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1、2010新规范的 计算问题及处理办法焦 柯广东省建筑设计研究院 深圳市广厦软件有限公司 2010年9月广东省建筑设计研究院作为抗规和高规 的参编单位，积极参与了新规范的编制工作。特别 是一年来，对新规范的可操作性做了大量的工作，并 对新规范应用过程中可能遇到的问题及其处理办法做 了详细的总结。今天讲座内容涉及建筑抗震设计规范、混 凝土结构设计规范和高层建筑混凝土结构技术规 程 3本新规范。 希望通过今天的讲座，帮助大家完成旧规范计算 到新规范计算的转换 。讲座包括7方面的主要内容:一、第1次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法; 二、新规范如何真正实现强柱弱梁？ 三、取消楼面无限刚假定(全弹
2、性是抗震计算基本假定 ); 四、如何进行楼梯构件的抗震承载力验算？ 五、新规范设计中一些概念的变化; 六、新规范新增的计算内容; 七、新旧规范设计含钢量的变化。一、第1次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法1.基于性能设计的国内外应用现状；2.抗规如何规定抗震性能目标?3.介绍性能设计的计算方法；4.工程实例中进行不同性能目标的计算对比。 美国加州结构工程师协会（SEAOC） 1995年提出 ; 一直受到美国、日本、欧洲、新西兰、中国等国重视; 已经被美国和日本以规范的形式确认; 正被我国以规范的形式确认。1.基于性能设计的国内外应用现状2.抗震性能目标 1）旧规范的“小震不坏，中震可修、大
3、震不倒”也 是一种性能目标 ，新规范更加完善和系统； 2）新抗附录M提出了4个性能目标等级、3个地震水 准、7个性能水准（7种计算方法）。性 能目标性能水准地震水准性能1性能2性能3性能4多遇地震1111设防烈度地震2345预估的罕遇地震3567图示：1-4个性能目标等级、3地震水准、7个 性能水准(计算方法)17性能水准性能目标增高罕遇设防多遇性能4性能3性能2性能1结构性能增加地震作用增加11123453567罕遇地震、性能1、方法3目标最高7性能水准(计算方法)结构预期的震后性能状况抗震性能 水准宏观损观损 坏程 度承载载力要求第1水准小震完好按常规设计规设计第2水准中震完好承载载力按抗
4、震等级调级调 整地震效应应的设计值设计值 复核，不 计计入风风荷载载效应应 第3水准基本完好承载载力按不计计抗震等级调级调 整地震效应应的设计值设计值 复核 ，不计计入风风荷载载效应应第4水准轻轻微损损坏承载载力按标标准值值复核，不计计入风风荷载载效应应第5水准轻轻中等破坏承载载力按极限值值复核，不计计入风风荷载载效应应第6水准中等破坏承载载力达到极限值值后能维维持稳稳定，降低少于5%，不 计计入风风荷载载效应应 第7水准不严严重破坏承载载力达到极限值值后基本维维持稳稳定，降低少于10% ，不计计入风风荷载载效应应1)详细定义了每种计算对应的宏观损坏程度、内力组合和材料强度的取值; 2)如第3
5、水准:不计设计内力调整和风荷载效应，取设计内力和设计材料强度。3.性能设计的计算方法计算方法分为两类：基于荷载和基于位移的计算方法。1)4种基于性能的抗震设计方法a、振型分解方法7水准弹性分析和设计(GSSAP):i、弹性反应谱分析ii、弹性动力时程分析iii、竖向地震计算b、静力弹塑性分析（PUSHOVER）和能力谱方法(GSNAP);c、动力弹塑性分析(GSNAP);d、结构弹性、弹塑性的静力、动力抗震试验。 2)通用计算GSSAP 如何实现7水准弹性计算？地震信息中增加两参数：地震水准和性能 要求，实现抗规附录M的性能计算。常规设计选择： 多遇和性能1抗规性能设计过程中3种内力的选择(由
