中美钢结构抗震设计规范比较讲座-武汉大学（PPT229）

中美美钢钢结结构构抗抗震震设设计计规规范范比比较较讲讲座座武汉汉大大学学侯侯建建国国2010.8.12美国国钢钢结结构构协协会会AISC1923年制制定定了了第第一一本本以以容容许许应应力力设设计计法法(AllowableStressDesign，简简称称ASD)为设设计计准准则则的的钢钢结结构构设设计计规规范范。。容许许应应力力设设计计法法作作为为钢钢结结构构设设计计的的基基础础延延用用了了相相当当长长的的时时间间，，后后历历经经多多次次修修改改，，直直至至1961年，其基本格格式及内容都都已基本定型型。1.1美国钢结构设设计规范的发发展概况1美国钢结构设设计规范及抗抗震设计标准准体系的发展展概况1989年出版了最后后一版ASD设计规范AISC(1989)；2001年对ASD又进行了局部部修订(AISC335-89s1)。由Galambos、Ellingwood、MacGregor.t和Cornell等人发展的、、以概率理论论为基础的荷荷载准则，促促使美国国家家标准化协会会(AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）制订了一本本以概率理论论为基础的国国家标准ANSIA58.1-1982“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures”。它后来又以美美国土木工程程学会的标准准7(ASCE7)出版发行，其其最新版本为为ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures”。1986年，AISC的规范委员会会(COS)根据ANSIA58.1-1982的规定，首次次推出了以概概率理论为基基础的荷载抗抗力系数钢结结构设计规范范(LoadandResistanceFactorDesign，简称荷载抗抗力系数设计计法LRFD)。ASCE/SEI7-05是按概率极限限状态设计原原则和结构可可靠度理论编编制的，作为为美国各种结结构设计规范范统一的概率率设计准则和和荷载取值依依据（包括地地震作用的取取值标准）等等，类似于我我国的荷载规规范，并包括括了类似于我我国抗震规范范中的抗震设设防标准、地地震动参数及及地震作用的的取值标准等等内容。AISC的规范委员会会在1986年继ASD设计规范修订订版后，推出出了LRFD设计规范，作作为与ASD并行的设计规规范，供设计计人员选用。。LRFD规范在1991年和1993年历经两次修修订，其最新新版本为1999年12月27日发布的第三三版AISC(2000b）。由于美国国内内部分工程师师对LRFD还不够熟悉，，而另一些资资深工程师对对LRFD尚有不同看法法，使ASD设计法在美国国仍较为流行行，因而LRFD在较长时间内内可能还难以以完全取代ASD。AISC充分考虑了工工程界的现状状和实际需求求，于2005年4月，由美国钢钢结构协会正正式发布和出出版了目前最最新版的ANSI/AISC360-05《SpecificationforStructuralSteelBuildings》，该规范融合合了ASD和LRFD两种设计方法法的理念，可可以说是一本本同时包括两两种设计方法法的“统一””和“单一””的设计规范范，设计人员员可选择两种种方法之一(ASD或LRFD）进行设计。。应予说明的是是，ANSI/AISC360-05仅涵盖了钢结结构的静力设设计，钢结构构的抗震设计计还应遵循钢钢结构抗震设设计规范ANSI/AISC341-05《SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings》的规定。ANSI/AISC341-05的抗震设计原原则和抗震设设防标准主要要依据ASCE/SEI7-05确定，为钢结结构或钢-混凝土组合结结构的抗震设设计提出了最最低的抗震设设防标准。美国工程结构构抗震设计的的标准体系大大体上分为国国家标准、协协会标准及地地方标准（洲洲或地区的标标准）。美国国工程结构抗抗震设计标准准体系的发展展历程大体上上经历了初创创、发展、统统一等几个发发展阶段。1.2美国工程结构构抗震设计的的标准体系介介绍1925年加州发生的的SantaBarbara地震促成了美美国第一个带带有建筑结构构抗震设计内内容的规范UBC“UniformBuildingCode””（《统一建筑规范范》）于1927年出版，UBC主要用于美国国西部各州。。这一阶段的地地方性工程结结构抗震设计计规范除了上上述的UBC之外，又相继继出现了NBC“NationalBuildingCode”（《国家建筑规范范》）和SBC“StandardBuildingCode”（《标准建筑规范范》）NBC主要用于美国国东北部各州州；SBC主要用于美国国中南部各州州。20世纪末，美国国人看到了将将抗震规范统统一起来的必必要。1995年，UBC、NBC与SBC三本规范编制制机构成立了了国际规范协协会ICC（InternationalCodeCouncil），开始推动动建筑结构设设计规范的统统一。1997年，SEAOC推出了最新版版的UBC。2000年，以1997NEHRPProvision为基础的IBC2000规范正式发布布实施，取代代了UBC、SBC和NBC等规范，从而而使美国的抗抗震设计规范范达到了统一一。IBC每3年修订一次，，目前最新版版本是IBC2009。可以把IBC视为一个规范范门户，由它它通向各个专专门规范。