同时R值越大,第一、第二阶段经历的周期跨度越大。
3.1.3 “农业+民俗文化”:文化创意带动产业的相互融合与促进 在现代农业产业规划中,以当地的传统文化、风俗习惯及区域特色为切入点,进一步把握其文化的深层次含义,通过合理策划来为农业生产及展示等活动注入更多活力,充分体现其文化性与地域性。基于现有的农业产业链及三大产业的共同发展,重点发展乡村文化,实现文明创新,有机结合农村产业与乡村旅游、区域文化[6]。通过多元化的产业文化和一目了然的体验形式来深化游客对文化的理解与体会。
⑶ 地震力降低系数R一定时,以图1 的R=4 为例。μ第一阶段(T≤0.65)的最小值、第二阶段(0.65<T≤3.44)的取值范围、第三阶段(3.44<T≤7.90)的取值范围和第四阶段(T>7.90)的取值分别约为5.66、3.81~5.66、3.42~3.81和3.42。第一阶段(短周期段)的μ值整体上较大,大于4,第二阶段(中长周期段)μ值从大于4 衰减到小于4,第三、第四阶段(长周期段)μ值均小于4。
由上述研究成果,在同一设计地震力水准(R值不变)下,短周期结构的延性需求μ相对需要较大提高,长周期结构则可稍微降低。参考《建筑结构荷载规范:GB 50009—2012》附录F 钢筋混凝土结构自振周期的经验估算公式T1=(0.005~0100)n,n为结构总层数,一般意义上,高度高的结构相对高度低的自振周期长,故文献[2]、文献[3]确定抗震构造等级的“高度原则”与上述研究成果正好背道而驰,导致短周期结构不安全,中周期尤其是长周期结构又太保守。
文献[9]对于超过反应谱平台段的中长周期结构(第二至第四阶段),延性需求μ随周期的增大线性降低,但下限值略高于按等能量原理(R= 2μ-1)确定的值[9]。
文献[1]没有考虑结构高度对延性需求μ的影响,无论何种高度,构造等级不变,大方向上遵循了R与μ对应的原则。
根据上述研究成果,文献[1]相对文献[2]、文献[3],对延性需求μ可适当降低的长周期结构,虽然没有反向提高,但依然偏保守;对μ需要较大提高的短周期结构,虽然没有出现反而降低了的更不合理情况,但同样或不够安全。
建议文献[1]深化高度对结构延性需求影响的研究工作,以论证是否需对不同高度结构的延性构造措施进行更合理的细化。
建议文献[2]、文献[3]首先拨正与“R-μ规律”完全相反的“高度原则”,回到正确的方向上,并同文献[1]一样开展高度对结构延性需求影响的论证研究工作。
无论何种结构体系,结构中不同的构件,对结构安全和延性的贡献程度不同,设计中应区别对待。
文献[2]、文献[3]的“构件原则”不仅体现在抗震构造等级上,亦体现在与抗震等级相关的内力调整及对构件抗震等级或内力进行调整的其他相关规定上,如框-剪结构框架和剪力墙承担的倾覆弯矩比的规定、框-剪结构0.2Vo的规定、筒体结构中框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力标准值承担比例的规定、部分框支剪力墙结构框支柱承受的水平地震剪力标准值承担比例的规定等。
抗震等级相关的调整,涉及到构件承载力和延性构造两个层面的调整,导致等级高的相对等级低的不仅承载力高,延性也高,双重破坏了“R-μ规律”。
概念设计如“强柱弱梁”对构件内力的人为调整,因轴力不变,导致调整后不同柱构件的安全度不同。以某框架柱为例,抗震等级为三级,截面600 mm×600 mm,混凝土强度等级C40,计算长度为5.0 m。假设X方向未调整前柱端的弯矩设计值为800 kN·m,经“强柱弱梁”弯矩增大系数ηc=1.3调整后为1 040 kN·m。该柱X方向不同设计轴力N/kN下对应的纵筋配筋(按单偏压计算,对称配筋)对比如表3 所示。其中μ1为轴压比,AS1、AS2分别为弯矩调整前、后的配筋(单位mm2),K为后者与前者的比值。
