GB-规范对GBJ-规范的主要改进

GB50011-2001规范对GBJ11-89规范的主要改进与89规范相比，2001规范的内容增加较多：89规范共有11章、39节、7附录共329条，其中包括41条强制性条文；2001规范共有13章、56节、11附录共507条，其中包括52条强制性条文，删去粉煤灰中型砌块、单排柱内框架、烟囱和水塔的有关内容。(一)GBJ11-89抗震规范的基本规定《建筑抗震设计规范(GBJ11-89)》对建筑结构的抗震设计做如下基本规定：用三个不同的概率水准和两阶段设计体现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的基本设计原则；2.以抗震设防烈度做为抗震设计的基本依据，引入“设计近震和设计远震”，以体现地震震级、震中距的影响；3.不同类型的结构需采用不同的地震作用计算方法；并利用“地震作用效应调整系数”，体现某些抗震概念设计的要求；4.按照建筑结构设计统一标准的原则，取消78规范的“结构影响系数”，通过“多遇地震”条件下的概率可靠度分析，建立了结构构件截面抗震承载力验算的多分项系数的设计表达式；5.把抗震计算和抗震措施作为不可分割的组成部分，强调通过概念设计，协调各项抗震措施，实现“大震不倒”；6.砌体结构需设置水平和竖向的延性构件形成墙体的约束，以防止倒塌；7.钢筋混凝土结构需确定其“抗震等级”，从而采取相应的计算和构造措施；对框架结构还要求控制“薄弱层弹塑性变形”，通过第二阶段的设计防止倒塌；8.装配式结构需设置完整的支撑系统，采取良好的连接构造，确保其整体性。(二)2001规范对抗震设防依据、场地划分和地基基础设计的改进2.1结构抗震设防依据的改进原《中国地震烈度区划图(1990)》规定，在50年内超越概率为10％的地震，按烈度划分为5个等级，即≤5度、6度、7度、8度和≥9度。抗震设计时，与设防烈度对应的设计地震基本加速度值，6、7、8、9度分别为重力加速度的5％、10％、20％和40％。正在编制的地震动参数区划图，标准场地（相当II类场地）50年超越概率为10％的峰值加速度分为7个等级，即＜0.05g，0.05g，0.10g，0.15g，0.20g，0.30g和≥0.40g。同时，考虑震级、震源机制和震中距的影响，标准场地阻尼比为0.05的加速度反应谱的设计特征周期，将分别取0.35s，0.40s和0.45s三档，（大致反映近、中、远震影响）。于是，当按地震动参数进行抗震设计时，抗震设防依据将有21个不同的分档，对结构所遭遇的地震作用的估计将更为细致。为此，对设防地震烈度与设计地震加速度的对应关系要作相应调整，对设计地震影响系数最大值也要作相应的变动。2.2建筑场地类别划分方法的局部调整89规范首次引入场地剪切波速和场地覆盖层厚度，作为划分场地类别时所考虑的两个因素。这种划分方法的主要缺点是：①多层土的剪切波速采用以厚度为权的平均方法，不能使多层土与匀质土层等效，平均的物理意义不够清楚。②对于各分层土土质和剖面顺序完全相同仅覆盖层厚度不同的两个场地，在覆盖层厚度较小时，可能会出现场地条件好的反而划为较不利的类别。例如，有A、B两个场地，其第一层为淤泥，平均波速为100m/s，厚度均为8m；第二层为密实的粘土，平均波速为280m/s，A场地厚度2m，B场地厚度9m；第三层均为波速大于500m/s的碎石土。很明显，A场地条件要好于B场地，但是按规范划分的结果：A场地为Ⅲ类，B场地反而为Ⅱ类。③剪切波速和覆盖层厚度处于不同类场地的分界附近时，实测误差可使场地类别划分结果不同。为此，在2001规范中关于场地划分方法提出下列修改(参见修改示意图1)：①剪切波速的平均方法，改用以走时为权的平均，称为等效剪切波速，即多层土与匀质土在剪切波速的传播时间上等效。②适当调整不同类别场地的分界。③对波速和覆盖层厚度处于不同类场地分界附近的情况，例如，在场地分界附近相差±15％的范围内，计算结构地震作用时，允许对反应谱特征周期内插取值。