承载力抗震调整系数的正确应用

承载力抗震调整系数的正确应用一、有关规范对承载力抗震调整系数γRE的规定旧《建筑抗震设计规范》(QBJ11—89)中第4．4．2条以及新《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)中第5．4．2条中规定，结构构件的截面抗震验算应采用表达式S≤R／γRE，式中：S为地震作用效应和其他荷载作用效应的基本组合，R为结构构件的承载力设计值。《混凝土结构设计规范》(QBJ10—89)第8．1．3条、《钢筋混凝土高层建筑结构与施工规程》(GBJ13—91)第5．5．1条进一步对钢筋混凝土结构具体规定为：考虑地震作用组合的钢筋混凝土结构构件，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数γRE。而偏心受压、受拉构件的正截面承载力在抗震与非抗震两种情况下取值相同。二、在γRE使用中的常见错误应该说，上述规范的规定已经明确规定了γRE的用法，即对非抗震的截面承载力，通过引入γRE，对截面承载力加以提高，用作抗震设计时的截面承载力。然而，在实际应用中，却常因为对γRE的理解不完全或不够重视，出现这样或那样的错误。最典型的一个例子是《一级注册结构工程师专业考试应试题解》中第5页的[题1—2抗震偏压柱的配筋计算]中与γRE，应用有关的内容有：(1)根据柱轴压比为0．12确定偏压柱γRE为0．75。(2)利用γRE对柱内力进行调整：M=γREM1，N=γREN1，其中M1，N1为有地震作用组合的最不利内力设计值。(3)求偏心距增大系数时，截面曲率的修正系数为ξ1=0．5fcA／N。错误就出在第(3)步中ξ1=0．5fcA／N。此处N取为经过γRE调整后的轴向力N=γREN1。如此用法，γRE对轴向力的偏心距也产生了影响，进而对构件上的外荷载作用效应也产生了影响。这样一来就超出了设计规范对γRE只是用于构件抗震承载力调整的范围。其实，这个错误出自上述第(2)步中对内力的调整：N=γREN1。对设计规范的表达式S≤R／γRE进行变换：γRES≤R。于是，对地震作用下组合内力设计值用γRE进行调整，然后再进行后续的计算，这是很多设计者的习惯作法。从本质上讲，S≤R／γRE与γRES≤R并无多大差别。但从形式上看，后者的γRE等效于一个内力调整系数。久而久之，很多设计者习惯上也就将γRE当作了一个内力调整系数来用。同样的错误还出现在此应试题解第42页的[题1—15]中。在应用γRE时，与上述偏心受压构件正截面计算不同、但有联系的是偏心受压构件、偏心受拉构件斜截面抗剪计算。如矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其斜截面抗剪承载力计算公式为：偏心受拉构件斜截面抗剪承载力计算公式为：式中轴向力设计值N同样不能预先用γRE进行调整。但由于N对构件的承载力有影响，因此计算截面抗震承载力时，会出现用γRE对N进行调整的情况，但应该理解为是用γRE对N产生的斜截面承载力部分进行调整，与内力的调整有着本质的不同。三、对γRE的正确理解与应用目前的结构设计是采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。在各种作用、材料性能和几何参数等基本变量确定后，结构的可靠度决定于各分项系数的取值，既定的结构构件的可靠指标需要一定的分项系数来保证。地震作用属于可变作用或偶然作用，其目标可靠指标的取值应低于静力作用下的目标可靠指标。因此，从理论上说，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于静力作用时的材料强度设计值。但设计规范为了使用方便，便于将地震作用效应直接比较，在抗震设计中仍采用静力设计时的材料强度设计值。但通过引入承载力调整系数丁邢来提高其承载力。结构构件的抗力分项系数是按构件在荷载效应组合下，对规定的可靠指标为最优的原则来确定其表达式为：式中：γR为构件的抗力分项系数；Si为第j种荷载效应；Rkj为结构构件在第j种荷载效应比值下根据规定的可靠指标确定的结构构件抗力。因此，荷载作用效应对结构构件抗力的影响因素反映在构件的抗力分项系数γR中，也就是说荷载作用效应对结构构件抗力的影响因素反映在材料强度设计值上。地震作用效应对结构构件抗力的影响进一步用承载力抗震调整系数γRE来反映，而地震作用效应本身，即有地震作用组合时的构件内力则不受γRE的任何影响。γRE是对截面抗震承载力的调整，而不是对荷载作用或构件内力的调整。只有当构件内力对截面承载力有影响时，γRE才会对构件内力直接产生作用。否则，γRE与构件内力只会在形式上相关，而不是对内力的调整。因此在应用中，最好直接采用S≤R／γRE的形式。首先根据构件内力和几何尺寸确定γRE，然后根据构件内力和几何尺寸分别计算S、R，最后再代人S≤R／γRE中对所求问题进行求解。不宜采用γRES≤R的形式进行求解，特别不应采用的求解方法是先对内力用γRE进行调整，然后再进行随后的计算。原因在于，一是容易将γRE当作内力调整系数，引起概念上的错觉；二是容易将经过γRE调整后的内力代人随后对S、R的计算，引起γRE的不正确应用。参考文献[1]GB50011—2001建筑抗震设计规范[2]GB10—89混凝土结构设计规范[3]GBJ13—91钢筋混凝土高层建筑结构与施工规程[4]施岚青．一级注册结构工程师专业考试应试题解．北京：中国建筑工业出版社，1998