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2021年7月15日，住建部网站发布了13本全文强制规范，自2022年1月1日起实施。各本通用规范均为强制性建设规范，全部条文必须严格执行，并且工程建设标准相关强制性条文同时废止。  图1 全文强制规范发布的通知 1.通用规范中竖向地震作用计算的要求 在《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021通用规范4.1.2条要求，抗震设防烈度不低于8度的大跨度、长悬臂结构和抗震设防烈度为9度的高层建筑物、盛水构筑物、贮气罐、储气柜应进行竖向地震作用计算。  图2 《建筑与市政工程抗震通用规范》对竖向地震计算的要求 一般情况下，在现行的结构设计中，对结构的抗震计算都按照抗规或者高规来进行地震作用的计算。但是需要注意的是《混凝土结构通用规范》GB 55008-2021中同时也对竖向地震的计算提出了计算要求，并且更关键的是混凝土通用规范对竖向地震计算的要求和建筑与市政工程抗震通用规范的要求是不同的。该规范要求对于设防烈度不低于7度（0.15g）的大跨度、大悬臂的混凝土结构或结构构件需要进行竖向地震作用分析。  图3 《混凝土结构通用规范》GB 55008-2021对竖向地震计算的要求 两本通用规范都是全文强条，在设计中都需要执行。因此，如果通用规范执行后，对于大跨度、大悬臂的结构，如果是烈度不低于7度0.15g，均应该进行竖向地震作用的计算。 但是什么样的跨度属于大跨度、大悬臂，通用规范中并没有给出相关的要求，要执行通用规范还是要查看现行的抗规及高规等对于大悬臂及大跨度的定义。接下来我们看看高规及抗规对结构的竖向地震作用计算具体是如何要求的，有无差异？ 2.现行抗规对结构进行竖向地震作用计算的要求 抗规5.3.1条要求，9度时的高层建筑，竖向地震作用标准值按图4计算简图，采用公式（1）、（2）确定；楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配，并宜乘以增大系数1.5。  图4 结构竖向地震作用计算简图  抗规5.3.2条要求，跨度、长度小于本规范第5.1.2条第5款规定且规则的平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架、屋盖横梁及托架的竖向地震作用标准值，宜取其重力荷载代表值和竖向地震作用系数的乘积；竖向地震作用系数可按表1采用。
竖向地震作用系数表 注：括号中数值用于设计基本地震加速度为0.30g的地区。 抗规5.3.3条要求，长悬臂构件和不属于本规范第5.3.2条的大跨结构的竖向地震作用标准值，8度和9度可分别取该结构、构件重力荷载代表值的10%和20%，设计基本地震加速度为0.30g时，可取该结构、构件重力荷载代表值的15%。 抗规5.3.4条要求，大跨度空间结构的竖向地震作用，尚可按竖向振型分解反应谱方法计算。其竖向地震影响系数可采用本规范第5.1.4、第5.1.5条规定的水平地震影响系数的65%，但特征周期可均按设计第一组采用。 对抗规计算竖向地震作用的方法做个总结，第5.3.1条给出了9度高层建筑竖向地震作用标准值的算法，它在原理和形式上都类似于计算水平地震作用的底部剪力法,为了叙述方便，下文简称该方法为“底部轴力法”。第5.3.2条直接给出了平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架对应于8度、8度半和9度竖向地震的作用系数（0.08至0.25之间），下文简称该方法为“直接地震作用系数法”。第5.3.3条则对长悬臂和其他的大跨结构，按照静力法分别给出了8度、8度半和9度竖向地震的作用系数（0.1,0.15,0.2），为了方便叙述，下文简称该方法为“竖向地震底线值法”。对于竖向地震的计算是否需要采用反应谱方法，抗震规范未作明确规定。 3. 现行高规对结构进行竖向地震作用计算的要求 高规4.3.13条对竖向地震作用的计算，要求竖向地震作用标准值可采用时程分析方法或振型分解反应谱方法计算，也可采用底部轴力法简化算法计算。底部轴力法简化计算方法与抗规5.3.1的要求是一致的。 高规4.3.14条要求，跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5m的悬挑结构，结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解反应谱方法进行计算。时程分析计算时输入的地震加速度最大值可按规定的水平输入最大值的65%采用，反应谱分析时结构竖向地震影响系数最大值可按水平地震影响系数最大值的65%采用，但设计地震分组可按第一组采用。 高规4.3.15条要求，高层建筑中，大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值，不宜小于结构或构件承受的重力荷载代表值与表2所规定的竖向地震作用系数的乘积。