Vse(m/s)500┃┃┇Ⅰ┃┇类┃┇┃┇┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅250┏┛┇┇┏━━━━━━━━━━┃┅Ⅱ类┇┃┅┅┅┅┅┅┅┅┅┃┇┇┃┇┃┇┇┃┇┃┇┅┅┅┅┅┅┅┃┇┅┅┅┅┅140┃┇┇┏━━━━━━━┛┇┇┏━━━┃┇┇┃┅┅┅┅┅┅┅┅┇┃┅┅┃┇┇┃┇Ⅲ类┇┃┇Ⅳ类┃┇┇┃┇┇┃┇0───────────────────┴───35155080dov(m)2.3岩土勘察和基础抗震设计要求的改进────┬──────────┬──────────────────项目│89规范│2001规范────┼──────────┼──────────────────危险地段│发震断裂带应考虑错动│发震断裂带在避让距离外不考虑错动────┼──────────┼──────────────────不利地段│提供岩土稳定性评价│提供岩土稳定性评价,考虑地震作用放大────┼──────────┼──────────────────液化│Q3以前不液化│Q3以前冲积砂土粉土不液化判别│液化判别深度15m│液化判别深度改为20m────┼──────────┼──────────────────液化│处理后液化指数≤4│乙类处理后的液化指数≤3,倾斜场地的液处理││化处理,复合地基的换算锤击数────┼──────────┼──────────────────软土│综合考虑桩基地基加│同89规范,地基│固和上部结构处理│增加考虑软土震陷的方法────┼──────────┼──────────────────桩基│仅规定不验算范围│增加桩抗震承载力(非液化液化)和构造────┴──────────┴──────────────────(三)2001规范对地震作用和抗震验算方法的改进3.1提出了长周期和不同阻尼比的设计反应谱随着高层建筑高度的不断增加，以及高层钢结构、隔震消能结构的出现，89规范的设计反应谱已经不能适应建筑结构发展的需要。而且，随着地震动参数区划中关于特征周期的规定，89规范关于“设计近震和设计远震”的概念也需要加以发展。修订后，2001规范设计反应谱的范围由3s延伸到6s，分上升段、平台段、指数下降段和倾斜下降段四个区段。一般结构阻尼比为0.05，在5Tg以内与89规范相同，从5Tg起改为倾斜下降段，斜率为0.02，保持了规范的延续性。对阻尼比ζ不等于0.05的结构，设计反应谱在阻尼比ζ=0.05的基础上调整：平台段的数值乘以1＋(0.05-ζ)／(0.06+1.7ζ)指数下降段的指数，由0.9改为0.9＋(0.05-ζ)／(0.5+5ζ)倾斜下降段的斜率，由0.02改为0.02＋(0.05-ζ)／83.2建筑结构分析模型的规定2001规范增加了对于结构分析的一些规定，主要包括：弹性分析和弹塑性分析的要求；当侧移附加弯矩大于水平力作用下构件弯矩的1/10时，应考虑重力二阶效应；按楼盖刚度、扭转效应等的区别对待，划分平面结构和空间结构分析；对计算软件的要求和对电算结果的分析判断。3.3建筑结构地震作用取值的控制在2001规范中，从特征周期、最小地震力、偶然偏心和双向水平地震等四个方面来控制建筑结构地震作用：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地特征周期将比89规范增大0.05s，总体上提高了中等高度房屋和单层厂房的地震作用，使量大面广的一般结构的抗震安全性有一定的提高，符合当前提高设计安全性的呼声。长周期结构，按加速度反应谱计算的地震作用明显减少，由于未考虑强地面运动速度和位移所施加于结构上的作用，可能是不安全的。为此，提出按烈度、扭转效应等分级控制，不仅控制底部总地震作用力，而且控制每个楼层的地震作用力。当结构基本周期不大于3.5s或扭转效应明显时，楼层剪力系数应不小于0.2αmax，其它情况，7、8、9度时的楼层剪力系数分别不小于0.012(0.018)、0.024(0.032)和0.040。震害经验和强震记录的分析认为：实际地震地面运动是同时具有平动、扭转和上下分量的，对于对称且抗侧力构件正交的结构，可简化为两个主轴方向分别考虑地震作用，但需要考虑实际结构偶然偏心和地震地面运动的扭转作用，将边榀结构的地震内力适当增大1.05～1.3倍；对于非对称结构或抗侧力构件斜交的结构，必需考虑两个主轴方向同时施加地震作用。至于两个方向的地震作用效应组合，取一个方向100％与另一正交方向85％的“平方和方根组合”。3.4结构弹塑性变形验算的规定近几年来，高层建筑和新结构体系增多，相应的研究也取得一定的成果。2001规范规定，结构弹性层间变形的控制值，不仅是楼层的质心处、而且是楼层最大的层间位移。