4.4.1 對(duì)用作屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其抗震驗(yàn)算應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 在抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，對(duì)于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算，對(duì)于其他網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算；
2 在抗震設(shè)防烈度為9度的地區(qū)，對(duì)各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。
4.4.2 對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其抗震驗(yàn)算應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 在抗震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，當(dāng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的矢跨比大于或等于1／5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算；當(dāng)矢跨比小于1／5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算；
2 在抗震設(shè)防烈度為8度或9度的地區(qū)，對(duì)各種網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。
4.4.3 在單維地震作用下，對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可采用振型分解反應(yīng)譜法；對(duì)于體型復(fù)雜或重要的大跨度結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。
4.4.4 按時(shí)程分析法計(jì)算空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)時(shí)，其動(dòng)力平衡方程應(yīng)為：
4.4.5 采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。加速度曲線峰值應(yīng)根據(jù)與抗震設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震的加速度時(shí)程曲線最大值進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)選擇足夠長(zhǎng)的地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。
4.4.6 采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行單維地震效應(yīng)分析時(shí)，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)j振型、i節(jié)點(diǎn)的水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式確定：
4.4.8 當(dāng)采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)宜至少取前10～15個(gè)振型，對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)宜至少取前25～30個(gè)振型，以進(jìn)行效應(yīng)組合；對(duì)于體型復(fù)雜或重要的大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)需要取更多振型進(jìn)行效應(yīng)組合。
4.4.9 在抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮支承體系對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)受力的影響。此時(shí)宜將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與支承體系共同考慮，按整體分析模型進(jìn)行計(jì)算；亦可把支承體系簡(jiǎn)化為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彈性支座，按彈性支承模型進(jìn)行計(jì)算。
4.4.10 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于周邊落地的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可取0.02；對(duì)設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承體系的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可取0.03。
4.4.11 對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行多維地震作用下的效應(yīng)分析。進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可采用多維隨機(jī)振動(dòng)分析方法、多維反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。當(dāng)按多維反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)三維地震效應(yīng)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)最大位移響應(yīng)與各桿件最大內(nèi)力響應(yīng)可按本規(guī)程附錄F公式進(jìn)行組合計(jì)算。
4.4.12 周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其豎向地震作用效應(yīng)可按本規(guī)程附錄G進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
4.4.13 單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、單層雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和正放四角錐雙層圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)可按本規(guī)程附錄H進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
條文說(shuō)明
4.4 地震作用下的內(nèi)力計(jì)算
