結(jié)構(gòu)設(shè)計新舊規(guī)范對比及新規(guī)范應(yīng)用要點

吳 琛

（福建工程學(xué)院土木工程學(xué)院，福州350118）

結(jié)構(gòu)設(shè)計新舊規(guī)范對比及新規(guī)范應(yīng)用要點

吳 琛*

（福建工程學(xué)院土木工程學(xué)院，福州350118）

以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計流程為主線，綜合比較了抗震規(guī)范、混凝土規(guī)范、高層規(guī)程和荷載規(guī)范的新舊版本差異，分析了新規(guī)范的修訂原因，整理了設(shè)計思路和流程，總結(jié)了各設(shè)計步驟的要點以及在實際工程設(shè)計中的應(yīng)用方法，使結(jié)構(gòu)設(shè)計師對新規(guī)范的理解更加深入，促進(jìn)各規(guī)范的運用融匯貫通。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，建筑設(shè)計新規(guī)范，對比

1 引 言

我國在汶川地震和玉樹地震之后，相繼對多部結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范或規(guī)程進(jìn)行了修訂。2010年至今，已正式發(fā)布的新規(guī)范包括《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）［1］、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）［2］、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JBJ 3—2010）［3］、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50003—2011）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）［4］等。

在新規(guī)范密集出臺的這幾年，釋義單部規(guī)范的資料不在少數(shù)［5-8］，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程不僅涉及一部規(guī)范，各規(guī)范又并非完全按照某一類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序來編寫，加之小注、條文說明、附錄等內(nèi)容極易被忽視，因此結(jié)構(gòu)工程師要在短時間內(nèi)正確理解和應(yīng)用新規(guī)范仍非易事。

本文從工程設(shè)計人員的角度出發(fā)，以目前在我國普遍采用的多高層建筑結(jié)構(gòu)類型——框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計流程為主線，綜合對比新舊抗震規(guī)范、混凝土規(guī)范、高層規(guī)程和荷載規(guī)范的差異，分析新規(guī)范的修訂原因，總結(jié)設(shè)計要點，以期達(dá)到深入和全面理解新規(guī)范的目的。下文為敘述簡捷，將這四部規(guī)范簡稱為《抗規(guī)》、《混規(guī)》、《高規(guī)》和《荷規(guī)》。

2 框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計流程

框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計包括選型與布置、荷載及重力荷載代表值計算、構(gòu)件剛度及結(jié)構(gòu)自振周期計算、地震作用計算、彈性層間位移驗算、框架內(nèi)力計算、組合與調(diào)整、構(gòu)件承載力計算、抗震構(gòu)造措施執(zhí)行等多個步驟。其中，多遇地震與其他荷載效應(yīng)組合作用下的構(gòu)件承載力計算和多遇地震作用下的彈性變形驗算保證了結(jié)構(gòu)“小震不壞”；罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算可保證結(jié)構(gòu)“大震不倒”；而抗震措施的執(zhí)行則確保了結(jié)構(gòu)“中震可修”。

3 新舊規(guī)范對比及新規(guī)范應(yīng)用要點

3.1 結(jié)構(gòu)選型與布置

3.1.1現(xiàn)澆框架最大適用高度和適用的最大高寬比

建筑物的結(jié)構(gòu)選型主要取決于它的房屋高度，即由室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?。為保證框架結(jié)構(gòu)安全性，新《抗規(guī)》中除6度區(qū)外適用高度均有所降低，并且補(bǔ)充了8度0.3 g時的最大適用高度比8度0.2 g地區(qū)低5 m。同時為保證經(jīng)濟(jì)性，新《抗規(guī)》刪除了“建造于Ⅳ類場地的結(jié)構(gòu)適用高度應(yīng)適當(dāng)降低”的規(guī)定；對平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，最大適用高度適當(dāng)降低的規(guī)范用詞由“應(yīng)”改為“宜”，減少幅度從20%調(diào)整為10%。

房屋的最大適用高度與地區(qū)設(shè)防烈度有關(guān)。汶川地震后，部分城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度有了相應(yīng)調(diào)整，如汶川的基本烈度由7度提高到了8度。因此，按新《抗規(guī)》準(zhǔn)確確定地區(qū)設(shè)防烈度是進(jìn)行抗震設(shè)計的重要前提。

