方小丹大师：对广东省新高规DBJT15-92-2021一些疑问的解答

方小丹

全国工程勘察设计大师，华南理工大学建筑设计研究院有限公司首席总工程师

报告题目：对广东省新高规DBJ/T 15-92-2021 一些疑问的解答

2021.7.8

欧、美等国家抗震设防采用的最大地面加速度与我国大致相同。美国以最大考虑 地震（MAXIMUM CONSIDERED EARTHQUAKE）地面加速度的2/3作为设计地震 的地面加速度，与美国西部50年超越概率10%的地震动相当。通过强柱弱梁、强剪弱弯等的设计要求和抗震构造获得设计需求的延性能力以及考虑结构、材料等的超强，得到不同的地震反应修正系数 R ，形成不同 R- μ 组合。地震力直接与结构的延性以及结构、材料的超强挂钩，如UBC1997：THE  TOTAL  DESIGN  BASE SHEAR NEED NOT EXCEED THE FOLLOWING:

采用上述基于设防烈度地震和 R-μ-T 原则的抗震设计方法不存在我国规范按小震设计的一系列缺点。在结构抗震概念上能反映结构形式、结构体系、结构规则性、结构塑性变形能力、耗能能力、结构超强程度等许多因素的影响。地震反应修正系数（地震力折减系数） R 或性能系数q 综合反映了结构整体抗震能力的本质，与结构在设防烈度地震作用下进入弹塑性状态的实际情况 相对应。

但存在如下问题：

1、利用结构的延性折减地震力，折减的幅度还比较大，有至1/5～1/8者，表明结构已屈服、明显进入弹塑性，但又用弹性设计谱、振型分解法进行结构地震反应分析，逻辑上有缺陷。

2、对多自由度结构而言，沿高度方向结构各层的延性需求分布并非均匀，一般来说，底部最大，中部较小，由于高阶振型的影响，上部又较大。与单自由度结构不同，地震力与结构延性没有准确的一一对应关系，不容易以一个简单的系数来概括。

3、各种结构体系的延性有是差别，但与结构构成、设计、构造的关系很大，结构千变万化，规范较难做归并，区分比较粗糙，因而更多是经验性的，而我们缺乏这方面的经验。

4、结构的塑性变形是不可恢复的变形，利用结构的延性对地震作用做过多的折减，将导致震后结构过量不可恢复的变形，修复难度和成本增加。

DBJ/T 15-92-2021直接采用设防烈度地震（中震）进行结构构件的抗震承载力验算。在《规程》基于性能水准的设计表达式的基础上，引入明显进入弹塑性的C、D级性能目标结构的地震力折减系数 C ，规定丙类建筑结构的最低 性能目标，提出基于抗震性能的设计表达式：

表达式的特点：

1、效应为竖向荷载与中震作用效应组合标准值，不包括风荷载。

2、抗力为材料强度标准值计算的承载力标准值，取消了抗震承载力调整系数 γ _RE  以及与抗震等级相关的各种内力增大系数。

3、采用允许应力法(ASD)设计，承载力利用系数 ξ 的倒数即为安全系数 K ；安全系数的高低间接表达不同性能水准结构构件在地震中的损伤程度。

4、以重要性系数 η 调整地震中对结构安全贡献不同的构件安全度；柱较重要，地震效应不折减或略有增加；梁端受弯屈服对结构安全影响较小，汶川地震中大部分塑性铰出现在柱端而不在梁端，表明梁端截面由于材料及楼板的作用而超强，有必要降低其受弯承载力。

5、压剪和弯拉承载力利用系数的不同取值结合构件重要性系数、竖向荷载作用下梁端弯矩的调幅，可自动实现结构抗震设计要求的强柱弱梁、强剪弱弯。

6、引入地震力折减系数 c 。设防烈度地震作用下，抗震性能目标为C、D级的结构的部分竖向构件已有轻微~中度损坏，部分耗能构件已有中度~比较严重的损坏，结构已部分进入弹塑性，且抗震性能目标C、D级结构的抗震构造要求较严格，已确保有必要的延性，对其地震力做小幅度的折减。也可理解为设防烈度地震作用下结构构件非弹性刚度的影响。

