3.6 结构分析

3.6.1 由于地震动的不确定性、地震的破坏作用、结构地震破坏机理的复杂性,以及结构计算模型的各种假定与实际情况的差异,迄今为止,依据所规定的地震作用进行结构抗震验算,不论计算理论和工具如何发展,计算怎样严格,计算的结果总还是一种比较粗略的估计,过分地追求数值上的精确是不必要的;然而,从工程的震害看,这样的抗震验算是有成效的,不可轻视。因此,本规范自1974年第一版以来,对抗震计算着重于把方法放在比较合理的基础上,不拘泥于细节,不追求过高的计算精度,力求简单易行,以线性的计算分析方法为基本方法,并反复强调按概念设计进行各种调整。本节列出一些原则性规定,继续保持和体现上述精神。
    多遇地震作用下的内力和变形分析是本规范对结构地震反应、截面承载力验算和变形验算最基本的要求。按本规范第1.0.1条的规定,建筑物当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,主体结构不受损坏或不需修理可继续使用,与此相应,结构在多遇地震作用下的反应分析的方法,截面抗震验算(按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的基本要求),以及层间弹性位移的验算,都是以线弹性理论为基础,因此,本条规定,当建筑结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,可假定结构与构件处于弹性工作状态。

3.6.2 按本规范第1.0.1条的规定:当建筑物遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,这也是本规范的基本要求。特别是建筑物的体型和抗侧力系统复杂时,将在结构的薄弱部位发生应力集中和弹塑性变形集中,严重时会导致重大的破坏甚至有倒塌的危险。因此本规范提出了检验结构抗震薄弱部位采用弹塑性(即非线性)分析方法的要求。
    考虑到非线性分析的难度较大,规范只限于对不规则并具有明显薄部位可能导致重大地震破坏,特别是有严重的变形集中可能导致地震倒塌的结构,应按本规范第5章具体规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。
    本规范推荐了两种非线性分析方法:静力的非线性分析(推覆分析)和动力的非线性分析(弹塑性时程分析)。
    静力的非线性分析是:沿结构高度施加按一定形式分布的模拟地震作用的等效侧力,并从小到大逐步增加侧力的强度,使结构由弹性工作状态逐步进入弹塑性工作状态,最终达到并超过规定的弹塑性位移。这是目前较为实用的简化的弹塑性分析技术,比动力非线性分析节省计算工作量,但需要注意,静力非线性分析有一定的局限性和适用性,其计算结果需要工程经验判断。
    动力非线性分析,即弹塑性时程分析,是较为严格的分析方法,需要较好的计算机软件和很好的工程经验判断才能得到有用的结果,是难度较大的一种方法。规范还允许采用简化的弹塑性分析技术,如本规范第5章规定的钢筋混凝土框架等的弹塑性分析简化方法。

3.6.3 本条规定,框架结构和框架-抗震墙(支撑)结构在重力附加弯矩Ma与初始弯矩M0之比符合下式条件下,应考虑几何非线性,即重力二阶效应的影响。

    上式规定是考虑重力二阶效应影响的下限,其上限则受弹性层间位移角限值控制。对混凝土结构,弹性位移角限值较小,上述稳定系数一般均在0.1以下,可不考虑弹性阶段重力二阶效应影响。
    当在弹性分析时,作为简化方法,二阶效应的内力增大系数可取1/(1-θ)。
    当在弹塑性分析时,宜采用考虑所有受轴向力的结构和构件的几何刚度的计算机程序进行重力二阶效应分析,亦可采用其他简化分析方法。
    混凝土柱考虑多遇地震作用产生的重力二阶效应的内力时,不应与混凝土规范承载力计算时考虑的重力二阶效应重复。
    砌体结构和混凝土墙结构,通常不需要考虑重力二阶效应。

3.6.4 刚性、半刚性、柔性横隔板分别指在平面内不考虑变形、考虑变形、不考虑刚度的楼、屋盖。

3.6.6 本条规定主要依据《建筑工程设计文件编制深度规定》,要求使用计算机进行结构抗震分析时,应对软件的功能有切实的了解,计算模型的选取必须符合结构的实际工作情况,计算软件的技术条件应符合本规范及有关标准的规定,设计时对所有计算结果应进行判别,确认其合理有效后方可在设计中应用。
    2008年局部修订,注意到地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力状态,增加了楼梯构件的计算要求:针对具体结构的不同,“考虑”的结果,楼梯构件的可能影响很大或不大,然后区别对待,楼梯构件自身应计算抗震,但并不要求一律参与整体结构的计算。
    复杂结构指计算的力学模型十分复杂、难以找到完全符合实际工作状态的理想模型,只能依据各个软件自身的特点在力学模型上分别作某些程度不同的简化后才能运用该软件进行计算的结构。例如,多塔类结构,其计算模型可以是底部一个塔通过水平刚臂分成上部若干个不落地分塔的分叉结构,也可以用多个落地塔通过底部的低塔连成整个结构,还可以将底部按高塔分区分别归入相应的高塔中再按多个高塔进行联合计算,等等。因此本规范对这类复杂结构要求用多个相对恰当、合适的力学模型而不是截然不同不合理的模型进行比较计算。复杂结构应是计算模型复杂的结构,不同的力学模型还应属于不同的计算机程序。