2010版抗震规范对“规定水平力”的解释

第41卷第4期2011年4月建筑结构Building Structure Vol.41No.4Apr.2011国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）疑问解答（五）周炳章1，吴明舜2，薛慧立1，程才渊2（1北京市建筑设计研究院，北京100045；2上海同济大学结构工程与防灾研究所，上海200092）［摘要］国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）于2010年5月31日颁布，12月1日实施。

为了配合新规范的实施，帮助建筑设计人员对新规范的理解，规范管理组将对设计人员在学习和实施规范中所遇到的问题作出解释。

本文主要介绍新规范第7章关于多层砌体和底部框架砌体房屋，以及附录F 配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋抗震设计要求的主要条文修改及有关问题解释。

［关键词］抗震设计；砌体结构；规范中图分类号：TU318.4文献标识码：A文章编号：1002-848X （2011）04-0126-04作者简介：周炳章，教授级高级工程师，Email ：xiaonan _002@ 。

45新规范对砌体结构抗震设计有些什么新思路？汶川地震后总结的经验教训说明，凡按抗震设计规范正规设计的多层砌体房屋基本经受住了设防烈度的考验，即使在高于设防烈度1 2度的“大震”和超过“大震”的情况下，也仅有20% 30%的房屋遭到严重破坏。

由此说明两个问题，一是证明我国的多层砌体结构房屋具有相当强的抗御地震能力；二是在遭遇强烈地震时，还有一定数量的砌体房屋会破坏甚至倒塌。

据此，此次修订此类房屋的抗震措施时，着重在提高多层砌体和底框房屋的整体性能及其薄弱部位和重要部位砌体构件的抗震能力上，采取的措施主要是加强配筋和增强约束以弥补砌体结构本身的脆性性质。

特别是对震害中反映出来的薄弱部位，如楼梯间墙、房屋底部墙体、底框过渡层及底部框架柱等，通过配筋和约束，使多层砌体房屋的整体抗震能力有显著增强。

46房屋高度和层数控制及其计算抗震设计中砌体的限高计算一般均从室外地面开始，只有半地下室作为一层时应从半地下室内地面算起。

关于“规定水平力”的概念规定的水平力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平地震作用力,并考虑偶然偏心,那规定水平力不用CQC计算,那采用的振型组合是什么方法？难道是SRSS？“规定水平力”是10版规范新增的概念,规范中提到的相关内容如下：1）《抗规2010》3.4.3条和《高规2010》3.4.5条对“扭转不规则”采用“规定水平力”定义,其中《抗规2010》说明：“在规定水平力下楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）,大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍”；2）《抗规2010》6.1.3条和《高规2010》8.1.3条规定倾覆力矩的计算采用规定水平力,其中《抗规2010》条文：“设置少量抗震墙的框架结构,在规定的水平力作用下,底部框架所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架的抗震等级仍应按框架结构确定,抗震墙的抗震等级可与框架的抗震等级相同”,此外,还有关于框支框架以及短肢墙的倾覆力矩均采用规定水平力；3）《高规2010》3.11.4条文说明：“……当采用弹塑性静力分析时,在计算分析中采用的侧向作用力分布形式宜适当考虑高振型的影响,可采用本规程3.4.5条提出的‘规定水平地震力’”.由上述规范内容可见,当计算结构的扭转位移比、地震倾覆力矩以及采用弹塑性静力法进行性能化设计时,均需采用规定水平力的计算结果.“规定水平力”的计算方法规范也给出了说明：1）《抗规2010》3.4.3条文说明“该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时,仍采用CQC的效应组合”；2）《高规2010》3.4.5条文说明“‘规定水平地震力’一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心.水平作用力的换算原则：每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值；连体下一层各塔楼的水平作用力,可由总水平作用力按该层各塔楼的地震剪力大小进行分配计算”.下面通过一个三自由度体系图解下“规定水平力”,见下扫描图.由图中推导可知,内力（规定水平力）与位移（层间位移角）的求解均需通过振型组合方法,振型组合方法建立了结构动力反应最大值Q与各振型反应最大值Qi的近似关系,具体可参见随机振动理论.振型组合方法有两种：完全平方开方法CQC与平方和平方根法SRSS,前者应用于扭转耦联的结构动力系统,考虑相关振型间的关联性,引入互相关系数；后者应用于平动（不考虑扭转耦联）的结构动力系统,振型之间的关联性很弱,近似认为独立,如上图中的串联多自由度体系.所以,软件中控制两种方法的开关是“是否考虑扭转耦联”,考虑到实际结构不可避免的会存在扭转效应（自身偶然偏心、地震扭转分量等）,一般设计中均考虑扭转耦联,也就是说一般采用CQC振型组合方法.CQC方法是将结构各振型的响应在概率的基础上采用完全二次方开方的组合方式得到总的结构响应,每一点都是最大值,可能出现两端位移大,中间位移小,所以CQC方法计算的结构位移比或倾覆力矩可能偏小,不能真实地反映结构的扭转不规则.而且不同组合的位移之间的运算也是无物理意义的.规定水平力是单向水平静力,结构在其作用下的位移,不会出现上述CQC法计算时出现的“怪异现象”.。

