王亚勇场地特征周期问题知识讲解
001王亚勇,关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论
上的成分中 也 存 在 失 真，而 且 在 对 加 速 度 记 录 进 行
零线修正、以及采用数字滤波将噪声滤去的同时，也
将地面运动实际存在的长周期分量滤去了。基于这
些记录所构建的设计反应谱，长周期成分严重缺失，
致使长周期结构抗震设计时，计算的地震作用偏小。
2. 3 长周期结构对加速度激励的响应迟钝和滞后
本文简要介绍《抗规》5. 2. 5 条编写的背景，并与 国外重要规 范 的 类 似 规 定 进 行 比 较，归 纳 长 周 期 结 构抗震设计要求满足最小楼层剪力系数限值所遇到 的问题，提出解决办法，并以不同地震烈度区的某些 典型工程为例加以验证。
图 1 具有 1 个下降段的加速度反应谱 Fig． 1 Acceleration response spectra with
地震学研究和强震观测证明，强震情况下，地面 运动确定存在长周期分量，其周期可以长达 10 s 甚 至 100 s，地震震级从 5 级到 8 级，其地面运动傅里叶 振幅谱值在 10 s 周期处最大相差 不 超 过 40 倍，在
100 s 周期处，不超过 350 倍。在震级 M ＞ 5 时，周期
在 3 s 以内，信噪比已经大到可以满足工程使用要求
作者简介： 王亚勇（ 1943— ） ，男，福建福州人，一级注册结构工程师，全国工程勘察设计大师。E-mail： yayongwang@ sina. com 收稿日期： 2012 年 9 月
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0 引言
GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》［1］（ 以下 简称《抗规》） 5. 2. 5 对楼层最小地震剪力系数作出 了规定。作为强制性条文，在执行过程中，遇到一些 问题。例如，超高层建筑高宽比较大、结构整体刚度 偏小、结构基本周期较长时，计算的楼层最小地震剪 力较难满足规范要求。有的学者以同一幢超高层建 筑为例，当建筑位于Ⅳ类场地时，由于特征周期 Tg 较 长，计算得到地震剪力较大，容易满足规范要求； 如 果该建筑位于地质条件较好的Ⅰ类场地时，由于 Tg 较短，计算 得 到 地 震 剪 力 较 小，反 而 不 满 足 规 范 要 求。据此对《抗规》5. 2. 5 条产生质疑。对此，在国内 学术会议和刊物上，工程界同行展开了讨论，提出了 不同看法。特别是对超限高层建筑和大跨空间等长 周期结构抗震设计，要求放宽限值［2］。
规范谱和安评谱,到底谁更靠谱？
规范谱和安评谱,到底谁更靠谱?安评谱与规范谱问题,是地震局与工程界争执已久的问题.先看看几个案例：抗规掌门王亚勇大师每每提到此,就会对我愤愤地说,地震局那帮人不懂工程；地震局的那帮做安评的朋友,提到规范,牙根切切地说,我们辛辛苦苦地做的安评,这帮人不用,他们不懂地震；汶川地震后,国家地震局、教育部先后出招,要求各地在设计医院、学校时,将设防标准提高一度（注意是提高地震力,不是抗震措施）；之后建设部发文说明新抗规已考虑医院、学校抗震标准的提高（即按乙类）,设计不执行其他非设计主管部门的规定.以上反应的是国家层面的抗震相关部门和专家在地震动参数取法的不同观点,带给我们结构设计人的必然是对此问题无尽的困惑.再看执行情况：超限项目,明确小震按安评谱和规范谱较大值,中、大震按规范谱；地震局方面,各地有土政策,如超过100米高的建筑要做安评,医院要做安评,等等；非超限项目,做了安评的,用法因地制宜,因人而异,有参考超限做法的,也有独创的.