對高層框架結(jié)構(gòu)，《高規(guī)》還限制了6度區(qū)和7度區(qū)的適用最大高寬比為4，8度區(qū)為3。這一限制從宏觀上控制了結(jié)構(gòu)的剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性。

3.1.2結(jié)構(gòu)平面布置

在過往的歷次強(qiáng)震中，許多帶單邊懸挑走廊的單跨框架教學(xué)樓發(fā)生了嚴(yán)重坍塌。相比之下，在外走廊設(shè)置了框架柱的多跨框架教學(xué)樓震害輕微?？梢妴慰缈蚣芙Y(jié)構(gòu)不僅抗側(cè)剛度低而且缺少多道抗震防線，只要一個抗側(cè)構(gòu)件破壞，整榀框架就會因為傳力路線的中斷而失效。為此，新《抗規(guī)》新增要求：甲、乙類建筑以及高度大于24 m的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)；高度不大于24 m的丙類建筑也不宜采用。同時，《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50233—2008）［9］將幼兒園、小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及學(xué)生宿舍和食堂從丙類提高為乙類，這意味著此類建筑不應(yīng)再采用單跨框架的結(jié)構(gòu)形式。

3.1.3關(guān)于防震縫

防震縫的縫寬過小將導(dǎo)致縫兩側(cè)的建筑相互碰撞而破壞，甚至可能引發(fā)相鄰建筑的連續(xù)倒塌。因此，新《抗規(guī)》將縫寬的最低要求由70 mm增加到了100 mm。15 m以上的建筑，隨高度的增加，縫寬宜在100 mm的基礎(chǔ)上再加寬。

3.1.4構(gòu)件截面尺寸初估

對于鋼筋混凝土樓、屋面板的厚度，舊《混規(guī)》僅對最小厚度提出要求，而新《混規(guī)》要求板厚受最小厚度和跨厚比雙控。并且，新《混規(guī)》增加了對現(xiàn)澆空心樓蓋的板厚要求，加大了密肋樓蓋的最小板厚，并對懸臂板的出挑長度做出了不超過1 200 mm的具體規(guī)定。

對于框架柱的截面尺寸，舊《抗規(guī)》僅要求矩形柱最小邊長300 mm，圓柱最小直徑350 mm，而新《抗規(guī)》根據(jù)汶川地震的經(jīng)驗對抗震等級為一、二、三級且層數(shù)超過2層的建筑，將矩形柱最小邊長要求提高到400 mm，圓柱最小直徑要求提高到450 mm，以有利于實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的延性破壞。

3.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值和重力荷載代表值計算

汶川地震后，教學(xué)樓和建筑物樓梯間的安全性能倍受重視。如表1所示，在新《荷規(guī)》中教學(xué)樓各功能區(qū)的活載均有所提高；考慮除人數(shù)較少的多層住宅外，其余建筑在緊急情況下集中于樓梯間的人員多、荷載大，均應(yīng)按3.5 kN／m2考慮以確保樓梯間成為逃生安全島。

新《荷規(guī)》重新統(tǒng)計了近年補(bǔ)充的氣象資料后提高了部分城市的基本風(fēng)壓值，并根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果新增了高度超過45 m的矩形截面高層建筑需考慮深寬比D／B對背風(fēng)面體型系數(shù)的影響。當(dāng)D／B≤1.0時，背風(fēng)面的體型系數(shù)由－0.5增加到－0.6，矩形高層建筑的風(fēng)力系數(shù)也由1.3增加到1.4，風(fēng)載的考慮更加充分。

表1 樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Characteristic value of uniform ly distributed live loads on floors kN／m2

需注意由于地震時人群不可能往屋面集中，故屋面活載不參與組合；藏書庫、檔案庫活載變化不大，屬可控活載，地震時遇到的概率較大，組合系數(shù)一般取0.8；反之其他民用建筑的組合系數(shù)較小，一般取0.5。

3.3 構(gòu)件剛度與結(jié)構(gòu)自振周期計算

在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算中，可考慮樓板作為梁的翼緣增大其剛度，通常邊框架梁與中框架梁的剛度增大系數(shù)分別取1.5和2.0。為避免側(cè)向剛度不規(guī)則，還應(yīng)驗算i層樓層側(cè)向剛度ki之比：