表3对比结果显示,不同轴力下,柱端弯矩按同一放大系数ηc=1.3 调整后,柱调整前、后的纵筋配筋比值K不同,即柱的安全度不同。
表3 配筋对比Tab.3 Comparison of Reinforcement
内力承担比的部分规定在跨越“临界值”时会出现不合理的突变情况。如7 度区某56 m 高框-剪结构,略微加长某剪力墙的长度,导致在规定的水平力作用下,结构底层框架部分承受的倾覆力矩与总倾覆力矩的比值由原来的51%降低到49%,两者仅相差4.1%,受力需求差别甚微,但框架对应的抗震等级则分别为二级和三级,前者的承载力和延性要求均高于后者。
文献[1]3.9.5条承载力设计规定的条文说明中指出:“尽管采取强柱弱梁的抗震设计措施,但震害调查表明,塑性铰往往出现在柱端而不在梁端,主要原因之一是楼板的作用、钢筋等材料的超强使得框架梁端的受弯承载力超强,有必要以重要性系数适当降低梁端截面的受弯承载力,保证强柱弱梁屈服机制的实现”[1]。
鉴于楼板对梁的空间加强作用机理尚未被完全揭露,目前无法量化,文献[1]从结构整体超强的角度,在承载力验算公式中以构件重要性系数η对构件的地震作用效应标准值进行调整。一般竖向构件较重要,不考虑结构超强因素,取η=1.0,水平耗能构件允许更快屈服,考虑结构超强,取η=0.5~0.7(对一旦失效将导致结构连续破坏、倒塌的关键构件或工程师认为重要的构件,可根据性能设计需求取η>1.0)。
对结构超强现象的研究,国外通过数值模拟、试验及震害评估的方式,已取得较为成熟的成果并体现在各国规范中[6-9],文献[2]未考虑此现象,但我国已有较多学者进行了相应的研究。国内外普遍的共识有:①低层结构的超强系数相对高层结构高;②低烈度区结构的超强系数相对高烈度区结构高。使用文献[1]的时候,要注意对构件重要性系数η的合理取值。
李何潇等人[14]统计了国内外不同层数、不同烈度关于钢筋混凝土框架结构超强系数Rd(结构体系的实际屈服强度与设计强度的比值)的研究成果数据,国外Rd的范围为1.5~6.5,其中某低烈度区因受重力荷载或风荷载控制高达12.7,国内的范围则为1.50~6.97。此外,文献[14]通过对严格按照文献[2]设计的8 个处于不同设防烈度分区和不同层数的剪力墙结构进行动力推覆分析,得出可保守地认为严格按照我国规范设计的剪力墙结构的超强系数最小值为2 的结论[14]。岳茂光等人[15]以汶川地震震害统计和数值模拟相互论证的方式,得出总体上认为,按照文献[2]设计的钢筋混凝土框架结构的超强系数大于2 的结论[15]。
文献[1]水平构件的重要性系数取0.5~0.7,相当于仅针对地震作用超强系数取1.43~2.00,相对还是保守的,尤其是对竖向荷载或风荷载占一定比例的框架梁。
文献[1]承载力验算时,压、剪和弯、拉承载力利用系数ξ取值不同[5],比如中震下的性能水准为3时,ξ压、剪取0.74,弯、拉取0.87,压、剪的承载力要求高于弯、拉。此参数实现了强柱弱梁、强剪弱弯概念设计。文献[1]5.2.3条规定,竖向荷载下,考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩进行调幅的系数可取为0.7~0.9,以适当降低梁端的承载力。
综上,文献[1]的“构件原则”主要体现在仅考虑水平构件超强对其地震作用效应标准值进行折减、承载力利用系数ξ压剪和弯拉取值不同及梁端弯矩调幅3 个方面,以实现“强柱弱梁”的屈服机制。不区分结构体系,只涉及承载力,不涉及抗震构造等级即延性的双重调整,设计原则和逻辑统一,不存在文献[2]、文献[3]不同柱构件的安全度不同、内力承担比部分规定导致构件承载力和延性要求不合理突变的问题。