竖向地震作用系数表 注：g为重力加速度。 跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5m的悬挑结构 4.现行高规与抗规对竖向地震作用计算要求的异同 抗规及高规两本规范对一般结构的竖向地震作用计算，给出的简化计算（底部轴力法）公式是一致的。对于大跨度结构、大悬臂结构等，按反应谱或时程分析进行竖向地震作用计算时的要求也一致，竖向地震影响系数最大值及特征周期的取值要求也一致。 两本规范对于大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构等的竖向地震作用均有底线值的要求，8度、8度0.3g和9度分别取该结构、构件重力荷载代表值的10%、15%和20%。但是需要注意的是高规中提到了对7度0.15g的底线值，抗规没有。 抗规的简化计算方法（底部轴力法）中，仅要求对9度区高层结构，楼层竖向地震作用效应乘以增大系数1.5，高规中要求对于7，8，9度，均需要考虑该增大系数1.5。 对于一般跨度的大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构等，抗规要求按竖向地震作用系数法计算竖向地震，且区分不同的场地类别采用不同的系数；高规的竖向地震作用系数与场地土类别无关。 高规中明确跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5m的悬挑结构，结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解反应谱方法进行计算；抗规仅要求对大跨度空间结构可采用竖向地震反应谱法计算，但是对空间结构的要求不具体。 5.按现行规范设计对竖向地震作用计算方法的选择 通过对高规与抗规的对比可以看出，基本明确了当前的设计中对大跨度的定义为：跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构；对大悬臂的定义为：悬挑长度大于5m的悬挑结构。地震烈度不低于7度0.15g，符合这些条件的结构按照通用规范必须要进行竖向地震作用的计算。 按照抗规及高规，对结构竖向地震作用的计算方法可以概括有以下几类：“底部轴力法”、“直接地震作用系数法”、“竖向地震底线值法”“竖向地震反应谱法”及“时程分析法”，具体在设计中如何选择，规范均没有明确要求。当然竖向地震的振型分解反应谱分析方法，是比“底部轴力法”和“直接地震作用系数法”更为合理、理论上更为严密的方法，原则上它可以适用于任意复杂的工程，并且可以更好的反映竖向构件的竖向错动效应、也可考虑大跨结构中的二次共振问题等。设计中应该按照高规和抗规从严进行结构竖向地震作用的计算，并且要按照对应的烈度控制竖向地震作用的底线。 6.按底部轴力法简化算法计算竖向地震作用 结构设计中一般可采用简化算法进行结构竖向地震作用的计算，7度区0.15g的某些结构也需要考虑结构的竖向地震作用计算。按照高规从严控制，底部轴力法简化分析时要乘以1.5的增大系数。 按规范这种简化算法，结构的竖向地震作用标准值可以写为（3）式，如下表达： 
从表3中可以看到，一般情况下，按照底部轴力法计算的地震作用标准值一般都大于高规4.3.15要求的底线值。 7.PKPM软件对于竖向地震作用的计算 PKPM软件提供了三种计算竖向地震作用的方法，可以选择按底部轴力法简化算法计算竖向地震作用，也可按反应谱方法计算竖向地震作用，另外可选择按等效静力法（竖向地震系数法）计算竖向地震作用，图5所示为竖向地震计算方法的选择。  图5 竖向地震作用计算方法选择 如果要按照反应谱法或底部轴力法进行竖向地震作用计算，同时需要填写竖向地震作用影响系数最大值，该值可按水平地震影响系数最大值的65%采用；同时对反应谱计算或者“等效静力法”竖向地震时，需要指定竖向地震作用的底线值（由于一般情况下底部轴力法结果都大于底线值，因此，选择底部轴力法计算时软件未控制底线），如图6所示。  