再看执行结果：超限基本是长周期结构,即便小震安评谱的最大值大于规范谱,但在计算点T1处的谱值由于规范采取较平的长周期段,因而通常还是规范值大,安评谱一般用不上,中、大震超限根本就不考虑安评；非超限结构,做了安评的,因没有统一把控,由设计院自行掌握,可能会五花八门；地震局不管你用不用,照做不误,照单收钱.就是按地震小区划,也有个范围之说,但目前这种按项目做安评的做法使得临近项目也要做,造成社会资源和财富的浪费.以上带给我们结构设计人的极大的困扰：反应谱靠不靠谱?先说规范谱如果谈规范谱本身的技术问题,那就扯远了,问题也就更复杂了,如目前争议较大的长周期问题,较热的近震问题,加速度谱的适用性问题,多自由度谱,弹塑性谱,等等...我们这里的着眼点是与安评谱的比较,虽然谈起来也避免不了涉及规范谱本身的话题,但这不是重点.规范谱本身的技术问题要找机会更专业地去探讨.规范谱的基础是地震局的地震烈度表,它决定了场地的中震下地面加速度峰值,如北京8度,0.2g.拿到他,以后的事情就属于抗震的了,或更进一步说,是抗规的事了.在反应谱曲线中,起点=地面加速度峰值,最大值=地面加速度峰值*2.25,这两点没什么异议,关键是后面的特征周期Tg和曲线下降段的走向,尤其是加速度反应谱的长周期段（位移段）的取值.规范谱的大震Tg=小震Tg+0.05,中震没说,一般同小震.长周期段（大于5Tg）规范谱较正常计算的反应谱抬高许多,或者说取的较平直,6s以后没数据,现在的做法是干脆取水平段.由于规范是设计谱,他是为设计服务的,所以他不是简单地按单自由度弹性反应谱算出的统计值,那样就成地震局的谱了,简单了.比如在长周期,他要考虑加速度谱不靠谱又必须用这一因素,还有剪重比、结构刚度等要求,将谱曲线抬高保证安全.从结构抗震角度说,抗震由两部分组成,抗力和措施,各国规范都如此,只是各自的手法有差异,或者说所选的抗力和措施的份额不同.抗规除了按反应谱计算抗力保证结构的基本强度之外,是通过一系列的抗震措施来实现第二层意义上的抗震的,如抗震等级4、3、2、1、特级.又比如说乙类设防,它是通过提高1度的抗震措施来达到这类重要项目的设防,这样做虽然不如提高地震力来的直接,但从原始初衷,考虑到我国是发展中国家,地大物博,人口多底子薄,省省钱,还是走措施这条路吧.再比如我们的荷载组合,1.2恒+1.4活,国外活载分项系数普遍取1.6以上,这点上我们大概差10-15%的安全度.所以说,一个国家的结构设计,是一个系统工程,就抗规来说,除了他自身的统一外,与其他相关规范、我国的结构制作、安装、维护水平,我国的经济发展水平及对各种灾害防御的定位,都是有关的.综上,抗规是一个体系,这个体系是建立在国家经济和技术发展水平以及相关规范体系的保证基础之上的,这些综合起来保证了目前我国结构设计的安全,单纯修改其某些内容要考虑这里面的联动性.再看安评谱.地震安全性评价,作为地震烈度区划图的补充,对重要建筑的抗震参数的确定是必要的.原因是作为全国统一的地震烈度区划图,考虑到中国幅员辽阔、经济发展水平不一,对某一地区、某一区域难免不够准确,对重要建筑和不规则结构需提高些安全度做安评是一个不错的选择,相当于做了个地面运动参数的性能化输入.理想总是美好的,但现实又是残酷的.首先,地震的不确定性、对地震研究的水准等原因使不同单位作出的安评会出现差别较大的现象,这还不是最要命的,最大的问题是在上文（2）中提到的,抗规的规范谱是一个设计谱,而且不是一般的设计谱,除了它的地面加速度峰值按地震烈度区划图使得特征周期Tg=0和平台段与安评谱类似外,在速度段尤其是位移段做了很大的调整,使得与安评谱——这个基本上是单自由度弹性谱相比较,样子已面目全非.综上,大家不难看出,这样的情况下做安评还有多大意义哪？难道说只是为了得到那个加速度谱的峰值吗？即便那个峰值比规范谱大,但对于做安评最多的超限高层结构来说,长周期规范谱又把安评谱淹没了,白做了？那么我们举国上下花这莫大力气做个用不上的安评,是不是吃饱了撑的？情况的确没这么简单!安评谱最大值之所以表现出比规范谱最大值大的常态,与地震烈度区划图的不准确有关.