2001 年版文献[2]、2002 年版文献[3]的“抗震等级表”延续了1989 版文献[2]的“设防烈度原则”、“高度原则”和“构件原则”三大确定原则,虽然两者均出台了现行的2010 版并新增了“性能化设计”章节,但“抗震等级表”未有变化,至今使用20余年。
抗震等级的规定本质上是鉴于地震的不确定性、弹塑性理论和计算分析手段不完善等限制,为提高结构延性和变形能力而基于概念设计提出的“半经验半理论”处理措施,不可否认,是在理论和经验都不够的情况下提出的,三大确定原则似乎更多是基于直观感觉而非充分的事实和理论依据,因为没有统一的指导思想和原则,导致没有一个原则是统一执行、一以贯之的。同时,基于小震设计的承载力和相同的构造等级,却要完成“中震可修”、“大震不倒”两个不同的性能要求,一个μ对应两个R,不吻合R与μ对应的基本原则,也由于未遵循抗震性能设计思想背后核心的“R-μ规律”,导致我国的抗震设计难以和国际主流抗震设计理念接轨。
20年的跨度,新的科研理论成果和工程实践创新层出不穷,对地震的认识、弹塑性理论和分析手段都有了巨大的发展和进步,性能化设计思想也已普及并成就斐然(如文献[16]基于构件的性能化研究成果),对“抗震等级表”工程实践存在和反馈的客观问题,建议予以必要的重视。
文献[1]采用中震拟弹性计算构件的承载力,以可计算验证的方式保证“中震可修”目标的实现,并通过延性构造措施实现“大震不倒”的目标,方式上和文献[2]、文献[3]一致,但设计思想上差别较大,文献[1]从中震到大震设计,都基于并贯彻了目前最先进的性能化设计思想,抗震构造措施与性能水准对应,概念清晰,原则统一,解决了文献[2]、文献[3]抗震等级规定存在的一系列问题。
抗震构造措施是实现结构延性设计、提高结构变形能力的方式之一,其最终目的是为了满足结构抗震性能目标的要求。
2022 年1 月1 日正式实施的《建筑与市政工程抗震通用规范:GB 55002—2021》[4]总则1.0.3 条规定:“工程建设所采用的技术方法和措施是否符合本规范要求,由相关责任主体判定。其中,创新性的技术方法和措施,应进行论证并符合本规范中有关性能的要求”[4]。并在2.1节明确丙类建筑性能要求为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。
文献[1]采用中震进行承载力设计的方法、结构抗震构造等级确定原则的简化等修订内容属于创新性的技术方法和措施,并已通过审查委员会的论证,根据文献[4]的规定精神,采用文献[1]设计的结构,只要能满足性能要求即可。
文献[1]采用中震进行承载力设计,以可计算验证的方法保证了“中震可修”目标的实现,基本也保证了“小震不坏”,只剩下“大震不倒”的性能目标需要进一步复核。
文献[1]在修订说明第5款中指出:“算例表明,满足中震性能水准时往往可以满足大震性能水准。为简化设计,规定6、7 度低烈度区、150 m 以下、较简单、规则的丙类建筑结构,可不进行大震弹塑性计算”[5]。