取消与抗震等级相关的内力增大系数，相应地将抗震等级改为抗震构造等级，与原《规程》的抗震构造措施基本保持一致。抗震构造等级一、二、三级表达高延性、中等延性、低延性构造，大致对应于美国规范的特殊、中等、普通三个等级。不同的是，延性的高低不直接与地震力的折减程度相关，而作为结构塑性内力重分布能力高低的衡量。

3.9.5   结构构件的承载力应符合本规程的有关规定。不同抗震性能水准的结构在设防烈度地震作用下的承载力校核和罕遇地震作用下的承载力、受剪截面验算按下列规定进行：

1   第1性能水准的结构在设防烈度地震作用下，全部结构构件的抗震承载力应符合下式要求：

式（3.9.5-1）

η  —  构件重要性系数，关键构件可取 η =1.05~1.15，一般竖向构件可取 η   =1.0，水平耗能构件可取 η =0.5～0.7；

c —地震力折减系数，取 c =1.0，承载力利用系数 ξ ，压、剪取0.60；弯、拉取0.69。

2   第2性能水准的结构在设防烈度地震作用下，结构构件的抗震承载力应符合式（3.9.5-1）的要求，取 c =1.0，承载力利用系数 ξ ，压、剪取0.67；弯、拉取0.77。

第2性能水准的结构在大震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.9.5-2）的要求，取  c =1.0，承载力利用系数 ξ ，压、剪取0.83；弯、 拉取1.0。

式（3.9.5-2）

3   第3性能水准的结构在设防烈度地震作用下，结构构件的抗震承载力应符合式（3.9.5-1）要求，取 c =0.85，承载力利用系数 ξ ，压、剪取0.74；弯、拉取0.87；大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.9.5-3）的要求。

式（3.9.5-3）

4   第4性能水准的结构在设防烈度地震作用下，结构构件的抗震承载力宜符合式（3.9.5-1）的要求，取 C=0.70，

承载力利用系数 ξ ，压、剪取0.83；弯、拉取1.0。在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.9.5-3）的要求，取 ζ  =0.165。

5   第5性能水准的结构在大震作用下，竖向构件的受剪截面宜满足式（3.9.5-3）的要求，取 C =0.55，ζ  =0.18。

以上各大震性能水准所对应的抗震构造等级，第5水准不应低于一级，第4水准不应低于二级，第3水准不应低于三级，第2水准不应低于四级。

强烈地震作用下，结构刚度有不同程度的退化。采用弹性刚度进行计算，将导致计算地震力偏大。

美国《房屋建筑混凝土结构规范》(ACI 318-05) 10.11.1条规定计算地震力 时对梁、柱、墙的弹性刚度进行折减：柱：0.7，剪力墙：0.7（未开裂），0.35（开裂）。

的确，由于未考虑中震作用下结构非弹性刚度的影响，计算地震力偏大。但如果对竖向构件刚度折减，折减系数的大小还要确认构件是否开裂，则实际操作比较困难，需要反复迭代。先是按不开裂的折减系数，一轮计算下来，发现有些构件开裂，调整折减系数，刚度小的受力较小，发生内力重分布，其他原来不开裂的由于受力增大，开裂了，又要再调整系数，重新计算。

在这些过程中，可能由于结构整体刚度的降低而总的地震力减少，构件之间由于相对刚度的不同而内力重分布，所进行的已经是粗糙的弹塑性分析。实际上，结构千变万化，即便开裂，也有程度之分，有些严重，有些轻微结构刚度退化的程度不同，就算美国GUIDELINES  FOR  PERFORMANCE-BASED SEISMIC（2.03）构件刚度的折减系数，其实也十分粗略。因此，用同样粗略的地震力折减系数C考虑非弹性刚度的影响，效果大致相同，操作更为简便。

如果只发生竖向地震，则照理竖向构件的轴向刚度应当不折减或少折减。竖向地震的地面最大加速度取水平向的2/3,设防烈度地震作用下不超过1g，因而只受轴向压力的竖向构件不会开裂。