目前我国的这个区划图虽历经改版,但政治色彩还是太厚.如京津唐地区,处于太平洋板块地震带,虽大震不常发生,但3-5百年的大震碰上一次也够喝一壶的,但你看,即使是最新版的区划图,北京8度,唐山8度,天津努了半天,还是7度半,难道当年的三河地震、唐山地震不会在天津发生？再看西南部,云南四川位于的喜马拉雅欧亚大陆板块,汶川地震前,汶川是7度,发生了个8级10-11度的地震,汶川调成了8度,岂不知这一带3-5十年就会又一次7级8度的地震,难道我们抗震的目的就是取得了救灾的伟大胜利?这么一说,安评谱又靠谱了！那到底谁更靠谱呢？请大家讨论吧！。
1王亚勇-弹塑性分析输出结果解读(贵阳2015)
30000
US052 US169 AS735-1 规范谱
X向
Y向
检验-底部剪力对比(满足规范要求)
规范谱 X向 Y向 US052 US169 S735-1 最大值/ 规范谱 87% 94% 最小值/ 规范谱 105% 72% 平均值/ 规范谱 98% 86%
30684.3 31527.5 32489.4 26742.6 28526.1 26916.6 26380.7 20581.3
40 US031 30 20
加速度（gal）
10 0
加速度（gal）
20 40 t (sec) 60
-10 -20 -30 40 -40 30 0
20
10 0 -10 -20 US032
80 -30
-40 0
100
20 40 t (sec) 60 80
加速度（gal）
10 0 -10 -20 -30 -40 0 20 40 60 80
L033-地震波输入外框架柱型钢M桁架Mises应力
XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
L033-地震波输入外框架梁Mises应力
“超限汇报” XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
错误的选波方法 - Tg
• • • • 挑选”小“的 不分场地类别 不分地震分组（近、远震） 由一条地震加速度记录的反应谱计算Tc： SA=ώPSV=（2π/TC）PSV TC= 2π（PSV/SA），是确定性的。 而规范反应谱是由统计平均得到，所以
Tg ≠ TC
小震弹性
输入地震波: 二组实际地震记录和一组人工模拟加速度时程（AS735、US052和 US169)
时间 （s）
场地分类和设计反应谱的特征周期——《建筑抗震设计规范》修订简介（八）
场地分类和设计反应谱的特征周期——《建筑抗震设计规范》
修订简介（八）
周锡元
【期刊名称】《工程抗震与加固改造》
【年(卷),期】1999(000)004
【摘要】无
【总页数】6页(P3-8)
【作者】周锡元
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.《建筑抗震设计规范》修订中的场地条件与地基液化问题 [J], 黄存汉
2.单层工业厂房抗震设计修订简介——《建筑抗震设计规范》修订简介（三） [J], 徐建
3.发震断裂的安全距离规定简介——《建筑抗震设计规范》修订简介（五） [J],
董津城
4.关于地震作用和结构抗震验算的修订动向——《建筑抗震设计规范》修订简介（四） [J], 王亚勇
5.多层砌体结构抗震设计规定的修订动向——《建筑抗震设计规范》修订简介(二) [J], 周炳章
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多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析
多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析*任重翠† 徐自国 肖从真（中国建筑科学研究院， 北京 100013）摘要 为满足建筑功能特殊需求，超高层建筑多采用高位连体结构。