关于“规定水平力”的概念规定的水平力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平地震作用力,并考虑偶然偏心,那规定水平力不用CQC计算,那采用的振型组合是什么方法？难道是SRSS？“规定水平力”是10版规范新增的概念,规范中提到的相关内容如下：1）《抗规2010》3.4.3条和《高规2010》3.4.5条对“扭转不规则”采用“规定水平力”定义,其中《抗规2010》说明：“在规定水平力下楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）,大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍”；2）《抗规2010》6.1.3条和《高规2010》8.1.3条规定倾覆力矩的计算采用规定水平力,其中《抗规2010》条文：“设置少量抗震墙的框架结构,在规定的水平力作用下,底部框架所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架的抗震等级仍应按框架结构确定,抗震墙的抗震等级可与框架的抗震等级相同”,此外,还有关于框支框架以及短肢墙的倾覆力矩均采用规定水平力；3）《高规2010》3.11.4条文说明：“……当采用弹塑性静力分析时,在计算分析中采用的侧向作用力分布形式宜适当考虑高振型的影响,可采用本规程3.4.5条提出的‘规定水平地震力’”.由上述规范内容可见,当计算结构的扭转位移比、地震倾覆力矩以及采用弹塑性静力法进行性能化设计时,均需采用规定水平力的计算结果.“规定水平力”的计算方法规范也给出了说明：1）《抗规2010》3.4.3条文说明“该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心；结构楼层位移和层间位移控制值验算时,仍采用CQC的效应组合”；2）《高规2010》3.4.5条文说明“‘规定水平地震力’一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心.水平作用力的换算原则：每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值；连体下一层各塔楼的水平作用力,可由总水平作用力按该层各塔楼的地震剪力大小进行分配计算”.下面通过一个三自由度体系图解下“规定水平力”,见下扫描图.由图中推导可知,内力（规定水平力）与位移（层间位移角）的求解均需通过振型组合方法,振型组合方法建立了结构动力反应最大值Q与各振型反应最大值Qi的近似关系,具体可参见随机振动理论.振型组合方法有两种：完全平方开方法CQC与平方和平方根法SRSS,前者应用于扭转耦联的结构动力系统,考虑相关振型间的关联性,引入互相关系数；后者应用于平动（不考虑扭转耦联）的结构动力系统,振型之间的关联性很弱,近似认为独立,如上图中的串联多自由度体系.所以,软件中控制两种方法的开关是“是否考虑扭转耦联”,考虑到实际结构不可避免的会存在扭转效应（自身偶然偏心、地震扭转分量等）,一般设计中均考虑扭转耦联,也就是说一般采用CQC振型组合方法.CQC方法是将结构各振型的响应在概率的基础上采用完全二次方开方的组合方式得到总的结构响应,每一点都是最大值,可能出现两端位移大,中间位移小,所以CQC方法计算的结构位移比或倾覆力矩可能偏小,不能真实地反映结构的扭转不规则.而且不同组合的位移之间的运算也是无物理意义的.规定水平力是单向水平静力,结构在其作用下的位移,不会出现上述CQC法计算时出现的“怪异现象”.。

2010《抗震》新规范变化常用条文及注意事项一、基本规定：1、青岛市设计地震分组由第二组变为第三组，相应的地震作用计算比旧规范放大12.5%左右。

设计任何地区工程时，要注意查新规范附录A，不能想当然，因为大部分地区设计地震分组都有变化。

2、山区建筑的场地和地基基础设计时应注意参照《抗震》规范335 条的条文说明，特别是要注意边坡附近的建筑基础应进行抗震稳定性设计。

3、竖向不规则（框支剪力墙结构）的建筑，2010规范做如下改进：1）刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数，刚【J度越小，取值越大（3.442 ）。

