菲标在midasGen结构计算中的参数输入

菲标在 midasGen结构计算中的参数输入

刘娜

宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999

摘要：以菲标NSCP-2015为基础，详细介绍了midasGen海外版进行框架结构抗震计算涉及到的重要参数输入：材料定义、风荷载、反应谱修正系数R、地震作用和地震恒载W。

关键词：midasGen NSCP-2015 风荷载 地震反应谱

引言

随着国家深入推进“一带一路”建设，海外工程项目日益增多，而海外工程项目一般要求按照美标或欧标设计，软件用Staad pro，Etabs,或midasGen，了解并掌握这些设计规范及软件变得非常有必要。由于菲律宾是共建“一带一路”的天然伙伴，加上其“大建特建计划”，国内承接的菲律宾工程项目越来越多。菲律宾是一个地震多发国家, 地震动峰值加速度高达0.4g，对菲律宾抗震设计规范的研究成为重中之重。本文以菲律宾《国家结构设计规范》National Structural Code Of The Philippines 2015（NSCP-2015）为基础，详细介绍了利用midasGen海外版进行框架结构抗震计算涉及到的重要参数输入，以期能给采用相似规范和软件的设计人员提供参考。

1. 材料定义

1.1 混凝土材料

菲标的材料定义同美标，midasGen中材料数据库可选ASTM(RC)，其混凝土强度等级由φ150mm×300mm圆柱体抗压强度标准值fc’确定，而中标GB 50010中是由150mm的立方体抗压强度标准值fcu,k确定的。中菲标28d抗压强度关系：fc’为fcu,k的0.8～0.875倍，取fc’=0.84fcu,k列于表1中。

表1 混凝土轴心抗压强度标准值

菲（美）标常用的混凝土强度等级有3000psi（20.7Mpa），4000psi（27.6MPa），5000psi（34.5MPa），1psi=0.006895MPa。由上表可知菲标的强度Grade C4000介于中标的C30~C35之间，Grade C5000介于中标的C40~C45之间。

1.2钢筋

钢筋设计规范同样选ASTM(RC)，标准钢筋号有#3~#18，钢筋号的数字近似对应国内直径为n/8in，1in=25.4mm，即 “#n”的钢筋直径=25.4*n/8=3.175*n毫米，详见下表2。

表2 钢筋标准号

2风荷载

NSCP-2015的风荷载相关规定同美标IBC-2012和ASCE7-10。midasGen中风荷载参数输入见图1，主要参数有基本风速，暴露类别，方向系数和阵风系数等。

2.1 基本风速

NSCP-2015规定基本风速采用离地10m、3s中的瞬时风速，50年的超越概率为15%，重现期为300年，年超越概率为0.0033。而中标基本风速的时距为10min，两者可进行简单转换：菲标基本风速 V≈1.42V₀（V₀为中标基本风速）。海外工程项目中，业主一般会提供当地基本风速。注意midasGen软件中基本风速默认的单位是英里，即mile/h，注意转化，1千米(公里)=0.621371英里。

2.2暴露类别

NSCP-2015中的暴露类别是根据地面粗糙度确定的，地面粗糙度是几类则的暴露类别就是几类。而地面粗糙度又是由自然地形、植被和建筑设施来确定的，中菲地面粗糙度分类对比详见下表3。

表3 地面粗糙度分类

由表3可知菲标NSCP-2015的地面粗糙度D类大致相当于中标的A类，菲标的地面粗糙度C类、B类分别相当于中标的B类，C类。

2.3方向系数Kd

NSCP-2015中常见结构类型的方向系数同美标ASCE 7-10，主要抗风体系

Kd=0.85,详见下表4。

2.4阵风系数G

NSCP-2015规定一般刚性结构取G=0.85或按式207A.9-6计算，柔性或动力性能敏感结构的G按式207A.9-10计算。刚性结构：基本自震频率大于或等于1Hz的结构，一般低于18m的建筑可视为刚性结构；柔性结构：基本自震频率小于1Hz的结构。

图1 midasGen中风荷载参数输入

2. 反应谱修正系数R

NSCP-2015的结构体系类型同美标ASCE7-10，但反应谱修正系数R值不一样，NSCP-2015的R值详见下表5。菲标采用设计地震作用下的弹性地震力除以R作为构件的设计地震力, 不同构件因为其延性的差异而采用不同的折减系数R。通过不同的R来考虑不同结构类型的抗震承载力验算和抗震变形验算。