采用ABAQUS 软件对一栋三塔高位连体结构进行动力弹塑性分析，研究在设防烈度罕遇地震作用下的结构变形、剪力墙塑性损伤、伸臂桁架和环带桁架等构件的非线性动力响应。
结果表明，对三塔高位连体结构采用合理的结构体系和抗震设计方法，其抗震性能能够满足预定抗震性能目标。
关键词：多塔高位连体结构；钢板组合剪力墙；伸臂桁架；动力弹塑性分析；抗震性能一、 引言高位连体是在结构上部设置连体形成的一种复杂高层建筑结构形式[1]，因其独特的建筑功能需求，在工程中被逐渐应用，但目前对此类高位连体结构的抗震性能尤其是在大震下的抗震性能研究还不够全面和深入。
针对一栋三塔连体结构进行罕遇地震作用下的抗震性能分析。
其中，塔A 共76层，总高368米；塔B 共67层，总高328米；塔C 共60层，总高300米。
三栋塔楼在约192米高空处通过6层高的空中平台连为整体。
二、 结构概况整体结构A塔B塔C塔A塔B塔C塔A塔B塔C塔核心筒+伸臂桁架外框筒+环带桁架图1 结构抗侧力体系 本结构采用多重抗侧力结构体系：混凝土核芯筒+伸臂桁架+型钢混凝土框架+连接体桁架，如图1所示。
三塔核芯筒贯通建筑物全高，平面呈矩形。
核芯筒周边墙体布置*十二五国家科技支撑计划课题（2012BAJ07B01）†任重翠：1983.8-，结构咨询与分析，一级注册结构工程师，renchongcui@ 。
约束边缘构件，在重点部位设型钢暗柱。
在塔A的19层（101.3m）以下、塔B、C的6层（33.5m）以下，核芯筒周边墙体采用组合钢板剪力墙结构。
框架柱采用型钢混凝土柱。
采用一道伸臂桁架[2]，位于连体最下面一层，桁架高度为8m，并在核芯筒的墙体内贯通设置钢框架，形成整体传力体系。
连体结构由连体底层的转换桁架、周边5层楼高贯穿至相连三栋塔楼的钢桁架，以及转换桁架之上的钢框架结构组成。
某医院综合楼项目抗震性能化设计的结构分析
山 西建筑SHANXT ARCHITECTURE第47卷第2期・40・2 0 2 1年7月Vol. 07 Nc. 13Jul. 2021DOI ： 10. 13719/j. ctn 1009-6825.2021.13.015某医院综合楼项目抗震性能化设计的结构分析李响（华东建筑设计研究总院,上海220002）摘 要:抗震性能化设计是决定结构抗震性能的重要环节，尤其对于超限结构（房屋高度、规则性等方面有特殊要求的结构）。
分析对比相关规范对性能目标的具体表达及其含义，结合实际工程，对小震弹性设计与中震不屈服、大震不屈服等分析计算方法的操作与实施予以阐述，对比分析不同工况下构件内力，对设计有参考意义。
关键词:性能目标,小震弹性，中震楼板设计,包络设计中图分类号:TU352.1 文献标识码:A 文章编号:229-6825 （2021） 13-0044-041概述地震地面运动分为三个水准，即多遇地震（小震）、设防烈度地震（中震）以及预估的罕遇地震（大震）。
其中，一般将底部加强区的竖向构件定义为关键构件;在地震来临 之际消耗能量的构件归于耗能构件（框架梁、剪力墙连梁及耗能支撑），除此之外的竖向构件为普通构件。
JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程（以下简称《高规》） 3.14.1中根据宏观判断损坏程度、构件分类和是否有继续使用的可能等三方面，提出了地震作用下构件弹性、不屈服和满足斜截面抗剪承载力三档计算假定，四级结构抗震化 性能目标（A ,BCD ）和五个抗震性能水准,来适应结构方案的特殊性。
GB 50011—2019建筑抗震设计规范（以下简 称《抗规》）附录M 也对实现抗震性能设计目标提供了参考 方法,但计算假定和性能目标略有区别。