重力荷載代表值為結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk與各可變荷載Qik組合值之和：

當(dāng)出現(xiàn)側(cè)向剛度不規(guī)則時，應(yīng)盡量通過調(diào)整構(gòu)件截面解決，否則需對薄弱層進(jìn)行彈塑性變形分析。

結(jié)構(gòu)的自振周期可通過能量法、頂點位移法、質(zhì)量折算法等進(jìn)行近似計算，并應(yīng)考慮非承重墻體的剛度貢獻(xiàn)予以折減。依《高規(guī)》要求，框架結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)可按非承重墻體的數(shù)量取0.6～0.7。對于高層框架，為保證抗扭剛度，還要求扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比不應(yīng)大于0.9。

3.4 多遇地震下地震作用及彈性層間位移計算

3.4.1結(jié)構(gòu)的地震作用計算方向

一般情況，可按兩個主軸方向分別考慮水平地震作用。當(dāng)斜交抗側(cè)力構(gòu)件的相交角度大于15°時，應(yīng)分別考慮各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。《抗規(guī)》要求9度高層結(jié)構(gòu)還應(yīng)計算豎向地震作用，但由于9度時框架結(jié)構(gòu)最大適用高度僅24 m，而《民用建筑設(shè)計通則》（GB 50362）［10］以及新《高規(guī)》將高層結(jié)構(gòu)界定為房屋高度大于28 m的住宅建筑以及房屋高度大于24 m的其他高層民用建筑，因而可認(rèn)為在9度區(qū)是不適宜建造高層框架結(jié)構(gòu)的，故豎向地震作用無須計算。

3.4.2地震作用的計算方法

底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法是計算地震作用的兩種主要方法，當(dāng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時還需進(jìn)行時程分析補(bǔ)充驗算。采用底部剪力法時，對自振周期大于1.4倍特征周期的長周期建筑應(yīng)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)頂部附加集中力修正；當(dāng)結(jié)構(gòu)頂部帶有質(zhì)量荷載小于標(biāo)準(zhǔn)層1／3的小塔樓時，還應(yīng)進(jìn)行鞭梢效應(yīng)修正。采用振型分解反應(yīng)譜法時，各振型參與質(zhì)量之和不應(yīng)小于總質(zhì)量的90%，否則應(yīng)增加計算振型數(shù)。

對于地震作用計算所采用的地震反應(yīng)譜曲線，新《抗規(guī)》通過對直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù)η1、曲線下降段衰減指數(shù)γ和阻尼調(diào)整系數(shù)η2進(jìn)行調(diào)整，基本解決了舊《抗規(guī)》在長周期段，不同阻尼比地震影響系數(shù)曲線交叉、大阻尼曲線值高于小阻尼曲線值的不合理現(xiàn)象。

3.4.3樓層最大彈性層間位移驗算

多遇地震下結(jié)構(gòu)層間剪力VEki與層間剛度ki之比，即樓層最大彈性層間位移應(yīng)滿足1／550的層間位移角要求。其中，VEki應(yīng)注意以下兩個調(diào)整：

（1）如存在豎向不規(guī)則情況，應(yīng)將剛度小的樓層地震剪力VEki乘以多層不小于1.15、高層不小于1.25的增大系數(shù)。

（2）為避免反應(yīng)譜曲線長周期段過快下降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)偏小，VEki還應(yīng)滿足剪重比要求。剪力系數(shù)λ可按《抗規(guī)》表5.2.5取值，但對于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，λ尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。

3.5 框架結(jié)構(gòu)在水平向和豎向荷載作用下的內(nèi)力計算

框架結(jié)構(gòu)在水平地震和風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力可采用D值法或反彎點法來計算。對于規(guī)則結(jié)構(gòu)不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的情況，新舊《抗規(guī)》都通過增大邊榀構(gòu)件地震內(nèi)力的簡化方法來考慮偶然偏心引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，但二者略有區(qū)別。一方面，新《抗規(guī)》強(qiáng)調(diào)平行于地震作用方向的邊榀“各構(gòu)件”，即梁和柱的效應(yīng)都應(yīng)放大；另一方面，新《抗規(guī)》還增加了“角部部件宜同時乘以兩個方向各自增大系數(shù)”的規(guī)定。

