4.3 地震作用

4.3.1 本条是高层建筑混凝土结构考虑地震作用时的设防标准，与现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定一致。对甲类建筑的地震作用，改为“应按批准的地震安全性评价结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定”，明确规定如果地震安全性评价结果低于本地区的抗震设防烈度，计算地震作用时应按高于本地区设防烈度的要求进行。对于乙、丙类建筑，规定应按本地区抗震设防烈度计算，与02规程的规定一致。
原规程JGJ 3-91曾规定，6度抗震设防时，除Ⅳ类场地上的较高建筑外，可不进行地震作用计算。鉴于高层建筑比较重要且结构计算分析软件应用已经较为普遍，因此02版规程规定6度抗震设防时也应进行地震作用计算，本次修订未作调整。通过地震作用效应计算，可与无地震作用组合的效应进行比较，并可采用有地震作用组合的柱轴压力设计值控制柱的轴压比。
4.3.2 本条除第3款“7度(0.15g)”外，与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担，如该构件带有翼缘，尚应包括翼缘作用。有斜交抗侧力构件的结构，当交角大于15°时，应考虑斜交构件方向的地震作用计算。对质量和刚度明显不均匀、不对称的结构应考虑双向地震作用下的扭转影响。
大跨度指跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于8m的转换结构、悬挑长度大于2m的悬挑结构。大跨度、长悬臂结构应验算其自身及其支承部位结构的竖向地震效应。
除了8、9度外，本次修订增加了大跨度、长悬臂结构7度(0.15g)时也应计入竖向地震作用的影响。主要原因是：高层建筑由于高度较高，竖向地震作用效应放大比较明显。
4.3.3 本条规定主要是考虑结构地震动力反应过程中可能由于地面扭转运动、结构实际的刚度和质量分布相对于计算假定值的偏差，以及在弹塑性反应过程中各抗侧力结构刚度退化程度不同等原因引起的扭转反应增大；特别是目前对地面运动扭转分量的强震实测记录很少，地震作用计算中还不能考虑输入地面运动扭转分量。采用附加偶然偏心作用计算是一种实用方法。美国、新西兰和欧洲等抗震规范都规定计算地震作用时应考虑附加偶然偏心，偶然偏心距的取值多为0.05L。对于平面规则(包括对称)的建筑结构需附加偶然偏心；对于平面布置不规则的结构，除其自身已存在的偏心外，还需附加偶然偏心。
本条规定直接取各层质量偶然偏心为0.05L_i(L_i为垂直于地震作用方向的建筑物总长度)来计算单向水平地震作用。实际计算时，可将每层质心沿主轴的同一方向(正向或负向)偏移。

采用底部剪力法计算地震作用时，也应考虑偶然偏心的不利影响。
当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结果进行比较，取不利的情况进行设计。
关于各楼层垂直于地震作用方向的建筑物总长度L_i的取值，当楼层平面有局部突出时，可按回转半径相等的原则，简化为无局部突出的规则平面，以近似确定垂直于地震计算方向的建筑物边长L_i。如图3所示平面，当计算y向地震作用时，若b/B及h/H均不大于1/4，可认为是局部突出；此时用于确定偶然偏心的边长可近似按下式计算：

4.3.4 不同的结构采用不同的分析方法在各国抗震规范中均有体现，振型分解反应谱法和底部剪力法仍是基本方法。对高层建筑结构主要采用振型分解反应谱法(包括不考虑扭转耦联和考虑扭转耦联两种方式)，底部剪力法的应用范围较小。弹性时程分析法作为补充计算方法，在高层建筑结构分析中已得到比较普遍的应用。
本条第3款对于需要采用弹性时程分析法进行补充计算的高层建筑结构作了具体规定，这些结构高度较高或刚度、承载力和质量沿竖向分布不规则或属于特别重要的甲类建筑。所谓“补充”，主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较，当时程法分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。
质量沿竖向分布不均匀的结构一般指楼层质量大于相邻下部楼层质量1.5倍的情况，见本规程第3.5.6条。
4.3.5 进行时程分析时，鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同，本条规定一般可以根据小样本容量下的计算结果来估计地震效应值。通过大量地震加速度记录输入不同结构类型进行时程分析结果的统计分析，若选用不少于2组实际记录和1组人工模拟的加速度时程曲线作为输入，计算的平均地震效应值不小于大样本容量平均值的保证率在85％以上，而且一般也不会偏大很多。当选用数量较多的地震波，如5组实际记录和2组人工模拟时程曲线，则保证率更高。所谓“在统计意义上相符”是指，多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20％。计算结果的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法计算结果的80％，每条地震波输入的计算结果不会小于65％；从工程应用角度考虑，可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但时程法计算结果也不必过大，每条地震波输入的计算结果不大于135％，多条地震波输入的计算结果平均值不大于120％，以体现安全性和经济性的平衡。