图6 竖向地震计算的底线值 若结构中存在局部大悬臂构件、大跨度构件等，设计中仅想按照规范要求，对单构件进行竖向地震作用的考虑，其他构件不考虑竖向地震作用的影响。可在计算时选择竖向地震作用的方法，同时在“特殊构件补充定义”下“特殊属性”菜单中选择“竖向地震构件”，指定哪些构件进行竖向地震作用分析，程序对结构进行整体竖向地震作用分析，并对定义了竖向地震属性的构件，考虑其竖向地震作用效应与其它荷载效应进行内力组合，并进行配筋设计。对非竖向地震构件，不考虑其竖向地震作用效应与其他荷载效应组合。图7所示为构件级竖向地震作用计算的指定菜单。 注意：只有当竖向地震计算选择采用“等效静力法计算”时，才可以允许指定每个构件不同的竖向地震系数。  图7 定义需要考虑竖向地震的构件 8.竖向地震作用不同计算方法的对比 以图8这样一个简单带大悬臂框架结构为例，按不同的计算方法进行竖向地震分析，对比结构竖向地震作用标准值及单构件在竖向地震作用下的内力差异。该框架结构设防烈度8度0.3g，Ⅲ类场地，竖向地震作用影响系数最大值取水平地震影响系数最大值的65%，竖向地震作用系数底线值按高规取为0.15；如果按抗规Ⅲ类场地钢筋混凝土屋架应为0.19。本工程按0.15进行竖向地震底线值控制。图8中标识了本次对比研究的14号悬臂梁的位置。  图8 某大悬臂框架三维图 选择按“底部轴力法”、“反应谱法”及“等效静力法”计算竖向地震作用，对比该悬臂梁的竖向地震作用下的内力结果。 图9 底部轴力法计算14号悬臂梁单工况内力 图10 反应谱法计算14号悬臂梁单工况内力 图11 等效静力法计算14号悬臂梁单工况内力 该简单结构中的14号大悬臂梁，反应谱进行竖向地震计算的单工况弯矩比活荷载的弯矩大了1倍多，反应谱法计算可更好的反映竖向地震效应对悬臂构件的影响。但是需要注意的是竖向地震如果采用反应谱计算时要满足振型有效质量系数90%的要求。 按等效静力法计算，结构中每个构件在竖向地震作用下的内力与竖向地震底线值有关。该悬臂梁i端恒载下弯矩为871.05kN.m，活载下弯矩为167.26kN.m，则该梁i端重力荷载标准值为：871.05+0.5*167.26=954.68kN.m；竖向地震作用下该梁i端的弯矩为：0.15*954.68=143.20kN.m，手工校核与软件输出结果一致。 同理可得到该梁i端的剪力为：0.15（-235.86-0.5*45.64）=38.80kN，手工校核与软件输出结果一致。其他构件及截面的剪力、弯矩都按照这样的方式进行计算。 9.采用2021通用规范相关注意事项 由于通用规范有两本均对竖向地震作用的计算提出了要求，并且抗震通用规范与混凝土通用规范对竖向地震作用具体的计算要求也不相同，设计设计中可按照两本规范从严控制，对于大跨度、大悬臂的结构在设防烈度大于7度0.15g时均进行竖向地震作用的计算。但是同时需要注意的时现行的高规与抗规对竖向地震计算也提出了多种不同的计算方法，不同的方法可能导致计算结果差异很大，设计师在设计中一定要选择合理的方法进行结构的竖向地震作用的分析。建议在设计中选择按照反应谱的方法进行竖向地震作用的分析，同时要满足结构振型有效质量系数达到90%，并按照规范要求控制竖向地震的底线，在不满足时要类似按照水平向地震作用剪重比的调整方式进行竖向地震作用的调整放大。 后续还会有一系列的文章介绍通用规范其他的条文变化及对设计的影响，荷载的变化也可能会导致用现行规范设计的结构方案，可能要做变更，不仅仅是配筋变大、应力比变大的问题。如果对于由于轴压比、剪压比的变大，导致轴压比、剪压比超出现行规范设计要求时，要进行结构中构件截面的调整，这可能会进一步引起配筋的变化。 对处于规范变化阶段的工程，设计师需要提前采用通用规范试算，避免由于采用现行规范，导致变化较大。 PKPM2021新规范V1.1.1版软件已经在上部结构、钢结构、预应力、砌体、基础等全模块均实现了对通用规范要求的相关内容，设计师可以直接下载最新的程序使用。 下载地址如下： https://www./product/download/downloadDetail?id=517 2021通用规范PKPM结构软件·全面升级！ 👇点击查看，关于征集通用规范和软件应用问题的通知！
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