框架結(jié)構(gòu)在恒載、活載、重力荷載代表值作用下的內(nèi)力可采用分層法或彎矩分配法來計算。當(dāng)柱中線與梁中線的偏心距大于1／4柱寬時，柱身易劈裂破壞，需將該偏心距疊加入框架節(jié)點彎矩參與分配。豎向荷載作用下，考慮梁端塑性內(nèi)力重分布、梁支座負(fù)筋施工方便以及實現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計思想，可對現(xiàn)澆框架梁端進(jìn)行0.85～0.9倍的彎矩調(diào)幅。有別于剪力墻連梁彎矩調(diào)幅的是，框架梁只在豎向荷載作用下考慮彎矩調(diào)幅，先調(diào)幅后組合。

3.6 內(nèi)力組合和調(diào)整

3.6.1兩種基本組合

《高規(guī)》在《荷規(guī)》的基礎(chǔ)上將結(jié)構(gòu)非抗震內(nèi)力基本組合具體化為《高規(guī)》式（5.6.1），表2對公式各主要參數(shù)進(jìn)行了直觀地總結(jié)。

表2 非抗震組合主要參數(shù)Table 2 M ain coefficients in non-seism ic combination

其中，γL是新《荷規(guī)》引入的可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)，該參數(shù)的引入解決了設(shè)計使用年限與設(shè)計基準(zhǔn)期不相同時荷載標(biāo)準(zhǔn)值的調(diào)整問題。

考慮抗震的基本組合時，如前所述，框架結(jié)構(gòu)在9度區(qū)不宜建造高層建筑，無須組合豎向地震作用。并且風(fēng)載對60 m以下的建筑不起控制作用，框架結(jié)構(gòu)受最大適用高度限制亦無須組合風(fēng)載。因此，框架結(jié)構(gòu)的抗震通常只需組合重力荷載及水平地震的效應(yīng)。當(dāng)組合梁端負(fù)彎矩和跨中正彎矩時，重力荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)承載力不利，組合系數(shù)取1.3；組合梁端正彎矩時重力荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利，組合系數(shù)取1.0。

3.6.2抗震組合的內(nèi)力調(diào)整

為實現(xiàn)多道抗震防線的延性設(shè)計，地震作用的組合內(nèi)力還應(yīng)進(jìn)行6項內(nèi)力調(diào)整。這6項調(diào)整的順序、內(nèi)容及調(diào)整系數(shù)如表3所示。由此可知，新《抗規(guī)》在一定程度上提高了框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力增大系數(shù)，對于延性的要求更加嚴(yán)格。

表3 內(nèi)力調(diào)整系數(shù)Table 3 Ad justment coefficients of internal force

內(nèi)力調(diào)整過程中需特別注意的是：

（1）內(nèi)力調(diào)整屬于抗震措施的范疇，查取內(nèi)力調(diào)整系數(shù)時采用的是抗震措施所對應(yīng)的抗震等級。結(jié)構(gòu)的抗震措施取決于地區(qū)的設(shè)防烈度和建筑物的設(shè)防分類，現(xiàn)將抗震措施總結(jié)為表4以方便快速準(zhǔn)確地在《抗規(guī)》中確定結(jié)構(gòu)的抗震等級。

表4 抗震措施匯總Table 4 Summary on anti-seism ic measures

（2）與新《高規(guī)》對“高層建筑”的界定相對應(yīng)，新《抗規(guī)》在確定框架結(jié)構(gòu)抗震等級時將30 m高度分界調(diào)整為24 m，這意味著處于24～30 m之間的建筑將比舊規(guī)范提高一度選用內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。

（3）框架柱涉及多項內(nèi)力調(diào)整的內(nèi)容。由于“強(qiáng)剪弱彎”采用的柱端彎矩之和是經(jīng)過“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)柱根”調(diào)整后的組合彎矩設(shè)計值，“強(qiáng)角柱”又是在“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)柱根”、“強(qiáng)剪弱彎”調(diào)整基礎(chǔ)上對組合彎矩和剪力設(shè)計值的再次增大。因而，框架柱的內(nèi)力調(diào)整應(yīng)嚴(yán)格按照表3的順序逐一進(jìn)行。

