建筑抗震设计：阻尼比取值问题解析

【规范规定】

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）

5.1.5 建筑结构地震影响系数曲线（图5.1.5）的阻尼调整和形状参数应符合下列要求：

1 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状参数应符合下列规定。

1）直线上升段，周期小于0.1s的区段。

2）水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值（α_max）。

3）曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减指数应取0.9。

4）直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数应取0.02。

图5.1.5 地震影响系数曲线

α—地震影响系数 α_max—地震影响系数最大值 η₁—直线下降段的下降斜率调整系数 γ—衰减指数 T_g—特征周期 η₂—阻尼调整系数 T—结构自振周期

2 当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定。

1）曲线下降段的衰减指数应按下式确定：

式中 γ——曲线下降段的衰减指数；

ζ——阻尼比。

2）直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定：

式中 η₁——直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0。

3）阻尼调整系数应按下式确定：(www.xing528.com)

式中 η₂——阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55。

【解析】

弹性反应谱理论仍是现阶段抗震设计的最基本理论，《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）所采用的设计反应谱以地震影响系数曲线的形式给出。

本规范的地震影响系数的特点有以下几方面。

（1）同样烈度、同样场地条件的反应谱形状，随着震源机制、震级大小以及震中距远近等的变化，会有比较大的差别，影响因素很多。在继续保留烈度概念的基础之上，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，2001规范较1989规范的取值增大了0.05s；第5.1.5条中，计算罕遇地震作用时，特征周期T_g值又增大0.05s。这些改进，适当提高了结构的抗震安全性，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，使之满足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两个下降段，也就是速度控制段及位移控制段，在加速度反应谱中，前者衰减指数为1，而后者则衰减指数为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。为保持规范的延续性，地震影响系数在T≤5T_g范围内与2001规范维持一致，各曲线的衰减指数为非整数；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，地震影响系数仍专门研究。

（3）按二阶段设计要求，在截面承载力验算时的设计地震作用，取众值烈度下结构按完全弹性分析的数值，据此调整了本规范相应的地震影响系数最大值，其取值继续与按照1978规范各结构影响系数C折减的平均值大致相当。在罕遇地震的变形验算时，按超越概率2%～3%提供了对应的地震影响系数最大值。

（4）考虑到不同结构类型建筑的抗震设计需要，提供了不同阻尼比（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，这种修正可分为二段进行：在反应谱平台段（α=α_max），修正幅度最大；在反应谱上升段（T＜T_g）和下降段（T＞T_g），修正幅度变小；在曲线两端（0s和6s），不同阻尼比下的α系数趋向接近。

2010规范保持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%的地震影响系数与2001规范相同，保持不变。

（2）基本上解决了2001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（2%～3.5%）的地震影响系数值，最大降低幅度达18%。略微提高了阻尼比6%～10%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（20%～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%，有利于消能减震技术的推广应用。

对应于不同特征周期T_g的地震影响系数曲线如图3-1所示。

图3-1 调整后不同特征周期T_g的地震影响系数曲线

a）T_g=0.35s b）T_g=0.65s