如果同时有竖向和水平地震加速度，这是常见的情况，则问题变得复杂。 

以弹性分析为基础的振型分解法来考虑地震过程结果的非线性反应确实勉为其难。综合考虑，在竖向、水平地震同时作用下，设防烈度地震水准4取c=0.7，水准4取c=0.85。

不合理。

抗震性能目标为C、D级的结构在大震作用下的反应需采用弹塑性分析方法。考虑到大震作用下构件的弹塑性内力计算的复杂性和不确定性，验算受剪截面时也可采用简化方法：地震作用方向的地震剪力由该方向剪力墙的总截面面积抵抗，大震弹塑性剪力可按弹性计算的地震剪力乘以地震力折减系数，第3、第4性能水准的折减系数分别取0.85、0.70，与中震相同。通常高层建筑的抗震承载力由压弯控制而不是受剪控制，且验算时可采用材料强度极限值的平均值，受剪截面不满足要求的情况罕见。验算时也可采用弹塑性静力或动力分析得到的地震弹塑性剪力。

反应谱法尽管有局限性，但其优点是显然的，是迄今为止世界上主流的抗震设计方法。反应谱是单质点弹性体系在地震动作用下的最大反应，抗震设计谱是大量单质点体系弹性反应谱的平均谱，是“最大反应的平均”，且结构各周期点的最大反应并不同时发生。近年来的震害调查表明，正常设计、正常施工的钢筋混凝土结构经历了设防地震甚至比设防烈度高3、4度地震的考验，严重损坏、倒塌的甚少。这表明在强烈地震中，结构的各种积极因素被动员起来，包括结构构件的承载力安全度储备、结构延性、材料超强、结构超强、非结构构件（砖填充墙等）的实际结构作用、结构与地基的相互作用等等。其中有些因素目前的非线性弹塑性分析尚难以考虑。

非线性弹塑性方法的最大缺点是其不确定性，地震动输入的不确定、材料本构、屈服准则的不确定，结构损伤程度评估标准的不确定等等。结构反应高度依赖于地震动输入的频谱特性，实际工程中，不同的地震波，结构的基底剪力相差几倍的情况常见。一个构件，虽然程序可以提取内力，但要提取那一条地震波的内力？是平均还是取最大？不论平均还是最大，理论上都是不正确的。基于以上原因，现阶段非线性分析还只能用于结构在大震作用下宏观表现的评价，用于构件设计还要慎重，有较高水平的设计人还是少数， 一旦放开，后果难以估计。

不允许。考虑到非线性分析的不确定性、离散性较大，设防烈度地震下的结构构件承载力校核或设计时，有确定的方法才不会引起不易验证的争议而导致混乱。

底部剪力系数反映输入地震动的大小，具有明确的物理意义。但楼层剪力系数并不具备此物理意义。结构某一层的水平剪力小是结构自身的动力特性使得该层的惯性力小。若底部剪力系数能满足限值的要求，则表明结构已经承受了规定的最小地震作用，那么，就不应该放大某层的地震作用。如底部剪力系数不能满足限值的要求，则各层的地震剪力均按比例放大，剪力的分布才符合结构自身的动力特性。

不是。

什么情况算超限、什么情况要审，不是技术问题，是建设行政管理问题。审查过程才讲技术。有这样的情况：扭转位移比1.3，属超限；但按广东省高规要求，考虑5%的偶然偏心或双向地震作用，结构构件满足承载力要求，楼层 相对扭转角满足要求，无需采取其他措施。

不是采用广东省新高规抗震设计谱计算长周期结构的倾覆弯矩偏小，而是采用《抗规》抗震设计谱计算的倾覆弯矩偏大。

以2个长周期结构算例比较中国规范、美国规范及广东省新高规抗震设计谱的倾覆弯矩的计算结果。

4种抗震设计谱的比较如图1a所示，在长周期段(约T>4.5S)地震影响系数值不同，日本规范谱最大，中国规范谱和美国规范谱次之，广东省新高规设计谱(以下统称设计谱)最小；>7s之后，日本规范谱值与中国规范谱值基本相当，广东省新高规设计谱值与美国规范谱值基本相当；总体的趋势均是随振动周期增大而衰减，衰减指数不同。由拟谱关系(SD=SΑ/ω ² )得到的位移系数谱(图1b)在长周期段出现了显著的差异，美国规范位移系数谱(T>6s)和广东省新高规设计位移系数谱(T>3.5s)随周期增大保持不变，而日本规范和中国规范的位移系数谱随周期增大显著增大。