2规范对性能目标的具体规定规范中对地震作用参数选取和其他章节的小震相比 较，总体来说，剪重比、薄弱层软弱层、0.2V0调整系数均不参与计算，周期折减系数为1.0,中梁刚度放大系数取1.0, 风荷载无需参与组合,阻尼比增大幅度不超过0. 2,连梁刚度折减系数不低于0.3。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)疑问解答
结构特别不规则类型
表1
特别不规则
简要定义
扭转偏大
较多楼层（不计入与裙房相连的楼层） 考虑偶然偏 心的扭转位移比大于 1. 4。
一般结构的平动与扭转周期比大于 0. 9，混合结构 抗扭刚度弱 的周期比大于 0. 85。
层刚度偏小 本层侧向刚度小于相邻上层的 50% 。
高位转换
框支墙体的转换构件位置：7 度超过 5 层，8 度超过 3 层。
作者简介：王亚勇，研究员，Email： yayongwang@ sina. com。
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5 新规范总共包括多少章、节、附录、条文？ 新规范共分 14 章、59 节、12 附录，计 630 条（ 含 56
条强制性条文） 。 6 如何判别建筑形体的规则性？
建筑形体的规则性包含建筑的平、立面尺寸、抗侧 力构件布置、楼 层 质 量 分 布、刚 度 分 布、承 载 力 分 布 等 诸多方面。由于 建 筑 造 型 和 使 用 功 能 的 要 求，可 能 设 计出形体不规则的建筑，对结构抗震带来不利影响。
（1） 关于平面不规则 1） 判别扭转不规则时应按刚性楼盖假定建模计算 分析。所谓刚性 楼 盖 指 的 是，楼 盖 两 端 的 位 移 不 超 过 平均位移的 二 倍。而 楼 盖 两 端 的 位 移 应 该 是 边 、角 处 抗侧力构件的位移，而不是悬挑楼板的位移。 2） 计算扭转位移比时，楼层的位移不能用各振型 位移的 CQC 组合得到，而应该采用各振型力的 CQC 组 合得到楼层剪力、经换算后得到的水平力作用下产生 的位移（考虑偶然偏心）。当计算的楼层位移（ 角） 小 于规范规定限值的 50% 时，对扭转位移比的控制可以 适当放松。 3） 偶然偏心的取值，除采用垂直于所考虑方向最 大尺寸的 5% 外，也可根据建筑平面不规则形状和楼 盖重力荷载不均匀分布情况取值。 4）还可根据楼层质心和刚心的距离（ 偏心率） 来 判别扭转不规则。 图 1 为 1999 年台湾集集地震中一幢平面特别不 规则建筑因扭转破坏而倒塌的例子。 （2） 关于平面凹口 当建筑平面有凹口时，应视凹 口 尺 寸 区 别 对 待。 当凹口很深，即使在凹口处设置楼面连梁、而该连梁又 不 足以使两侧楼板协同位移而满足刚性楼板假定时，
国家标准_建筑抗震设计规范_GB50011_2010_疑问解答_二_
15 ～ 25 40 ～ 60
0. 2 0. 3 0. 4 0. 5
≥25 ≥60 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6
19 为什么要修改砂土液化的标准贯入判别公式？ 2001 规范关 于 砂 土 液 化 的 标 准 贯 入 判 别 公 式
有如下缺点： （1） 只与 烈 度 和 设 计 地 震 分 组 相 关，未 考 虑 震
危险地段指 地 震 时 可 能 发 生 滑 坡、崩 塌、地 陷、 地裂、泥石流等及发 震 断 裂 带 上 可 能 发 生 地 表 位 错 的部位。汶川地震 中，次 生 地 质 灾 害 导 致 了 建 筑 破 坏、甚至被掩埋的 严 重 后 果。 图 4 为 汶 川 县 一 幢 新 建住宅楼被山体滑 坡 部 分 掩 埋，图 5 为 北 川 中 学 整 个被山体 崩 塌 所 掩 埋，图 6 为 2008 年 9 月 24 日 暴 雨之后发 生 的 泥 石 流 将 山 脚 下 的 住 宅 楼 大 部 分 掩 埋。因此，新规范特 别 强 调 建 筑 要 避 开 发 震 断 裂 附