6、大到小)有：a、调整后的设计内力b、未调整的设计内力c、标准内力。材料强度的选择(由小到大)有：设计强度、标准强度和极限强度。性能水准宏观损观损 坏程 度承载载力计计算第1水准小震完好按常规设计规设计第2水准中震完好承载载力按抗震等级调级调 整地震效应应的设计值设计值 复核，不 计计入风风荷载载效应应 第3水准基本完好承载载力按不计计抗震等级调级调 整地震效应应的设计值设计值 复 核，不计计入风风荷载载效应应 第4水准轻轻微损损坏承载载力按标标准值值复核，不计计入风风荷载载效应应第5水准轻轻中等破坏承载载力按极限值值复核，不计计入风风荷载载效应应第6水准中等破坏承载载力按极限值值的1.05倍复
7、核，不计计入风风荷载载效应应第7水准不严严重破坏承载载力按极限值值的1.1倍复核，不计计入风风荷载载效应应新抗5.5.2应进行弹塑性变形验算的结构：a)8度、类场地和9度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向 排架;b)7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5 的钢筋混凝土框架结构;c)高度大于150m 的结构(此条为新增内容);d)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;e)采用隔震和消能减震设计的结构。3)弹塑性计算GSNAP的静力弹塑性分析（ PUSHOVER）和能力谱方法实现第二阶段弹塑性变形验算平时计算常碰到的情况弹塑性计算GSNAP的静力弹塑性分析（ PUSHOVER）和能力谱
8、方法单元模型：a)梁、杆、柱、撑采用纤维束模型;b)剪力墙、楼板采用弹塑性壳单元。接力GSSAP自动读取钢筋，考虑全弹塑性模型。UNFVbVbUN顶点推覆曲线1)对水平力高规要求采用：地震剪力换算的 水平力； 2)得到弹塑性下的顶点位移荷载曲线； 3)根据位移荷载曲线转换为加速度-位移曲线（能 力谱）需求谱1)将反应谱的加速度-周期曲线转换为加速度-位 移曲线； 2)实际我们习惯看反应谱的加速度-周期曲线； 3)所以位移荷载曲线进一步转换为加速度-周期曲 线，进行如下抗倒塌验算。周期-影响系数曲线 需求谱曲线周期-最大位移角曲线周期-加速度曲线 能力曲线T影响系数1/105等效单自由度体系验算
9、曲线层间位移角a)需求谱曲线（周期-影响系数曲线）结构在静力 推覆分析过程中，随着结构的破坏、结构阻尼的增加 、结构自振周期的变化，反映出结构在设计烈度大震 下的弹塑性最大水平地震影响系数曲线。该曲线综合 反映了结构弹塑性变形过程中地震作用变化的情况。 （弹塑性有效阻尼对应的需求谱）b)能力曲线（周期-加速度曲线）基于等效单质点 体系综合统计出的结构周期加速度曲线。随着结构进 入弹塑性状态，结构的自振周期、顶点加速度反应也 发生变化，当该曲线穿过需求普曲线时，说明结构能 够抵抗设计烈度的大震，否则就认为不能抵抗设计烈 度的大震情况。越早穿过需求普曲线，说明结构抵抗 大震的能力越强，当曲线趋于水
10、平时，说明结构接近 破坏、倒塌；结构抗倒塌验算c)周期-最大层间位移角曲线基于等效单质点体系 综合统计出的结构周期顶点位移曲线。随着结构进入 弹塑性状态，结构的自振周期、顶点位移反应也发生 变化，竖向连接需求谱与能力谱曲线的交点，则该点 的层间位移值可以理解为抵抗设计烈度大震时的结构 弹塑性层间位移，也可以把该点的层间位移角与规范 限值比较，比规范小则满足设计要求，反之则认为不 满足设计要求。4)不同性能目标的计算对比 a)性能水平1-4的计算算例：20层框剪结构，设防 烈度8度，抗震等级3级层2柱21各性能目标下最大轴力、配筋和轴压比比较N(kN)B边(mm)轴压比多遇地震1399.6617
11、03.810.27设防地震性能11734.453230.830.34设防地震性能21734.452420.140.34设防地震性能31408.961936.210.19设防地震性能41408.961465.550.15罕遇地震性能12383.634950.180.46罕遇地震性能21908.333005.540.20罕遇地震性能31908.332839.310.19罕遇地震性能41908.332690.190.18表中可见，该柱按照规范多遇地震设计的配筋（1703）满足中震 性能4（1465）要求，但不满足大震性能4（2690）要求。b)静力推覆算例：框架 结构实际工程材料参数：梁、柱主筋采用