除了以弯曲变形为主的高层建筑外，小震下的各类结构的弹性层间位移角限值是：RC框架1/550RC框-墙,内筒-外框1/800RC抗震墙,筒中筒,RC框支层1/1000多、高层钢结构1/300不规则结构、超高层结构、隔震和消能减震结构均需进行弹塑性层间变形验算。其中，对排架、框架、隔震和消能减震结构、甲类建筑和高层钢结构的要求为“应”，其余为“宜”。层间变形可采用静力的弹塑性计算方法，即所谓推覆(push-over)方法予以简化。除了新增多层钢结构弹塑性变形简化计算的增大系数外，大震下各类结构的弹塑性层间位移角限值是：RC排架1/30RC框架1/50RC框-墙,板柱-墙、内筒-外框,底框砖房的框-墙1/100RC抗震墙,筒中筒，RC框支层1/120钢结构1/50(四)提出增加建筑结构延性的设计要求4.1不规则结构的抗震概念设计1999年台湾921大地震的经验表明，凡骑楼、底层层高加大、二层悬挑、楼板中空等不规则结构的地震破坏严重。2001规范中增加了沿平面和沿高度布置的规则界限，并明确规定某些不规则的上限。表4.1和4.2分别是平面不规则和竖向不规则的定义，表4.3是不规则结构的设计要求。表4.1平面不规则布置的定义──┬───────────────────────────────项目│不规则的定义──┼───────────────────────────────扭转│端部层间位移Umax大于两端弹性层间位移平均值U0的1.2倍──┼───────────────────────────────凹凸角│局部凸出或凹进的尺寸大于该方向总尺寸的30％──┼───────────────────────────────楼板不│缩进或开洞后的板宽小于该方向典型板宽的1/2,或洞口面积大于该层连续│楼板面积的1/3,错层───┴───────────────────────────────表4.2竖向不规则布置的定义───┬──────────────────────────────项目│不规则的定义───┼──────────────────────────────刚度突变│层侧向刚度小于相邻上层0.7,或小于其上三层平均值的0.8───┼──────────────────────────────构件间断│柱、抗震墙、抗震支撑承担的地震力由转换构件向下传递───┼──────────────────────────────强度突变│楼层受剪承载力与相邻上层受剪承载力之比(ξy比)＜0.8───┴──────────────────────────────表4.3不规则布置的设计要求────────┬────────────────────────项目│设计要求─────────┼────────────────────────平面不规则,竖向规则│考虑扭转、楼盖变形的空间结构分析,Umax<1.5Uo─────────┼────────────────────────平面规则,竖向不规则│1.15FEk,不落地构件的地震内力1.5倍,ξy比>0.65─────────┼────────────────────────平面和竖向均不规则│同时满足上述要求─────────┴────────────────────────4.2钢筋混凝土框架结构的内力调整和构造①弱化了房屋高度对抗震等级划分的影响钢筋混凝土结构的抗震等级划分中，对房屋高度的分界适当调整，使同一结构类型相同高度的房屋，在不同烈度下有不同的抗震等级；而且在高度分界附近允许对抗震等级做些调整。②强柱弱梁、强剪弱弯的概念设计，需按构件截面实际承载力的不等式控制。89规范从实用的角度，综合了安全、经济和合理诸方面的考虑，在截面实际配筋面积不超过计算配筋量10％的情况下，将实际承载力不等式转换为内力和抗震承载力的验算表达式。考虑到实际配筋往往超过计算值的10％，2001规范提高了增大系数的数值，仅在9度和一级的框架中保留按实际配筋验算的要求：柱、梁、墙和节点核芯区弯矩或剪力设计值增大系数──────────────────────────────强柱弱梁和柱强剪梁强剪墙强剪核芯区9度等（按实际配筋验算）其它一级1.41.31.61.35二级1.21.21.41.2三级1.11.11.21.1──────────────────────────────③对框架柱轴压比控制给出了放松的条件：按89规范控制轴压比的有关规定，柱子的截面尺寸往往取决于轴压比，不仅因截面较大影响了使用要求，而且其纵向钢筋和箍筋配置实际上均由最低的构造要求控制，抗震性能并不高。