正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定；加速度的有效峰值按表4.3.5采用，即以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到；输入地震加速度时程曲线的有效持续时间，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10％那一点算起，到最后一点达到最大峰值的10％为止，约为结构基本周期的5～10倍。
因为本次修订增加了结构抗震性能设计规定，因此本条第3款补充了设防地震(中震)和6度时的数值。
4.3.7 本条规定了水平地震影响系数最大值和场地特征周期取值。现阶段仍采用抗震设防烈度所对应的水平地震影响系数最大值α_max，多遇地震烈度(小震)和预估罕遇地震烈度(大震)分别对应于50年设计基准期内超越概率为63％和2％～3％的地震烈度。为了与地震动参数区划图接口，表3.3.7-1中的α_max比89规范增加了7度0.15g和8度0.30g的地区数值。本次修订，与结构抗震性能设计要求相适应，增加了设防烈度地震(中震)和6度时的地震影响系数最大值规定。
根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑的场地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ0和Ⅰ1两个亚类，本规程中提及Ⅰ类场地而未专门注明Ⅰ0或Ⅰ1的，均包含这两个亚类。具体场地划分标准见现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。
4.3.8 弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论，本规程的设计反应谱与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011一致。
1 同样烈度、同样场地条件的反应谱形状，随着震源机制、震级大小、震中距远近等的变化，有较大的差别，影响因素很多。在继续保留烈度概念的基础上，用设计地震分组的特征周期T_g予以反映。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的特征周期值，《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001(下称01规范)较89规范的取值增大了0.05s；本次修订，计算罕遇地震作用时，特征周期T_g值也增大0.05s。这些改进，适当提高结构的抗震安全性，也比较符合近年来得到的大量地震加速度资料的统计结果。
2 在T≤0.1s的范围内，各类场地的地震影响系数一律采用同样的斜线，使之符合T＝0时(刚体)动力不放大的规律；在T≥T_g时，设计反应谱在理论上存在二个下降段，即速度控制段和位移控制段，在加速度反应谱中，前者衰减指数为1，后者衰减指数为2。设计反应谱是用来预估建筑结构在其设计基准期内可能经受的地震作用，通常根据大量实际地震记录的反应谱进行统计并结合工程经验判断加以规定。为保持延续性，地震影响系数在T≤5T_g范围内保持不变，各曲线的递减指数为非整数；在T＞5T_g的范围为倾斜下降段，不同场地类别的最小值不同，较符合实际反应谱的统计规律。对于周期大于6s的结构，地震影响系数仍需专门研究。
3 考虑到不同结构类型的设计需要，提供了不同阻尼比(通常为0.02～0.30)地震影响系数曲线相对于标准的地震影响系数(阻尼比为0.05)的修正方法。根据实际强震记录的统计分析结果，这种修正可分二段进行：在反应谱平台段修正幅度最大；在反应谱上升段和下降段，修正幅度变小；在曲线两端(0s和6s)，不同阻尼比下的地震影响系数趋向接近。
本次修订，保持01规范地震影响系数曲线的计算表达式不变，只对其参数进行调整，达到以下效果：
1)阻尼比为5％的地震影响系数维持不变，对于钢筋混凝土结构的抗震设计，同01规范的水平。
2)基本解决了01规范在长周期段，不同阻尼比地震影响系数曲线交叉、大阻尼曲线值高于小阻尼曲线值的不合理现象。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的地震影响系数曲线在周期接近6s时，基本交汇在一点上，符合理论和统计规律。