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王亚勇（yayongwang@） 中国建筑科学研究院
一、地震加速度反应谱Tc的定义
加速度、速度、位移三对数坐标反应谱 （阻尼比2,5,10%）El Centro (N-S) 1940-5-18
Tc
5% El Centro (N-S) 1940 5 18
加 Sa
速
引自建研科技“弹塑性分析报告”Abaqus
大震基底剪力 B ：弹塑性/弹性
2012-12 地震波 L782 L397 L163 L223 L226 L845-7 L845-12 平均 X（%） 68.6 95.4 128.2 114.2 103.6 100.5 74.7 96.1 Y（%） 76.8 91.0 122.0 108.2 108.8 102.1 75.3 96.4
0.14 0.12
0.1
US184 US185 US186 Mean Value Code
Sa（g）
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
T (sec)
0.14 0.12
0.1
US2569 US2570 US2571 Mean Value Code
Sa（g）
0.08
0.06
0.04
0.02
四、对“选波”多余的要求
• 要求提供不同阻尼比的地震波。 • 要求提供零线修正过的加速度、速度和位
移时程。 • 要求一组三分量的加速度时程的相关系数
不小于30%。 • 要求提供地震波来源包括：震源、断层机
制、方位。 • 要求提供数据处理采用的滤波方法。
谢 谢！
度
、
速
度
Tc
、 PSv
位
移
反
应
年
谱 （
月阻
尼
日比
）
Tc = 1/2π · Sa/PSv
Tg 的定义
• 采用自由地表强震记录统计构建设计反应谱
• 收集每个强震仪台站地质剖面、远、近震
• 按中国规范划分场地类别（I - IV类）、分组
• 各类（组）场地反应谱平均
• 平均反应谱平滑处理
场地反应谱
• 场地反应谱特征周期 Ts = √ 2/2 ·Sa(αmax)
• 按Tg = [Ts-Δ1，Ts+Δ 2 ]分组
• Tc ≠ Ts ≠ Tg
不同场地土的平均加速度反应谱 [Seed等]
Tc ≠ Ts ≠ Tg
• 单个加速度记录反应谱拐角周期
Tc = 2π (PSv/Sa)
• 场地加速度平均反应谱特征周期
Ts
• 规范反应谱特征周期
Tg
三、若干问题
• 选波不仅仅与Tg有关。 • 选波为什么与结构周期有关？高振型响应 • 短周期结构与长周期结构选波有何讲究？ • 为什么以底部总剪力为检验标准？ • 大震基底剪力：弹塑性/弹性=？
2013-01 地震波 L782 L397 L356 L358 L226 L845-7 L845-12 平均 X（%） 68.0 69.0 50.7 60.4 99.3 96.8 70.8 72.2 Y（%） 69.1 69.7 51.4 60.9 103.4 94.1 74.5 73.2
引自ARUP“弹塑性分析报告”LS-DYNA
2012-12 L845-12 平均 82.2 86.0 74.7 88.8
2013-01 地震波 L782 L397 L356 L358 L223 L845-7 L845-12 平均 X（%） 73.6 86.4 92.5 76.0 84.0 73.0 88.2 80.7 Y（%） 72.1 85.2 89.2 79.9 88.8 72.9 91.2 79.8
0
0
1
2
3
4
5
6
T (sec)
算例 北京Z15 中国樽
H528m T=7.33，7.31，3.07s
大震基底剪力 A ：弹塑性/弹性
地震波 L782 L397 X（%） 96.6 82.2 Y（%） 106.5 83.9
L163 L226 89.1 70.9 101.9 76.2
L223 L845-7 84.1 102.8 88.1 99.9