在长周期段，位移谱随周期增大而显著增大是不符合位移谱衰减统计特征的，即结构自振周期达到某一值时，相对位移谱并不随自振周期增大而增长，在极长周期处应等于地震动地面位移最大值。研究表明中国规范反应谱长周期 段有人为调整，改变了地震动的特性，导致加速度谱对应的位移谱和功率谱在长周期段异常。

抗震设计谱是在基本相同条件下大量地震动反应谱的最有代表性统计平均曲线，因此基于设计反应谱分析的结构响应比实际响应可能偏大。为衡量反应谱分析结果的合理性，采用两组地震动的时程分析结果作为比较。分别选用 汶川地震动和东日本地震动记录各8条，两组地震动记录均富含长周期分量，按中国规范8度区多遇地震的设计加速度(A=70gal)进行弹性动力时程分析。原始地震记录信息如表1所示，经过零线修正和带通滤波处理，低频截止频率0.05HZ，东日本地震动记录对应的场地条件是按中国规范的场地分类标准确定。为保留频谱特征，只进行简单的加速度峰值缩放，通过反应谱分析， 两组地震动记录的平均加速度反应谱和位移反应谱如图2所示，从图中平均位移反应谱可看出，所选用的地震动记录长周期分量较丰富。

通过两个超高层实际工程结构算例，分析按图1（a）所示的中国规范、美国规范设计谱以及广东省新高规设计谱的反应谱分析结果与弹性动力时程分析结果的差异，其中振型分解反应谱分析采用SRSS组合；结构三维视图如图3所示，结构模型1为深圳奥园国际中心，地面以上结构高200.5m，48层结构；结构模型2为贵阳国际金融中心，地面以上结构高380m，80层结构。结构系统阻尼比均设定为0.05，结构模型1考虑30个振型参与计算，振型质量参与系数 96%；结构模型2考虑60个振型参与计算，振型质量参与系数92%。两个结构模型的前6阶振动周期如表2所示。

除异常的红色线有标识外，下列各图中每组3条曲线从左至右的阻尼比分别为0.2、0.1、0.05。

广东省新高规DBJ/T 15-92-2021依据GB18306《中国地震动区划图》、GB50223《建筑工程抗震设防分类标准》、GB50011《建筑抗震设计规范》确定抗震设防标准，所采 用的基于性能水准和设防烈度地震的抗震设计方法与行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中的小震设计方法完全不同。行标JGJ3-2010中与小震设计相关的条文、强制性条文包括构件设计承载力表达式、抗震等级、楼层最小剪力系数等适用于小震设计，不适用于广东省新高规的中震设计，因而采用广东省新高规时不需要执行不适用的条文、强条。

广东省新高规采用“两阶段、两水准”的抗震设计，结构满足中震承载力要求即可满足小震不坏。《建设工程抗震管理条例（草案）》“鼓励建设单位高于抗震设防标准进行建设”。业主和设计人可按DBJ/T 15-92-2021的规定，依据建筑物重要性， 震后维修、重建的费用，地震发生的风险等因素选择合适的抗震性能目标。“小震不坏，中震可修、大震不倒”是广东省新高规的最低要求。业主和设计人可选择大震不坏（相当于性能目标A）,也可选择中震不坏、大震可修（相当于性能目标B）。对于抗震设防低烈度区如6度区、风荷载较大的高层、超高层建筑，往往可以满足性能目标B的要求而无需增加投资。抗震设防高烈度区如8度区的建筑要做到大震不坏则需增加付出较大代价，采用隔震、消能减震设计是较好的选择。毕竟大震发生的概率极小， 因此，对于一般的建筑物要考虑风险与投资的平衡，丙类建筑6、7度抗震设防区的性能目标不应低于C级，8、9度区不应低于D级。