4.4.1、4.4.2 本二條給出的抗震驗(yàn)算原則是通過(guò)對(duì)網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量計(jì)算機(jī)實(shí)例計(jì)算與理論分析總結(jié)得出的，系針對(duì)水平放置的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于平板網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。由大量網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析結(jié)果表明，當(dāng)支承結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將以豎向振動(dòng)為主。所以在設(shè)防烈度為8度的地震區(qū)，用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算，但對(duì)于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算，可僅進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算。在抗震設(shè)防烈度為6度或7度的地區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，由于殼面的拱起，使得結(jié)構(gòu)豎向剛度增加，水平剛度有所降低，因而使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平振動(dòng)將與豎向振動(dòng)屬同一數(shù)量級(jí)，尤其是矢跨比較大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，將以水平振動(dòng)為主。對(duì)大量網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析結(jié)果表明，在設(shè)防烈度為7度的地震區(qū)，當(dāng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)矢跨比不小于1／5時(shí)，豎向地震作用對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的影響不大，而水平地震作用的影響不可忽略，因此本條規(guī)定在設(shè)防烈度為7度的地震區(qū)，矢跨比不小于1／5的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算，但必須進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算。在抗震設(shè)防烈度為6度的地區(qū)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。
4.4.5 采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)考慮地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)譜特征和地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間等地震動(dòng)三要素，合理選擇與調(diào)整地震波。
1 地震動(dòng)強(qiáng)度
地震動(dòng)強(qiáng)度包括加速度、速度及位移值。采用時(shí)程分析法時(shí)，地震動(dòng)強(qiáng)度是指直接輸入地震響應(yīng)方程的加速度的大小。加速度峰值是加速度曲線幅值中最大值。當(dāng)震源、震中距、場(chǎng)地、譜特征等因素均相同，而加速度峰值高時(shí)，則建筑物遭受的破壞程度大。
為了與設(shè)計(jì)時(shí)的地震烈度相當(dāng)，對(duì)選用的地震記錄加速度時(shí)程曲線應(yīng)按適當(dāng)?shù)谋壤糯蠡蚩s小。根據(jù)選用的實(shí)際地震波加速度峰值與設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震時(shí)的加速度時(shí)程曲線最大值相等的原則，實(shí)際地震波的加速度峰值的調(diào)整公式為：
表1 時(shí)程分析所用的地震加速度時(shí)程曲線的最大值（cm/s²）
注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。
2 地震動(dòng)譜特征
地震動(dòng)譜特征包括譜形狀、峰值、卓越周期等因素，與震源機(jī)制、地震波傳播途徑、反射、折射、散射和聚焦以及場(chǎng)地特性、局部地質(zhì)條件等多種因素相關(guān)。當(dāng)所選用的加速度時(shí)程曲線幅值的最大值相同，而譜特征不同，則計(jì)算出的地震響應(yīng)往往相差很大。
考慮到地震動(dòng)的譜特征，在選取實(shí)際地震波時(shí)，首先應(yīng)選擇與場(chǎng)地類別相同的一組地震波，而后經(jīng)計(jì)算選用其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符的加速度時(shí)程曲線。所謂“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”指的是，用選擇的加速度時(shí)程曲線計(jì)算單質(zhì)點(diǎn)體系得出的地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線相比，在不同周期值時(shí)均相差不大于20％。
3 地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間
所取地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間不同，計(jì)算出的地震響應(yīng)亦不同。尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段后，由于持續(xù)時(shí)間的差異，使得能量損耗積累不同，從而影響了地震響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。
地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間有不同定義方法，如絕對(duì)持時(shí)、相對(duì)持時(shí)和等效持時(shí)，使用最方便的是絕對(duì)持時(shí)。按絕對(duì)持時(shí)計(jì)算時(shí)，輸入的地震加速度時(shí)程曲線的持續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)包含地震記錄最強(qiáng)部分，并要求選擇足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，一般建議取不少結(jié)構(gòu)基本周期的10倍，且不小于10s。
4.4.8 為設(shè)計(jì)人員使用簡(jiǎn)便，根據(jù)大量計(jì)算機(jī)分析，本條給出振型分解反應(yīng)譜法所需至少考慮的振型數(shù)。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001條文說(shuō)明，振型個(gè)數(shù)一般亦可取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90％所需的振型數(shù)。
4.4.10 阻尼比取值應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析而得來(lái)。
1 多高層鋼結(jié)構(gòu)阻尼比取值有關(guān)結(jié)構(gòu)阻尼比值有多種建議，早期以20世紀(jì)60年代紐馬克(N.M.Newmark)及20世紀(jì)70年代武藤清給出的實(shí)測(cè)值資料較為系統(tǒng)。日本建筑學(xué)會(huì)阻尼評(píng)定委員會(huì)于2003年發(fā)布了205棟多高層建筑阻尼比實(shí)測(cè)結(jié)果，其中鋼結(jié)構(gòu)137棟，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)43棟，混凝土結(jié)構(gòu)25棟。由大量實(shí)測(cè)結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)得出阻尼比變化規(guī)律及第一階阻尼比ζ1的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并給出絕大部分鋼結(jié)構(gòu)ζ1均小于0.02的結(jié)論。