（4）由于頂層柱和軸壓比小于0.15的柱軸力較小，通常表現(xiàn)為大偏壓破壞，塑性鉸轉(zhuǎn)動能力強(qiáng)，因而無須“強(qiáng)柱弱梁”調(diào)整。經(jīng)“強(qiáng)柱弱梁”調(diào)整后框架節(jié)點上下柱端的彎矩設(shè)計值按彈性分析分配，即按未調(diào)整前上下柱端彎矩比例分配。底層柱經(jīng)“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)柱根”彎矩調(diào)整后，為避免塑性鉸上移，新《抗規(guī)》要求底層縱筋“應(yīng)”按上下端不利情況配筋，這比舊《抗規(guī)》的用詞“宜”要求更加嚴(yán)格。

（5）對于一級框架結(jié)構(gòu)，新《抗規(guī)》明確了只需實配反算的方法來確定內(nèi)力。即使按增大系數(shù)法比實配法保守，也可不采用增大系數(shù)法。

3.7 承載力計算

選擇非抗震組合或抗震組合作為最不利內(nèi)力進(jìn)行承載力計算，新舊規(guī)范存在以下三個方面的差異。

首先，在計算內(nèi)容上，舊《抗規(guī)》僅要求對一、二級框架進(jìn)行節(jié)點核芯區(qū)受剪承載力計算，但新《抗規(guī)》補(bǔ)充了三級框架也需進(jìn)行節(jié)點核芯區(qū)設(shè)計。

其次，在計算公式上，新《混規(guī)》將一般受彎構(gòu)件的箍筋項系數(shù)由1.25調(diào)整為1.0，這意味著當(dāng)采用計算配箍時，相同計算條件下的箍筋計算面積將增加25%。這一修訂不僅提高了可靠度，還解決了一般受彎構(gòu)件、以集中荷載為主獨立受彎構(gòu)件兩套公式在臨近集中荷載為主的情況附近計算值不協(xié)調(diào)的問題，也為將來兩套公式的統(tǒng)一建立了基礎(chǔ)。

舊《混規(guī)》采用η－l0方法計算偏壓構(gòu)件的正截面承載力，通過放大偏心矩來考慮撓曲桿件二階效應(yīng)。新《混規(guī)》則采用Cm－ηns法通過調(diào)整彎矩值加以考慮，該方法的基本思路與美國ACI318—08規(guī)范是相同的。計算時首先從彎矩比、軸壓比、長細(xì)比三要素判斷是否考慮軸壓力N作用下產(chǎn)生的撓曲二階效應(yīng)。判別方法如圖1所示。

圖1 撓曲二階效應(yīng)判別Fig.1 Judgment of the second order effect of deflection

再次，在計算參數(shù)上，新規(guī)范對以下幾個重要參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。

第一，舊《混規(guī)》中，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0是一個與結(jié)構(gòu)安全等級或結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限有關(guān)的參數(shù)。新混規(guī)中，因內(nèi)力組合時已通過系數(shù)γL來反映設(shè)計使用年限的影響，故γ0僅與結(jié)構(gòu)安全等級相關(guān)，安全等級為一、二、三級時，γ0分別取大于等于1.1，1.0和0.9。

第二，新《混規(guī)》所規(guī)定的混凝土最小保護(hù)層厚度不僅區(qū)別對待了設(shè)計使用年限為50年和100年的情況，而且對于保護(hù)層厚度的界定與舊《混規(guī)》有所不同。舊《混規(guī)》定義縱筋外緣至混凝土表面的距離為縱向受力筋的混凝土保護(hù)層厚度；新《混規(guī)》定義的是最外層鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，即箍筋外緣至混凝土表面的距離。以一類環(huán)境單排筋為例，梁受拉鋼筋合力作用點到混凝土邊緣的最小距離as依舊《混規(guī)》估算約為35 mm，但按新《混規(guī)》則應(yīng)估算為40 mm。可見，新規(guī)范降低了構(gòu)件的有效截面高度，對抗力提出了更高的要求。

第三，構(gòu)件承載力與鋼筋類型及強(qiáng)度有關(guān)。由表5總結(jié)的新舊規(guī)范對于鋼筋強(qiáng)度的要求可知，新《混規(guī)》的用鋼原則為：推廣400級、500級高強(qiáng)熱軋帶肋鋼筋作為縱向受力主導(dǎo)鋼筋，限制并逐步淘汰335級熱軋鋼筋，用300級光圓鋼筋取代235級光圓鋼筋。