2）提高了不落地构件传给框支梁的地震内力的增大系数（1.25~2.0 ）（34421）。

3）为防止落地墙太少，明确落地墙承担地震倾覆力矩，不得小于总地震倾覆力矩的50%（6.1.9.4）。

4）将框支柱承受的最小地震剪力之和不应小于本层地震剪力20%，改为结构底部总地震剪力的20% （ 6.2.10.1 ）。

4、《抗震》规范3.9.2.2条，旧规范抗震等级为一、二的框架结构, 新规范改为抗震等级为一、二、三级的框架（框架梁、框架柱、框支梁、框支柱、板柱-抗震墙的柱）和斜撑构件（含梯段），其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;（注：框架结构仅指纯框架结构一种结构形式；框架指框架结构、框架-抗震墙结构、框支层、框架-核心筒结构、板柱-抗震墙结构中的框架5、《抗震》规范3.9.3条，纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB400级的热扎钢筋，也可以采用符合抗震性能指标的HRB335级热扎钢筋（建议纵筋用三级钢）；箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级的热扎钢筋（不再推荐箍筋采用HPB235 级钢筋，仅仅是现有生产的HPB235级钢筋可以继续作为箍筋使用）6、混凝土结构的混凝土强度等级，抗震墙不宜超过C60。

7、《抗震》规范3.9.7条，对于抗震等级一级的墙体和转换层楼板与落地混凝土墙体交接处，宜验算水平施工缝截面的受剪承载力，按照条文说明的公式计算。

多层和高层钢筋混凝土房屋抗震规范修订要点参加抗规第六章修编单位：清华大学北京市建筑设计研究院中国建筑科学研究院中国建筑东北设计研究院上海建筑设计研究院中南建筑设计研究院云南省建筑设计研究院多层和高层钢筋混凝土房屋是我国工业与民用建筑中最常用的结构形式，抗震规范规定的内容也是工程界和结构工程师十分关注的内容，本次规范修订征求意见时收到了很多设计、研究单位提出的对2001抗震规范修订的意见和建议。

抗震规范第六章修订的出发点：一. 总结国内外地震震害特别是汶川地震震害的经验教训。

总结科研成果、吸收国外规范的经验。

二. 吸收全国科研、设计单位执行2001抗震规范的经验，进一步提高抗震规范的合理性和可操作性。

三. 考虑地震突发性強、科学确定地震设防烈度难度较大，继续保持和重视抗震的概念设计内容。

2008年5月12日汶川地震表明，设计中严格执行了2001规范的钢筋混凝土房屋,基本上达到了在规定设防目标下能做到”小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防要求。

2008汶川地震也给我们提供了很多经验教训，如框架结构的抗震要求应适当提高、楼梯间的设计应改进等；此外各设计、科研单位在执行2001规范的实践中也有很多经验教训，各单位向规范组所反映的问题和建议均在修订时引起重视。

为了保持规范的连贯性，同时也方便设计人员阅读规范的习惯，我们在修订中仍基本保持2001规范的条文顺序，在原条文相应位置修改其内容。

2010抗震规范第六章共有条文62条，其中对2001规范相应条文进行修改的有39条。

主要改进和修改如下：①对适用的最大高度和抗震等级的高度分界进行修改，对建筑高度较低的框架-抗震墙结构、抗震墙结构、部分框支的抗震墙结构的抗震等级以及裙房和地下室的抗震等级进行了局部的调整。

②提高框架结构的布置、强柱弱梁、强剪弱弯、内力调整和构造要求，包括截面尺寸、纵向钢筋最小配筋率以及楼梯间梯板设计要求。

③改进、细化抗震墙的构造要求，包括墙厚、分布筋、约束边缘构件等。

在2010版《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中引用了“规定水平力”的概念，主要体现在以下两处：a、结构在地震作用下的位移比计算；b、结构的倾覆力矩计算。