影響阻尼比值的因素甚為復(fù)雜，現(xiàn)仍屬于正在研究的課題。在沒(méi)有其他充分科學(xué)依據(jù)之前，多高層鋼結(jié)構(gòu)阻尼比取0. 02是可行的。
2 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻尼比取值空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的阻尼比值最好是由空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)和試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析得出，但至今這方面的資料甚少。研究表明，結(jié)構(gòu)類型與材料是影響結(jié)構(gòu)阻尼比值的重要因素，所以在缺少實(shí)測(cè)資料的情況下，可參考多高層鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)于落地支承的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻尼比可取0.02。
對(duì)設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承體系的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可采用下式計(jì)算：
上述阻尼比值計(jì)算公式是考慮到不同材料構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)阻尼比的影響，將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)支承體系視為整體結(jié)構(gòu)，引用等效結(jié)構(gòu)法的思路，用位能加權(quán)平均法推導(dǎo)得出的。
為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，當(dāng)將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)支承體系按整體結(jié)構(gòu)分析或采用彈性支座簡(jiǎn)化模型計(jì)算時(shí)，本條給出阻尼比可取0.03的建議值。
這是經(jīng)大量計(jì)算機(jī)實(shí)例計(jì)算及收集的實(shí)測(cè)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得來(lái)。
4.4.11 地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)是一復(fù)雜的多維運(yùn)動(dòng)，包括三個(gè)平動(dòng)分量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。對(duì)于一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)僅分別進(jìn)行單維地震作用效應(yīng)分析即可滿足設(shè)計(jì)要求的精確度，但對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行多維地震作用下的效應(yīng)分析。這是由于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)體系，呈現(xiàn)明顯的空間受力和變形特點(diǎn)，如水平和豎向地震對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)都有較大影響。因此，需對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行多維地震響應(yīng)分析。此外，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)頻率甚為密集，應(yīng)考慮各振型之間的相關(guān)性。根據(jù)大量空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析，如單層球面網(wǎng)殼，除少數(shù)桿件外，三維地震內(nèi)力均大于單維地震內(nèi)力，有些桿件地震內(nèi)力要大1.5倍～2倍左右，可見(jiàn)對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行多維地震響應(yīng)分析。
進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可采用多維隨機(jī)振動(dòng)分析方法、多維反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001，當(dāng)多維地震波輸入時(shí)，其加速度最大值通常按1(水平1)：0.85(水平2)：0.65(豎向)的比例調(diào)整。
由于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)自由度甚多，由傳統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)功率譜方法推導(dǎo)的CQC表達(dá)式計(jì)算工作量巨大，很難用于工程計(jì)算，因此建議采用多維虛擬激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)分析方法。該法自動(dòng)包含了所有參振振型間的相關(guān)性以及激勵(lì)之間的相關(guān)性，與傳統(tǒng)的CQC法完全等價(jià)，是一種精確、快速的CQC法，特別適用于分析自由度多、頻率密集的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在多維地震作用下的隨機(jī)響應(yīng)。
為了更便于設(shè)計(jì)人員采用，以多維隨機(jī)振動(dòng)分析理論為基礎(chǔ)，建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多維抗震分析的實(shí)用反應(yīng)譜法。附錄F給出的即是按多維反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)三維地震效應(yīng)分析時(shí)，各節(jié)點(diǎn)最大位移響應(yīng)與各桿件最大內(nèi)力響應(yīng)的組合公式。其中考慮了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 5001l—2001所提出的當(dāng)三維地震作用時(shí)，其加速度最大值按1(水平1)；0.85(水平2)：0.65(豎向)的比例。
采用時(shí)程分析法進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，計(jì)算方法與單維地震效應(yīng)分析相同，僅地面運(yùn)動(dòng)加速度向量中包含了所考慮的幾個(gè)方向同時(shí)發(fā)生的地面運(yùn)動(dòng)加速度項(xiàng)。
4.4.12 為簡(jiǎn)化計(jì)算，本條給出周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)豎向地震作用效應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。
本規(guī)程附錄G中所列出的簡(jiǎn)化計(jì)算方法是采用反應(yīng)譜法和時(shí)程法，對(duì)不同跨度、不同形式的周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了豎向地震作用下的大量計(jì)算機(jī)分析，總結(jié)地震內(nèi)力系數(shù)分布規(guī)律而提出的。
4.4.13 為了減少7度和8度設(shè)防烈度時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作量，在大量實(shí)例分析的基礎(chǔ)上，給出承受均布荷載的幾種常用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件地震軸向力系數(shù)值，以便于設(shè)計(jì)人員直接采用。