表5 鋼筋強(qiáng)度要求Table 5 Steel strength requirements MPa

為保證塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，新《抗規(guī)》還補(bǔ)充了三級框架的縱向受力鋼筋也應(yīng)同一、二級框架一樣要求實測強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.25，且鋼筋屈服強(qiáng)度實測值與標(biāo)準(zhǔn)值之比不應(yīng)大于1.3以保證內(nèi)力調(diào)整奏效；新《抗規(guī)》還新增規(guī)定鋼筋在最大拉力下的總伸長率（不考慮斷口頸縮段影響）實測值不應(yīng)小于9%，確保鋼筋延性。

承載力計算中還應(yīng)注意以下幾點：

（1）為防止構(gòu)件斜壓破壞，首先應(yīng)進(jìn)行剪壓比驗算。用于剪壓比驗算的剪力是經(jīng)內(nèi)力調(diào)整后的剪力組合設(shè)計值，而決定框柱剪跨比λ的則是柱端彎矩、剪力未經(jīng)調(diào)整的組合計算值。

（2）由于樓板與梁整澆使框架梁非獨立梁，因而不論是否以集中荷載為主，都應(yīng)按一般受彎構(gòu)件進(jìn)行框架梁斜截面設(shè)計。

（3）地震狀況下進(jìn)行構(gòu)件受剪承載力計算時，考慮混凝土在低周反復(fù)荷載作用下抗剪承載力降低而箍筋承載力降低不明顯，計算時僅將混凝土項系數(shù)取為非抗震情況下的60%，而箍筋項不應(yīng)折減。此外，由于軸壓力對柱受剪承載力的有利作用是有限的，當(dāng)柱軸壓比在0.3～0.5范圍時，受剪承載力達(dá)到最大值，若再增加軸壓力將導(dǎo)致受剪承載力降低并轉(zhuǎn)變?yōu)樾∑珘浩茐?，故要求組合軸力設(shè)計值N≤0.3fcA。

（4）考慮到地震偶然性以及材料在動荷載下承載力的提高，抗震承載力計算需計入承載力調(diào)整系數(shù)γRE，其取值依材料延性程度差異而不同。對于梁受彎和軸壓比小于0.15柱的偏壓這樣延性較好的情況，γRE取0.75，相當(dāng)于承載力提高1.333倍；對于軸壓比大于或等于0.15柱的偏壓，延性一般，γRE取0.8，相當(dāng)于承載力提高1.25倍；對于構(gòu)件和節(jié)點受剪等延性較差的情況，γRE取0.85，相當(dāng)于承載力提高1.176倍。

3.8 抗震構(gòu)造措施

新舊《抗規(guī)》、《高規(guī)》在抗震構(gòu)造措施部分主要對框架柱的軸壓比、最小縱筋配筋率以及柱箍筋加密區(qū)的體積配筋率進(jìn)行了修訂。

首先，為保證柱的塑性變形能力和框架抗倒塌能力，通常通過控制軸壓比使框架柱最終表現(xiàn)為延性的大偏壓破壞?？紤]到框架結(jié)構(gòu)中的框架屬于第一道抗震防線，框架柱具有絕對重要性，故新規(guī)范將框架結(jié)構(gòu)的軸壓比限值減小了0.05，并補(bǔ)充了四級框架的軸壓比限值。軸壓比計算所采用的軸力N為框架柱經(jīng)內(nèi)力組合后的軸壓力設(shè)計值，這一點有別于剪力墻軸壓比計算，剪力墻軸壓比的N僅為墻在重力荷載代表值作用下的軸力設(shè)計值。

其次，柱的屈服位移角主要受縱向受拉鋼筋配筋率支配，并大致隨拉筋配筋率的增大呈線性增大。2001版《抗規(guī)》的柱截面最小配筋率雖較78版、89版有所提高，但仍偏低，有時甚至小于非抗震配筋率。故2010版《抗規(guī)》再一次提高了框架結(jié)構(gòu)框架柱的縱筋最小配筋率。以混凝土強(qiáng)度低于C60，采用HRB400級鋼筋的框架結(jié)構(gòu)框架柱為例，修訂情況如表6所示。

