附录M 实现抗震性能设计目标的参考方法

M.1 结构构件抗震性能设计方法

M.1.1 本条依据震害,尽可能将结构构件在地震中的破坏程度,用构件的承载力和变形的状态做适当的定量描述,以作为性能设计的参考指标。
    关于中等破坏时构件变形的参考值,大致取规范弹性限值和弹塑性限值的平均值;构件接近极限承载力时,其变形比中等破坏小些;轻微损坏,构件处于开裂状态,大致取中等破坏的一半。不严重破坏,大致取规范不倒塌的弹塑性变形限值的90%。
    不同性能要求的位移及其延性要求,参见图28。从中可见,对于非隔震、减震结构,性能1,在罕遇地震时层间位移可按线性弹性计算,约为[△ue],震后基本不存在残余变形;性能2,震时位移小于2[△ue],震后残余变形小于0.5[△ue];性能3,考虑阻尼有所增加,震时位移约为(4~5)[△ue],按退化刚度估计震后残余变形约[△ue];性能4,考虑等效阻尼加大和刚度退化,震时位移约为(7~8)[△ue],震后残余变形约2[△ue]。

    从抗震能力的等能量原理,当承载力提高一倍时,延性要求减少一半,故构造所对应的抗震等级大致可按降低一度的规定采用。延性的细部构造,对混凝土构件主要指箍筋、边缘构件和轴压比等构造,不包括影响正截面承载力的纵向受力钢筋的构造要求;对钢结构构件主要指长细比、板件宽厚比、加劲肋等构造。

M.1.2 本条列出了实现不同性能要求的构件承载力验算表达式,中震和大震均不考虑地震效应与风荷载效应的组合。
    设计值复核,需计入作用分项系数、抗力的材料分项系数、承载力抗震调整系数,但计入和不计入不同抗震等级的内力调整系数时,其安全性的高低略有区别。
    标准值和极限值复核,不计入作用分项系数、承载力抗震调整系数和内力调整系数,但材料强度分别取标准值和最小极限值。其中,钢材强度的最小极限值fu按《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99采用,约为钢材屈服强度的(1.35~1.5)倍;钢筋最小极限强度参照本规范第3.9.2条,取钢筋屈服强度fy的1.25倍;混凝土最小极限强度参照《混凝土结构设计规范》GB 50011-2002第4.1.3条的说明,考虑实际结构混凝土强度与试件混凝土强度的差异,取立方强度的0.88倍。

M.1.3 本条给出竖向构件弹塑性变形验算的注意事项。
    对于不同的破坏状态,弹塑性分析的地震作用和变形计算的方法也不同,需分别处理。
    地震作用下构件弹塑性变形计算时,必须依据其实际的承载力——取材料强度标准值、实际截面尺寸(含钢筋截面)、轴向力等计算,考虑地震强度的不确定性,构件材料动静强度的差异等等因素的影响,从工程的角度,构件弹塑性参数可仍按杆件模型适当简化,参照IBC的规定,建议混凝土构件的初始刚度取短期或长期刚度,至少按0.85EcI简化计算。
    结构的竖向构件在不同破坏状态下层间位移角的参考控制目标,若依据试验结果并扣除整体转动影响,墙体的控制值要远小于框架柱。从工程应用的角度,参照常规设计时各楼层最大层间位移角的限值,若干结构类型按本条正文规定得到的变形最大的楼层中竖向构件最大位移角限值,如表9所示。