對(duì)于單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮了各類桿件各自為等截面情況；對(duì)于單層雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮了弦桿和斜桿均為等截面情況，僅抬高端斜拉桿由于受力較大需要另行設(shè)計(jì)；
對(duì)于雙層圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮縱向弦桿和腹桿分別為等截面情況。由于橫向弦桿各單元地震內(nèi)力系數(shù)沿網(wǎng)殼橫向1／4跨度附近較大，所以給出的地震內(nèi)力系數(shù)除按矢跨比、上下弦不同外，還按橫向弦桿各單元位置劃分了兩類區(qū)域，在本規(guī)程表H.0.3中以陰影與空白分別表示。
4.4.5 采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。加速度曲線峰值應(yīng)根據(jù)與抗震設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震的加速度時(shí)程曲線最大值進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)選擇足夠長(zhǎng)的地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。
4.4.6 采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行單維地震效應(yīng)分析時(shí)，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)j振型、i節(jié)點(diǎn)的水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式確定：
4.4.8 當(dāng)采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)宜至少取前10～15個(gè)振型，對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)宜至少取前25～30個(gè)振型，以進(jìn)行效應(yīng)組合；對(duì)于體型復(fù)雜或重要的大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)需要取更多振型進(jìn)行效應(yīng)組合。
4.4.9 在抗震分析時(shí)，應(yīng)考慮支承體系對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)受力的影響。此時(shí)宜將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與支承體系共同考慮，按整體分析模型進(jìn)行計(jì)算；亦可把支承體系簡(jiǎn)化為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彈性支座，按彈性支承模型進(jìn)行計(jì)算。
4.4.10 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)分析時(shí)，對(duì)于周邊落地的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可取0.02；對(duì)設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承體系的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可取0.03。
4.4.11 對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行多維地震作用下的效應(yīng)分析。進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可采用多維隨機(jī)振動(dòng)分析方法、多維反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。當(dāng)按多維反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)三維地震效應(yīng)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)最大位移響應(yīng)與各桿件最大內(nèi)力響應(yīng)可按本規(guī)程附錄F公式進(jìn)行組合計(jì)算。
4.4.12 周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其豎向地震作用效應(yīng)可按本規(guī)程附錄G進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
4.4.13 單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、單層雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和正放四角錐雙層圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)可按本規(guī)程附錄H進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
條文說(shuō)明
4.4 地震作用下的內(nèi)力計(jì)算
4.4.1、4.4.2 本二條給出的抗震驗(yàn)算原則是通過(guò)對(duì)網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量計(jì)算機(jī)實(shí)例計(jì)算與理論分析總結(jié)得出的，系針對(duì)水平放置的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于平板網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。由大量網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析結(jié)果表明，當(dāng)支承結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將以豎向振動(dòng)為主。所以在設(shè)防烈度為8度的地震區(qū)，用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算，但對(duì)于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算，可僅進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算。在抗震設(shè)防烈度為6度或7度的地區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，由于殼面的拱起，使得結(jié)構(gòu)豎向剛度增加，水平剛度有所降低，因而使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平振動(dòng)將與豎向振動(dòng)屬同一數(shù)量級(jí)，尤其是矢跨比較大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，將以水平振動(dòng)為主。對(duì)大量網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析結(jié)果表明，在設(shè)防烈度為7度的地震區(qū)，當(dāng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)矢跨比不小于1／5時(shí)，豎向地震作用對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的影響不大，而水平地震作用的影響不可忽略，因此本條規(guī)定在設(shè)防烈度為7度的地震區(qū)，矢跨比不小于1／5的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算，但必須進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算。在抗震設(shè)防烈度為6度的地區(qū)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。