表6 框架柱縱筋最小配筋率Table 6 M inimum steel ratio of frame column

表7 抗震構(gòu)造措施匯總Table 7 Summary on anti-seism ic structuralmeasures

表中的抗震等級是抗震構(gòu)造措施所對應(yīng)的抗震等級。與抗震措施不同，結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施不僅和地區(qū)設(shè)防類別、建筑物設(shè)防分類有關(guān)，而且還取決于場地土類別?，F(xiàn)將抗震構(gòu)造措施匯總?cè)绫?所示。

再次，新《抗規(guī)》考慮到驗算體積配箍率的目的并非受剪，而是增強(qiáng)框架節(jié)點附近的混凝土約束能力，增強(qiáng)混凝土的變形能力，從而提高整個結(jié)構(gòu)的延性。因此，箍筋的強(qiáng)度設(shè)計值不再限制于360 N／mm2。

4 結(jié) 語

2010—2013年是我國結(jié)構(gòu)設(shè)計新規(guī)范全面出臺的密集期。要在短時間內(nèi)掌握每部規(guī)范的要點并做到融匯貫通、靈活應(yīng)用，這無疑對設(shè)計師提出了很高的要求。本文站在結(jié)構(gòu)設(shè)計師的視角，按照框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的流程，將抗震規(guī)范、混凝土規(guī)范、高層規(guī)程、荷載規(guī)范對設(shè)計的具體要求和規(guī)范應(yīng)用注意事項融于每一個設(shè)計步驟中，是對各部規(guī)范的綜合分析。比較了新舊規(guī)范在關(guān)鍵指標(biāo)上的差異，解釋新規(guī)范的修訂原因和修訂思想，突出了新規(guī)范設(shè)計原則。這一工作是對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計流程的梳理和對設(shè)計方法的總結(jié)，希望對結(jié)構(gòu)設(shè)計師的工作有所裨益，并對其他類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供學(xué)習(xí)的思路。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB 50011—2010，Code for seismic design of buildings［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB 50010—2010 Code for design of concrete structures［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JBJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.JBJ 3—2010 Technical specification for concrete structures of tall building［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

［4］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB 50009—2012 Load code for the design of building structures［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

［5］ 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計規(guī)范應(yīng)用與分析［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.Zhu Bingyan.Application and analysis of code for seismic design of buildings［M］.Beijing：China Building Industry Press，2011.（in Chinese）

［6］ 徐有鄰.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及修訂規(guī)范的應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.Xu Youlin.Principle of concrete structural design and application of revised code［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2012.（in Chinese）

［7］ 李國勝.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3—2010解讀與應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.Li Guosheng.Understanding and complication of thetechnical specification for concrete structures of tall building［M］.Beijing：China Building Industry Press，2013.（in Chinese）

［8］ 馮江源.《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》2010年版實施后框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計［J］.山西建筑，2012，38（5）：51-52.Feng Jiangyuan.Design of frame structure after the implementation of code for seismic design of building issued in 2010［J］.Shanxi Architecture，2012，38（5）：51-52.（in Chinese）

［9］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50233—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010. Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB 50233—2008 Standard for classification of seismic protection of building constructions［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

［10］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50362民用建筑設(shè)計通則［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.Ministry of Construction of the People’s Republic of China.GB50362 Code for design of civil building［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese）

Analysis of Current New Codes for Structural Design Based on Seism ic Design of Reinforced Concrete Frame Structures

WU Chen*
（College of Civil Engineering，F(xiàn)ujian University of Technology，F(xiàn)uzhou 350118，China）

Based on seismic design of reinforced concrete frame structures the differences between four new codes，Code for seismic design of buildings，Code for design of concrete structures，Technical specification for concrete structures of tall building，Load code for the design of building structures and their old versions were compared.Revision purposeswere analyzed and design proposals，processes and operation guideswere also summarized.It＇s helpful for civil engineers to understand these new codes and apply them properly.

reinforced concrete frame structure，structural seismic design，building design code comparison

2013－08－08

國家自然科學(xué)基金資助項目（51108083）；福建省高校杰出青年科研人才培育計劃項目（JA12225）；福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃21K降度立項課題（FJJKCGZ14-017）

*聯(lián)系作者，Email：wuchen2001＠126.com