3)降低了小阻尼(0.02～0.035)的地震影响系数值，最大降低幅度达18％。略微提高了阻尼比0.06～0.10范围的地震影响系数值，长周期部分最大增幅约5％。
4)适当降低了大阻尼(0.20～0.30)的地震影响系数值，在5T_g周期以内，基本不变；长周期部分最大降幅约10％，扩大了消能减震技术的应用范围。
对应于不同阻尼比计算地震影响系数曲线的衰减指数和调整系数见表4。

4.3.10 引用现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011。
增加了考虑双向水平地震作用下的地震效应组合方法。根据强震观测记录的统计分析，两个方向水平地震加速度的最大值不相等，二者之比约为1:0.85；而且两个方向的最大值不一定发生在同一时刻，因此采用平方和开平方计算两个方向地震作用效应的组合。条文中的Sx和Sy是指在两个正交的X和Y方向地震作用下，在每个构件的同一局部坐标方向上的地震作用效应，如X方向地震作用下在局部坐标x方向的弯矩M_xx和Y方向地震作用下在局部坐标x方向的弯矩M_xy。
作用效应包括楼层剪力、弯矩和位移，也包括构件内力(弯矩、剪力、轴力、扭矩等)和变形。
本规程建议的振型数是对质量和刚度分布比较均匀的结构而言的。对于质量和刚度分布很不均匀的结构，振型分解反应谱法所需的振型数一般可取为振型参与质量达到总质量的90％时所需的振型数。  
4.3.11 底部剪力法在高层建筑水平地震作用计算中应用较少，但作为一种方法，本规程仍予以保留，因此列于附录中。对于规则结构，采用本条方法计算水平地震作用时，仍应考虑偶然偏心的不利影响。
4.3.12 由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能过小。而对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出合理估计。出于结构安全的考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同设防烈度下的楼层最小地震剪力系数(即剪重比)，当不满足时，结构水平地震总剪力和各楼层的水平地震剪力均需要进行相应的调整或改变结构刚度使之达到规定的要求。本次修订补充了6度时的最小地震剪力系数规定。
对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力，本规程第3.5.8条规定应乘以1.25的增大系数，该层剪力放大1.25倍后仍需要满足本条的规定，即该层的地震剪力系数不应小于表4.3.12中数值的1.15倍。
表4.3.12中所说的扭转效应明显的结构，是指楼层最大水平位移(或层间位移)大于楼层平均水平位移(或层间位移)1.2倍的结构。
4.3.13 结构的竖向地震作用的精确计算比较繁杂，本规程保留了原规程JGJ 3—91的简化计算方法。
4.3.14 本条为新增条文，主要考虑目前高层建筑中较多采用大跨度和长悬挑结构，需要采用时程分析方法或反应谱方法进行竖向地震的分析，给出了反应谱和时程分析计算时需要的数据。
反应谱采用水平反应谱的65％，包括最大值和形状参数，但认为竖向反应谱的特征周期与水平反应谱相比，尤其在远震中距时，明显小于水平反应谱，故本条规定，设计特征周期均按第一组采用。对处于发震断裂10km以内的场地，其最大值可能接近于水平谱，特征周期小于水平谱。
4.3.15 高层建筑中的大跨度、悬挑、转换、连体结构的竖向 地震作用大小与其所处的位置以及支承结构的刚度都有一定关系，因此对于跨度较大、所处位置较高的情况，建议采用本规程第4.3.13、4.3.14条的规定进行竖向地震作用计算，并且计算结果不宜小于本条规定。
为了简化计算，跨度或悬挑长度不大于本规程第4.3.14条规定的大跨结构和悬挑结构，可直接按本条规定的地震作用系数乘以相应的重力荷载代表值作为竖向地震作用标准值。
4.3.16 高层建筑结构整体计算分析时，只考虑了主要结构构件(梁、柱、剪力墙和筒体等)的刚度，没有考虑非承重结构构件的刚度，因而计算的自振周期较实际的偏长，按这一周期计算的地震力偏小。为此，本条规定应考虑非承重墙体的刚度影响，对计算的自振周期予以折减。
4.3.17 大量工程实测周期表明：实际建筑物自振周期短于计算的周期。尤其是有实心砖填充墙的框架结构，由于实心砖填充墙的刚度大于框架柱的刚度，其影响更为显著，实测周期约为计算周期的50％～60％；剪力墙结构中，由于砖墙数量少，其刚度又远小于钢筋混凝土墙的刚度，实测周期与计算周期比较接近。本次修订，考虑到目前黏土砖被限制使用，而其他类型的砌体墙越来越多，把“填充砖墙”改为“砌体墙”，但不包括采用柔性连接的填充墙或刚度很小的轻质砌体填充墙；增加了框架-核心筒结构周期折减系数的规定；目前有些剪力墙结构布置的填充墙较多，其周期折减系数可能小于0.9，故将剪力墙结构的周期折减系数调整为0.8～1.0。