4.4.5 采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)考慮地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)譜特征和地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間等地震動(dòng)三要素，合理選擇與調(diào)整地震波。
1 地震動(dòng)強(qiáng)度
地震動(dòng)強(qiáng)度包括加速度、速度及位移值。采用時(shí)程分析法時(shí)，地震動(dòng)強(qiáng)度是指直接輸入地震響應(yīng)方程的加速度的大小。加速度峰值是加速度曲線幅值中最大值。當(dāng)震源、震中距、場(chǎng)地、譜特征等因素均相同，而加速度峰值高時(shí)，則建筑物遭受的破壞程度大。
為了與設(shè)計(jì)時(shí)的地震烈度相當(dāng)，對(duì)選用的地震記錄加速度時(shí)程曲線應(yīng)按適當(dāng)?shù)谋壤糯蠡蚩s小。根據(jù)選用的實(shí)際地震波加速度峰值與設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震時(shí)的加速度時(shí)程曲線最大值相等的原則，實(shí)際地震波的加速度峰值的調(diào)整公式為：
表1 時(shí)程分析所用的地震加速度時(shí)程曲線的最大值（cm/s²）
注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。
2 地震動(dòng)譜特征
地震動(dòng)譜特征包括譜形狀、峰值、卓越周期等因素，與震源機(jī)制、地震波傳播途徑、反射、折射、散射和聚焦以及場(chǎng)地特性、局部地質(zhì)條件等多種因素相關(guān)。當(dāng)所選用的加速度時(shí)程曲線幅值的最大值相同，而譜特征不同，則計(jì)算出的地震響應(yīng)往往相差很大。
考慮到地震動(dòng)的譜特征，在選取實(shí)際地震波時(shí)，首先應(yīng)選擇與場(chǎng)地類別相同的一組地震波，而后經(jīng)計(jì)算選用其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符的加速度時(shí)程曲線。所謂“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”指的是，用選擇的加速度時(shí)程曲線計(jì)算單質(zhì)點(diǎn)體系得出的地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線相比，在不同周期值時(shí)均相差不大于20％。
3 地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間
所取地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間不同，計(jì)算出的地震響應(yīng)亦不同。尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段后，由于持續(xù)時(shí)間的差異，使得能量損耗積累不同，從而影響了地震響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。
地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間有不同定義方法，如絕對(duì)持時(shí)、相對(duì)持時(shí)和等效持時(shí)，使用最方便的是絕對(duì)持時(shí)。按絕對(duì)持時(shí)計(jì)算時(shí)，輸入的地震加速度時(shí)程曲線的持續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)包含地震記錄最強(qiáng)部分，并要求選擇足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，一般建議取不少結(jié)構(gòu)基本周期的10倍，且不小于10s。
4.4.8 為設(shè)計(jì)人員使用簡(jiǎn)便，根據(jù)大量計(jì)算機(jī)分析，本條給出振型分解反應(yīng)譜法所需至少考慮的振型數(shù)。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001條文說(shuō)明，振型個(gè)數(shù)一般亦可取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90％所需的振型數(shù)。
4.4.10 阻尼比取值應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析而得來(lái)。
1 多高層鋼結(jié)構(gòu)阻尼比取值有關(guān)結(jié)構(gòu)阻尼比值有多種建議，早期以20世紀(jì)60年代紐馬克(N.M.Newmark)及20世紀(jì)70年代武藤清給出的實(shí)測(cè)值資料較為系統(tǒng)。日本建筑學(xué)會(huì)阻尼評(píng)定委員會(huì)于2003年發(fā)布了205棟多高層建筑阻尼比實(shí)測(cè)結(jié)果，其中鋼結(jié)構(gòu)137棟，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)43棟，混凝土結(jié)構(gòu)25棟。由大量實(shí)測(cè)結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)得出阻尼比變化規(guī)律及第一階阻尼比ζ1的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并給出絕大部分鋼結(jié)構(gòu)ζ1均小于0.02的結(jié)論。
影響阻尼比值的因素甚為復(fù)雜，現(xiàn)仍屬于正在研究的課題。在沒(méi)有其他充分科學(xué)依據(jù)之前，多高層鋼結(jié)構(gòu)阻尼比取0. 02是可行的。
2 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻尼比取值空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的阻尼比值最好是由空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)和試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析得出，但至今這方面的資料甚少。研究表明，結(jié)構(gòu)類型與材料是影響結(jié)構(gòu)阻尼比值的重要因素，所以在缺少實(shí)測(cè)資料的情況下，可參考多高層鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)于落地支承的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)阻尼比可取0.02。
對(duì)設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承體系的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，阻尼比值可采用下式計(jì)算：
