关于建筑结构地震作用计算方法的讨论

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1、关于建筑结构地震作用计算方法的讨论叶列平，方鄂华清华大学土木工程系摘要：地震作用计算是结构抗震设计的首先要解决的问题。我国自《89抗震规范》开始采用按多遇地震(小震)计算地震作用。国际上主要抗震国家和我国‘78抗震规范》都采用按基本烈度地震(中震)计算地震作用。随着《抗震规范》在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种问题，学术界和工程界多次提出恢复到按中震计算地震作用，以彻底解决现行《抗震规范》中的问题，并与国际上通行的地震作用计算方法保持一致。近年来，随着基于性能抗震设计方法的发展，这一问题又再次被提出。2004年编制出版的《建

2、筑工程抗震性态设计通则CEC8160：2004》采用的是按中震计算地震作用。本文在介绍两种地震作用计算方法的基础上，讨论两种方法的优缺点，并基于性能抗震设计的发展，提出了我国地震作用计算方法的研究方向。1引言地震作用计算是结构抗震设计的首先要解决的问题。基于我国《建筑结构统一设计标准GBJ68．84》(以下简称《统一标准》)规定的设计方法体系，1989编制的《建筑抗震设计规范GB儿1．89》(以下简称<89抗震规范》)，开始采用按多遇地震计算地震作用的方法(简称“按小震计算地震作用”)，该方法一直沿用至今。国际上的主要抗震国家的

3、有关设计规范和标准，基本都采用按基本烈度(或设防烈度)地震计算地震作用的方法(简称“按中震计算地震作用”)。《建筑抗震设计规范GBJll—89》的前身1978年《工业与民用建筑抗震设计规范TJll．78》(简称《78抗震规范》)也是采用按中震计算地震作用的方法。随着《89抗震规范》和《建筑抗震设计规范GB50011—2001》(简称《01抗震规范》，且《89抗震规范》和<0l抗震规范》统简称《抗震规范》)在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种问题，学术界和工程界曾多次提出过恢复到按中震计算地震作用的方法，以彻底解决现行《抗震规范

4、》中的问题，并与国际上通行的按中震计算地震作用的方法保持一致。近年来，随着基于性能抗震设计方法的发展，这一问题又再次被提出。2004年编制出版的《建筑工程抗震性态设计通则CECSl60：2004》(以下简称<性态抗震设计通则》)采用的是按中震计算地震作用的方法。尽管自<89抗震规范》实施以来，我国建筑结构的整体抗震能力有很大提高，理论分析和震害经验也表明，按《抗震规范》设计的建筑结构的抗震能力比《78抗震规范》有明显提高，但是随着各种新型结构形式的不断出现和基于性能结构抗震设计方法的发展，按小震计算地震作用的方法使我国《抗震规范

5、》的发展受到了很多制约。本文在介绍两种地震作用计算方法的基础上，讨论了两种方法的优缺点，提出我国《抗震规范》宣尽早恢复到按中震计算地震作用的方法。不足之处请大家批评指正。、2按中震计算地震作用的方法及其优缺点2．1按中震计算地震作用方法的由来按中震计算地震作用的方法，是在静力法基础上发展起来反应谱法。静力法和反应谱法都属于基于承载力设计方法，所不同的是反应谱法考虑了结构动力效应，使地震力分布更合理，同时更加明确了结构塑性变形能力对结构抗震的作用。静力法产生于二十世纪初期，是最早的结构抗震设计方法Il】。该方法把地震引起的结构水平

6、惯性力看成是作用在建筑物上的一个总水平力(即地震作用)，并取该水平力为建筑物总重量乘以一个地震系数。意大利都灵大学应用力学教授M．Pane仕i建议，l层建筑物取设计地震水平力为上部重量的l／10，2层和3层取上部重量的l／12。日本关东大地震后，1924年日本“都市9建筑规范”首次增设的抗震设计规定，取地震系数为O．1。1927年美国统一建筑规范UBC第一版也采用静力法，地震系数也是取O．1。静力法没有考虑结构的动力效应，即认为结构在地震作用下随地基作整体水平刚体运动，其运动加速度等于地面运动加速度，地震力沿建筑高度均匀分布。考

7、虑到不同地区地震强度的差别，设计中取用的地面运动加速度(即基本烈度或设防烈度所对应的地面运动加速度)按不同地震烈度分区给出。20世纪40年代，随着结构动力学的发展，人们认识到结构在地震作用下的动力效应，即结构的加速度响应不同于地面运动加速度，而是与结构自振周期和阻尼比等动力特性有关，并且沿建筑高度也不是均匀分布的。采用动力学方法可以求得不同周期单自由度弹性体系质点的加速度反应，并建立了弹性加速度反应谱，由此可方便的确定单自由度弹性体系的加速度响应。对于弹性多自由度结构体系，又发展了振型分解组合方法，以确定地震作用沿建筑高度的分布

8、。由此基于结构弹性动力学理论，建立了能够反映结构动力特性的反应谱设计法。然而，在由静力法向反应谱法过渡的过程中，人们发现短周期结构加速度谱值比静力法中的地震系数大1倍以上，高度较大的结构甚至大4～6倍。这使得地震工程师无法解释以前按静力法设计的建筑物如何能够经受