表5 菲标中的结构体系类型及R值

NSCP-2015中结构设定了不同的延性等级：普通（Ordinary）,中等（Intermediate）,特殊（Special）。通过不同的设计参数和抗震措施来保证三个等级的延性性能依次递增，R依次增大，设计地震作用依次降低。

菲律宾是世界上地震最活跃的国家之一，其80%的国土位于地震4区（0.4g）部分地区位于地震2区（0.2g）。注意对于混凝土框架结构，4区不允许采用中等和普通延性框架，只允许采用特殊延性框架，即4区的框架结构只能取R=8.5。

3. 地震反应谱

NSCP-2015以50年超越概率10％的地震作用作为基准设防地震作用，相当于中国的第二设防水准。采用设计地震作用下的弹性地震力除以R作为构件的设计地震力，以此考虑结构延性的影响。NSCP-2015规定的设计反应谱曲线（图208-3）参考的是美标UBC-1997，地震系数Cv 、Ca与震区影响系数z、场地类别、近震因素Na和Nv有关。注意整个项目的场地类别并非一样的，每个单体的场地类别需详见地勘。近震因素Na、Nv与震源类型和震源距离有关。

例：菲律宾某钢筋混凝土框架位于震区4，由NSCP-2015的表208-3查得，z=0.4；根据地勘报告知场地类别为S_D，震源类型B类且离震源10km，查表208-5和208-6得近震因素Na=Nv=1.0；再由表208-7和表208-8查得地震参数Ca=0.44*Na=0.44，Cv=0.64*Nv=0.64。midasGen中地震反应谱参数输入示例见图3，注意此处放大系数填：1/R=1/8.5=0.118

图3 midasGen中地震反应谱参数

4. 地震恒载W（seismic dead load）

NSCP-2015中的地震恒载W（seismic dead load）相当于美标ASCE 7-10的有效地震重量W，类似中标的重力荷载代表值，包括所有恒载和部分特定情况的活载。NSCP-2015只规定了存贮区楼面活载的最小参与比例(25%),具体比例需要结合实际工程指定。菲标、美标和中标的W组合系数详见表6。

表6 地震恒载W的组合系数

5. 结论

以NSCP-2015为基础，通过对midasGen抗震计算中涉及的材料定义、风荷载、反应谱修正系数R、地震作用和地震恒载W等内容的分析，得出如下结论:

(1) 中菲标混凝土28d抗压强度关系：菲标fc’为中标fcu,k的0.8～0.875倍，菲标的Grade C4000介于中标的C30~C35之间；钢筋标准号“#n”的钢筋直径=25.4*n/8=3.175*n毫米

(2) 风荷载输入中：菲标基本风速 V≈1.42V₀（V₀为中标基本风速）；菲标的地面粗糙度D类大致相当于中标的A类，菲标的C类、B类分别相当于中标的B类，C类；主要抗风体系的Kd=0.85； 一般刚性结构取G=0.85。

(3) 地震4区的框架结构只能采用特殊延性框架，R=8.5.

(4) 地震反应谱输入中：地震系数Cv 、Ca与震区影响系数z、场地类别、近震因素Na和Nv有关，而近震因素Na、Nv又与震源类型和震源距离有关。注意最后反应谱放大系数应填1/R。

(5) 地震恒载W只包括恒载和部分特定情况的活载，除存贮区楼面活荷载组合系数不小于0.25，其他楼面活荷载不计，比中标的重力荷载代表值小。

参考文献：

[1] NSCP-2015, National Structural Code of The Philippines 2015[S].

[2] ASCE 7-10, Minimum Design Loads for Buildings and Other Structure[S].

[3] 张树生,罗云龙,贺劲松,唐文卿.中美抗震规范对比[J].工程建设, 2016,48(7):35-46.

[4] 唐文卿,张树生,尹 鹏,罗云龙,周 明. 美国建筑规范中的抗震结构体系简介[J]. 工程建设,2016,48(4):24-31.

[5] 罗开海,王亚勇.中美欧抗震设计规范地震动参数换算关系的研究[J].建筑结构， 2006, 36( 8) : 103-107．