上述阻尼比值計(jì)算公式是考慮到不同材料構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)阻尼比的影響，將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)支承體系視為整體結(jié)構(gòu)，引用等效結(jié)構(gòu)法的思路，用位能加權(quán)平均法推導(dǎo)得出的。
為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)支承的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，當(dāng)將空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)支承體系按整體結(jié)構(gòu)分析或采用彈性支座簡(jiǎn)化模型計(jì)算時(shí)，本條給出阻尼比可取0.03的建議值。
這是經(jīng)大量計(jì)算機(jī)實(shí)例計(jì)算及收集的實(shí)測(cè)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得來(lái)。
4.4.11 地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)是一復(fù)雜的多維運(yùn)動(dòng)，包括三個(gè)平動(dòng)分量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。對(duì)于一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)僅分別進(jìn)行單維地震作用效應(yīng)分析即可滿足設(shè)計(jì)要求的精確度，但對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行多維地震作用下的效應(yīng)分析。這是由于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)體系，呈現(xiàn)明顯的空間受力和變形特點(diǎn)，如水平和豎向地震對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)都有較大影響。因此，需對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行多維地震響應(yīng)分析。此外，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)頻率甚為密集，應(yīng)考慮各振型之間的相關(guān)性。根據(jù)大量空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析，如單層球面網(wǎng)殼，除少數(shù)桿件外，三維地震內(nèi)力均大于單維地震內(nèi)力，有些桿件地震內(nèi)力要大1.5倍～2倍左右，可見(jiàn)對(duì)于體型復(fù)雜或較大跨度的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行多維地震響應(yīng)分析。
進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可采用多維隨機(jī)振動(dòng)分析方法、多維反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001，當(dāng)多維地震波輸入時(shí)，其加速度最大值通常按1(水平1)：0.85(水平2)：0.65(豎向)的比例調(diào)整。
由于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)自由度甚多，由傳統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)功率譜方法推導(dǎo)的CQC表達(dá)式計(jì)算工作量巨大，很難用于工程計(jì)算，因此建議采用多維虛擬激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)分析方法。該法自動(dòng)包含了所有參振振型間的相關(guān)性以及激勵(lì)之間的相關(guān)性，與傳統(tǒng)的CQC法完全等價(jià)，是一種精確、快速的CQC法，特別適用于分析自由度多、頻率密集的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在多維地震作用下的隨機(jī)響應(yīng)。
為了更便于設(shè)計(jì)人員采用，以多維隨機(jī)振動(dòng)分析理論為基礎(chǔ)，建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多維抗震分析的實(shí)用反應(yīng)譜法。附錄F給出的即是按多維反應(yīng)譜法進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)三維地震效應(yīng)分析時(shí)，各節(jié)點(diǎn)最大位移響應(yīng)與各桿件最大內(nèi)力響應(yīng)的組合公式。其中考慮了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 5001l—2001所提出的當(dāng)三維地震作用時(shí)，其加速度最大值按1(水平1)；0.85(水平2)：0.65(豎向)的比例。
采用時(shí)程分析法進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí)，計(jì)算方法與單維地震效應(yīng)分析相同，僅地面運(yùn)動(dòng)加速度向量中包含了所考慮的幾個(gè)方向同時(shí)發(fā)生的地面運(yùn)動(dòng)加速度項(xiàng)。
4.4.12 為簡(jiǎn)化計(jì)算，本條給出周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)豎向地震作用效應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。
本規(guī)程附錄G中所列出的簡(jiǎn)化計(jì)算方法是采用反應(yīng)譜法和時(shí)程法，對(duì)不同跨度、不同形式的周邊支承或多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的用于屋蓋的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了豎向地震作用下的大量計(jì)算機(jī)分析，總結(jié)地震內(nèi)力系數(shù)分布規(guī)律而提出的。
4.4.13 為了減少7度和8度設(shè)防烈度時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作量，在大量實(shí)例分析的基礎(chǔ)上，給出承受均布荷載的幾種常用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件地震軸向力系數(shù)值，以便于設(shè)計(jì)人員直接采用。
對(duì)于單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮了各類桿件各自為等截面情況；對(duì)于單層雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮了弦桿和斜桿均為等截面情況，僅抬高端斜拉桿由于受力較大需要另行設(shè)計(jì)；
對(duì)于雙層圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮縱向弦桿和腹桿分別為等截面情況。由于橫向弦桿各單元地震內(nèi)力系數(shù)沿網(wǎng)殼橫向1／4跨度附近較大，所以給出的地震內(nèi)力系數(shù)除按矢跨比、上下弦不同外，還按橫向弦桿各單元位置劃分了兩類區(qū)域，在本規(guī)程表H.0.3中以陰影與空白分別表示。
鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 GB149