其中后者包含了：框架倾覆力矩、短肢墙倾覆力矩、框支框架倾覆力矩和一般剪力墙的倾覆力矩统计。

一.10版《抗规》3.4.3 和《高规》3.4.5 对“扭转不规则”采用“规定水平力”定义。

即：楼层位移比不再采用根据CQC法直接得到的节点最大位移与平均位移比值计算，而是根据给定水平力下的位移计算。

其中10版《抗规》3.4.3：“在规定水平力下楼层的最大弹性水平位移或（层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2 倍”；其条文说明解释了为何采用“规定水平力”来计算位移比：扭转位移比计算时，楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，按国外的规定明确改为取“给定水平力”计算，可避免有时CQC计算的最大位移出现在楼盖边缘的中部而不在角部，而且对无限刚楼板，分块无限刚楼盖和弹性楼盖均可采用相同的计算方法处理。

何为“规定水平力”？10版《高规》3.4.5条文解释给出了详细定义：扭转位移比计算时，楼层的位移可取“规定水平地震力”计算，由此得到的位移比与楼层扭转效应之间存在明确的相关性。

“规定水平地震力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心。

水平作用力的换算原则：每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值；连体下一层各塔楼的水平作用力，可由总水平作用力按该层各塔楼的地震剪力大小进行分配计算。

结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合。

结合10版PKPM软件除了原有各工况的位移统计结果，当计算地震作用时，软件同时给出规定水平力下的位移统计结果，用于位移比的判断。

具体实施：SATWE总信息中关于“规定水平力”的确定方式的选择，程序提供了两种方式：1、楼层剪力差方法（规范方法）；2、节点地震作用CQC组合方法。

一、总信息1、水平力与整体坐标夹角：该参数为地震力、风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角。

抗规》5.1.1 条和《高规》4.3.2 条规定，一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算。

如果地震沿着不同方向作用，结构地一、总信息1、水平力与整体坐标夹角：该参数为地震力、风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角。

抗规》5.1.1 条和《高规》4.3.2 条规定，“一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算”。

如果地震沿着不同方向作用，结构地震反应的大小一般也不相同，那么必然存在某个角度使得结构地震反应最为剧烈，这个方向就称为“最不利地震作用方向”。

这个角度与结构的刚度与质量及其位置有关，对结构可能会造成最不利的影响，在这个方向地震作用下，结构的变形及部分结构构件内力可能会达到最大。

SATWE 可以自动计算出这个最不利方向角，并在WZQ.OUT 文件中输出。

如果该角度绝对值大于15 度，建议用户按此方向角重新计算地震力，以体现最不利地震作用方向的影响。

一般并不建议用户修改该参数，原因有三：①考虑该角度后，输出结果的整个图形会旋转一个角度，会给识图带来不便；②构件的配筋应按“考虑该角度”和“不考虑该角度”两次的计算结果做包络设计；③旋转后的方向并不一定是用户所希望的风荷载作用方向。

综上所述，建议用户将“最不利地震作用方向角”填到“斜交抗侧力构件夹角”栏，这样程序可以自动按最不利工况进行包络设计。

水平力与整体坐标夹角与地震信息栏中斜交抗侧力构件附加地震角度的区别是：水平力不仅改变地震力而且同时改变风荷载的作用方向；而斜交抗侧力仅改变地震力方向（增加一组或多组地震组合），是按《抗规》5.1.1 条2 款执行的。

对于计算结果，水平力需用户根据输入的角度不同分两个计算工程目录，人为比较两次计算结果，取不利情况进行配筋包络设计等；而｛斜交抗侧力｝程序可自动考虑每一方向地震作用下构件内力的组合，可直接用于配筋设计，不需要人为判断。

抗震设计1 总则1.0.1 为贯彻执行《中华人民共和国建筑法》和《中华人民共和国防震减灾法》并实行以预防为主的方针，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，制定本规范。

按本规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

1.0.2 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。

1.0.3 本规范适用于抗震设防烈度为 6、7、8和9度地区一般的建筑工程的抗震设计及隔震、消能减震设计。

抗震设防烈度大于9度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑，其抗震设计应按有关专门规定执行。

注：本规范一般略去“抗震设防烈度”字样，如“抗震设防烈度为6度、7度、8度、9度”，简称为“6度、7度、8度、9度”。

1.0.4 抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定。

1.0.5 一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度（或与本规范设计基本地震加速度值对应的烈度值）。

对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。

1.0.6 建筑的抗震设计，除应符合本规范要求外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。

2 术语和符号2.1 术语2.1.1 抗震设防烈度 seismic fortification intensity按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。

2.1.2 抗震设防标准 seismic fortification criterion衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用动能的重要性确定。

2.1.3 地震作用 earthquake action由地震动引起的结构动态作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。