文献[5]对此进行了说明,阐述了性能目标从A级到D 级,上述丙类建筑不进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,也能保证结构在罕遇地震作用下满足预期性能目标的原因[5],其核心是基于“R-μ规律”。以性能目标D为例,中震对应性能水准4,地震力折减系数c=0.7,按大震弹性地震力为中震的2 倍考虑,即相当于大震地震力的降低系数R=2/0.7=2.857。对中长周期结构,大致按等位移原理[17],对应的延性系数μ=R=2.857(若考虑结构超强效应,延性系数还可降低),而大震对应性能水准5,构造等级不低于一级,属于高延性构造,国内外的研究成果和工程实践表明,其延性系数远大于3,结构有足够的能力储备经受大震考验;对如自振周期在反应谱平台范围内的短周期结构,偏保守取结构超强系数Rd=1.5,结构实际屈服强度对应的R=1.905,虽然根据“R-μ规律”对应的是低延性需求,鉴于文献[1]也没有考虑短周期结构延性需求更高的影响,建议补充大震性能目标复核,尤其是8度区。
综合本文前述内容,文献[1]与文献[2]、文献[3]无论从承载力的验算,还是延性设计采取的措施上,均不一致,两者的设计思想有着本质的不同且各成体系,相关的规定存在差异不可避免,从尊重科学客观规律的角度,在此体系下合理、适用的规定在另一个体系下必然不一定合理、适用。
基此,对文献[1]确定抗震构造等级的执行方式,建议解决方案如下,供同行讨论参考。
⑴ 进行中震设计,抗震构造等级遵循“R-μ规律”,按文献[1]规定采用。
⑵实操层面上,必要时可采用文献[1]抗震设计反应谱,不考虑抗震等级相关的内力调整,补充复核构件承载力是否满足“小震不屈服”要求(即文献[4]“小震不坏”的性能要求)。
⑶对存在构件抗震构造等级低于文献[4]的结构,结合文献[1]修订说明第5 款,根据实际情况判断是否补充“大震不倒”性能要求的复核。
⑴抗震构造等级遵循“R-μ规律”,按文献[1]规定采用。
⑵按照文献[1]、文献[4]规定进行中、大震下的性能化设计,根据性能要求可局部提高部分楼层或构件的构造等级,最终满足两者规定的性能目标。
⑶必要时同非超限结构,补充“小震不坏”性能要求的复核。
⑴文献[2]、文献[3]确定抗震构造等级的三大原则——“设防烈度原则”、“高度原则”和“构件原则”,没有一个原则是一以贯之、统一执行的。
⑵文献[2]、文献[3]确定抗震构造等级的“设防烈度原则”未遵循“R-μ规律”,导致烈度低的结构安全度相对低。
⑶ 文献[2]、文献[3]的“高度原则”与“R-μ规律”背道而驰,导致短周期结构不安全,中周期尤其是长周期结构又太保守。文献[1]没有“高度原则”,但同样存在短周期结构或不够安全、长周期结构偏保守的问题。
⑷文献[2]、文献[3]的“构件原则”,相关的调整存在双重破坏“R-μ规律”、不同柱构件安全度不同及跨越“临界值”时出现不合理的突变等问题。
⑸文献[1]的“构件原则”主要体现在仅考虑水平构件超强对其地震作用效应折减、承载力利用系数ξ压剪和弯拉取值不同及梁端弯矩调幅三个方面,以实现“强柱弱梁”的屈服机制。
⑹文献[1]抗震构造等级与大震性能水准一一对应,遵循了“R-μ规律”,原则统一,概念清晰明确。9度区基于理论研究和工程实践将构造等级提高至特一级亦吻合性能设计思想和“R-μ规律”的本质。
⑺采用文献[1],业主、设计可根据使用、结构受力需求灵活选择性能目标及对应的构造等级,合理评估风险与投资的平衡,而文献[3]则相对灵活性不足。
⑻文献[2]、文献[3]的“抗震等级表”长达20 年未从理论革新和实践论证中进行修订,建议把文献[1]成果合理的部分作为下一次修订有益的参考或补充。
⑼建议文献[1]3.10.3 条条文内容之“丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震构造等级应按表3.10.3 确定”中的“应”字调整为“宜”。
⑽建议文献[1]深化高度对结构延性需求影响的研究工作,以论证是否需对不同高度结构的延性构造措施进行更合理的细化。
⑾对文献[1]确定抗震构造等级的执行方式提出了建议解决方案,供同行讨论参考。