为此，综合考虑结构中抗震墙数量、柱子剪跨比、箍筋构造和在整个结构中所处的部位，在2001规范中修订了钢筋混凝土柱的轴压比控制值：对框架-抗震墙结构、框架-筒体结构，其框架柱的轴压比限值可增加0.05；当采用井字复合箍、复合螺旋箍或连续复合螺旋箍时，提高体积配箍率后，各类框架柱的轴压比限值可增加0.05～0.10；当在柱截面的中部另加纵向钢筋，其截面不少于柱截面面积的0.9％，各类框架柱的轴压比限值可增加0.05。④柱体积配箍率改用含箍特征值控制。随着各类建筑结构的发展，混凝土和箍筋的强度等级均有较大的变化，规定直接按含箍特征值λv的要求设置柱加密区的箍筋，即：ρv＝λv(fc/fyv)4.3RC抗震墙结构设置边缘构件的要求底部加强部位需根据其轴向压力的大小采取不同的构造要求，并且需要控制墙的最大轴压比。底部加强部位以上，墙的轴压比不得大于底部加强部位。为了简化，墙的轴压比计算仅考虑重力荷载代表值作用下整个墙肢的平均值。一、二级墙体的底部加强部位，墙体在重力荷载下的平均轴压比控制如下：───────────────────────────────边缘构件类型9度8度一级二级设置约束边缘构件后的平均轴压比上限0.400.500.60仅设置构造边缘构件的平均轴压比上限0.100.200.30───────────────────────────────当设置构造边缘构件时，暗柱取一倍墙厚和400mm的较大值；抗震等级二级时，纵筋4φ14，箍筋φ8，间距150mm。当轴向力超过构造要求的上限时，需设置约束边缘构件，暗柱范围由计算确定，且不小于1.5倍墙厚和450mm的较大值，箍筋需按含箍特征值λv控制：──────────────────────────9度8度一级二级λv0.1-0.20.09-0.180.08-0.16──────────────────────────4.4砌体结构总高度和构造柱设置的改进①砌体房屋使用范围的控制仍保持层数和总高度双控。增加坡屋面及半地下室时总高度的计算方法。②根据试验研究成果，在严格控制侧移刚度比、提高底部混凝土墙体和过渡层砖墙延性的基础上，底部的框架-抗震墙可有两层，总高度可与普通砖房相同。③结合实际工程的需要，进行了一批试验和有限元计算分析，发现在一个墙段内设置多个构造柱、芯柱时，如构造柱间隔小于层高，这种约束砌体的抗震性能可有较明显的提高，可适应开间较大和高度较高的砌体房屋的抗震设计要求。④近来，混凝土小砌块的质量和工艺有很大，提高设置芯柱的要求后，房屋的层数和总高度可与普通砖房相同。(五)新增若干类结构的抗震设计原则5.1配筋混凝土小砌块房屋根据试验研究和试点工程的经验，参照国外有关规定，增加了配筋混凝土小砌块房屋抗震设计的要求。包括适用最大高度、最大高宽比、结构布置、承载力计算、墙体构造、圈梁和楼盖等设计要求。5.2钢筋混凝土筒体结构框架-核心筒体系的楼盖宜采用梁板结构。对设置水平加强层应慎重处理：9度时不宜采用；低于9度时，加强层的墙梁或桁架应贯通核心筒，与外框架宜弱连接，注意整体分析时刚度的合理取值，施工时尚需考虑温度和轴向变形影响。筒中筒体系的构件选型，外框筒梁柱的线刚度宜接近，柱子的轴压比和角部的框筒梁剪压比需严格控制，内、外筒墙体的剪压比也需控制；内筒在大梁支座处需设置暗柱。5.3高强混凝土和预应力混凝土结构对混凝土强度超过C55的钢筋混凝土结构，规定了梁、柱配筋要求、柱轴压比要求和抗震验算时的承载力折减系数。对预应力结构，规定无粘结的预应力筋仅适用于采用分散配筋的连续板和扁梁结构，主要用于满足构件的挠度和抗裂度要求；桁架下弦拉杆和悬臂大梁等主要承重构件不得采用无粘结预应力。应设置足够的非预应力筋保证必要的吸能能力。抗震设计的预应力筋应在节点核芯区以外锚固；主楼和裙房不宜共用预应力筋。5.4高层和多层钢结构高层钢结构适用于高度在300m以下且高宽比不大于6.5的结构。结构布置上，需根据烈度和房屋高度的不同，选择合理的结构体系，包括内藏钢板抗震墙、有消能梁段的偏心支撑和筒体体系等；楼板宜用组合楼板。抗震分析时，小震验算时高层钢结构的阻尼比宜取0.02，并考虑节点域变形对结构侧移的影响；注意节点域和各种连接件的验算。按照概念设计的要求进行强柱弱梁的调整