12、 300Mpa，梁、柱箍筋和板钢筋采 用210Mpa，钢筋蜕化系数0.015； 梁板混凝土强度等级为C25，柱混 凝土强度等级为C30。模型参数：柱有两种截面 400*600(mm)和600*500(mm)，梁 的截面为200*600(mm)，层高3米 ，总层数为11层，柱底嵌固。梁 、柱单元剖分尺寸小于2米。 计算模型xyPushover分析 荷载定义：沿X向作用倒三角形水平荷载；1、5个计算软件比较:荷载顶层位移和最大层间位移角； 2、纤维束模型的结构极限承载力明显比塑性铰模型要大，原因在于塑性铰 模型在C点会马上失去承载力，而纤维束模型由于钢筋的延性不会突然失 去承载力；荷载柱顶位移曲线
13、层间位移角各阶段的位移和基底剪力比较二、新规范如何真正实现强柱弱梁？1.提高框架结构柱的设计内力调整； 2.考虑压筋对梁抗弯承载力的贡献； 3.考虑板对梁承载力计算的贡献； 4.新的梁挠度和裂缝计算。1、提高框架结构柱的设计内力调整旧抗6.2.2柱端弯矩增大系数，一级取1.4， 二级取1.2，三级取1.1。新抗6.2.2 框架柱端弯矩增大系数；对框架 结构，一级取1.7，二级取1.5，三级取1.3，四 级取1.2；其他结构类型中的框架，一级取1.4， 二级取1.2，三、四级取1.1。1)框架增大了20%; 2)其它增加了四级调整。新旧规范框架结构设计内力调整对比：（增大系数的推导过程）抗震等级
14、级旧规范弯矩新规范弯矩旧规范剪力新规范剪力特一1.41.2=1.681.71.2=2.041.681.41.2 =2.8222.041.51.2 =3.6729度一1.21.11.1 =1.4521.71.1=1. 871.4521.452 =2.1082.551.1=2.805一1.41.71.41.4=1.961.71.5=2.55二1.21.51.21.2=1.441.51.3=1.95三1.11.31.11.1=1.211.31.2=1.56四1.21.21.1=1.32实际工程看内力和钢筋增大多少：7层框架 结构，设防烈度7度，抗震等级2级1)算例中弯矩增大了25%（1.5/1.2=
15、1.25）,配筋增大了38%； 2)结论：一般工程中弯矩增大20%左右，配筋增大30%。N（kN）Mx（kN.m）B边配筋面积 （mm2）旧规范-485-189929 新规范-485-2371285增大比例25%38%2、考虑梁压筋对梁抗弯承载力的贡献新混6.2.10 梁受弯承载力计算包含压筋项， 可以考虑压筋的贡献。 如何考虑？ 1)实配压筋一般情况下并未达到承载力极限，采用fyAs不成立； 2)不考虑受压筋计算的受拉筋配筋率2%，压筋达到承载力极限； 3)在0%-2%之间按线性插值考虑受压筋比例； 4)按构造要求设定受压和受拉钢筋比例。实际工程算例：梁截面200X500mm，C20混凝 土
16、,三级抗震等级负负弯矩正弯矩-136.25175.82 未考虑压虑压 筋的梁配筋面积积(cm2)12.2717.14考虑压虑压 筋的梁配筋面积积(cm2)11.3314.96减少比例7.7%12.7%结论： 1)配筋一般减少比例10%-20%左右； 2)随配筋率增加，减少比例增加； 3)计算时考虑的压筋承载力仍偏小，梁计算拉筋还 是偏于保守。3、考虑板对梁承载力计算的贡献新混5.2.4 对现浇楼板和装配整体式结构， 宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。 如何考虑？ 1)梁配筋计算可考虑每侧3倍板厚的影响； 2)当板为梁的上翼缘时，对于负弯矩(支座)，按板 构造钢筋面积考虑对梁的影响，对于正弯矩(跨中) ，按板混凝土受压考虑对梁的影响；3)当板为梁的下翼缘时，对于负弯矩，按板混凝土 受压考虑对梁的影响，对于正弯矩，按板构造钢筋 面积考虑对梁的影响。1)考虑上下翼缘的不同影响； 2)考虑两侧相邻板不同标高的影响。在