在在抗震设计方方面，IBC大多引用了属属于国家标准准层面的ASCE/SEI7-05《MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures》（《建筑物和其他他结构最小设设计荷载》）中的建议性性条文。ASCE/SEI7是一个针对各各种结构形式式的荷载规范范，除规定了了直接作用（（如永久荷载载和可变荷载载）的取值规规定外，还规规定了间接作作用（如地震震作用）的取取值规定，包包括抗震设防防目标、场地地特性、设计计地震作用、、地震响应计计算方法、结结构体系与概概念设计等抗抗震设计方面面的内容，至至于结构构件件抗震承载力力验算和抗震震构造规定等等具体的抗震震设计内容，，ASCE7则援引到其他他专门的规范范，如混凝土土结构抗震设设计还要求符符合ACI318规范的规定；；钢结构抗震震设计还要求求符合ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings”（《建筑钢结构抗抗震设计规范范》）的规定。ASCE/SEI7-05是按概率极限限状态设计原原则和结构可可靠度理论编编制的，统一一了美国各种种结构设计规规范的基本设设计原则和荷荷载取值标准准（包括地震震作用的取值值标准）及荷荷载效应的组组合原则和计计算公式、荷荷载分项系数数及组合系数数的取值规定定等，类似于于我国的荷载载规范，并包包括了类似于于我国抗震规规范中的抗震震设防标准、、地震动参数数及地震作用用的取值标准准等内容。本次讲座基于于从中美钢结结构抗震设计计规定的差异异性的比较展展开，其间列列出美国ASCE/SEI7-05等规范中的一一些重要抗震震设计参数、、公式及适用用范围的规定定，供设计人人员在应用这这些规范时参参考。比较中所参考考的主要规范范和标准包括括：1、ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures””；2、ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings”；3、ANSI/AISC360-05“SpecificationforStructuralSteelBuildings”；4、GB50011-2001《建筑抗震设计计规范》（2008年版）；5、GB50017-2003《钢结构设计规规范》。2中美钢结构抗抗震设计方法法的比较2.1抗震设防目目标的比较较2.1.1GB50011-2001的抗震设防防目标三水准设防防目标和二二阶段设计计步骤：三水准设防防目标：（1）当遭受受低于本地地区抗震设设防烈度的的多遇地震震影响时，，一般不受受损坏或不不需修理即即可继续使使用———“小震不坏””；（2）当遭受相相当于本地地区抗震设设防烈度的的地震影响响时，可能损坏坏，经一般般修理或不不需修理仍仍可继续使使用——“中震可修”；（3）当遭受高高于本地区区抗震设防防烈度预估估的罕遇地地震影响时时，不致倒倒塌或发生生危及生命命的严重破破坏——“大震不倒””。三水准的地地震作用水水平，按三三个不同超超越概率（（或重现期期）来区分分：（1）多遇地震震（小震））：50年的超越概概率为63.2%，重现期为为50年；（2）设防烈度度地震（基基本烈度地地震，中震震）：50年的超越概概率为10%，重现期为为475年；（3）罕遇地震震（大震））：50年的超越概概率为2%~3%，重现期为为2475~1641年。根据统计分分析，小震震烈度约比比基本烈度度低1.55度，大震烈烈度约比基基本烈度高高1度左右。通过两阶段段设计，即即承载力验验算阶段和和弹塑性变变形验算阶阶段来实现现上述三个个水准的设设防目标。。2.1.2ASCE/SEI7-05的抗震设防防目标（1）设防目标标：通过最最小化地震震风险，来来为具有考考虑保护公公众健康、、安全、财财产功能与与使用要求求的建筑物物提供最低低设计标准准。针对设设计地震等等级，改善善储存大量量危险材料料的重要设设施与结构构的性能，，使其在震震中和震后后保持其功功能。（2）实现方法法：美国规规范通过对对结构考虑虑两种强度度等级的地地震作用，，“设计地地震”和““最大考虑虑地震”，，来实现结结构的抗震震目标。1）“最大考考虑地震””对应于地地震作用区区划图上50年超越概率率为2％的罕遇地地震。从超超越概率的的角度来看看，基本上上对应于我我国规范的的“大震””水准；2）“设计地地震”加速速度为“最最大考虑地地震”的2/3。从超越概概率的角度度来看，““设计地震震”强度水水准大致与与我国规范范的“中震震”水准相相当。ASCE/SEI7-05的抗震设防防目标大致致可以归纳纳为相当于于二水准的的设防目标标，即对于于50年超越概率率为10%的设计地震震，应使建建筑在震中中与震后保保持预期功功能，并且且结构的损损伤是可修修的；对于于50年超越概率率为2%的最大考虑虑地震，应应使结构倒倒塌的可能能性较低。。2.2抗震设防依依据的比较较2.2.1GB50011-2001抗震设防依依据GB50011-2001抗震设防的的主要依据据为GB18306-2001《中国地震动动参数区划划图》中的地震基基本烈度（（或与设计计基本地震震加速度值值对应的烈烈度值）。。所谓“设计计基本地震震加速度值值”是指50年设计基准准期超越概概率10%的地震加速速度设计取取值；已编编制抗震设设防区划的的城市，可可按批准的的抗震设防防烈度或设设计地震动动参数进行行抗震设防防。GB50011-2001将抗震设防防烈度值、、设计基本本地震加速速度值与中中国地震动动参数区划划图的地震震动峰值加加速度值，，利用表2-1的对应关系系予以联系系和协调。。表2-1中的设计基基本地震加加速度的取取值与《中国地震动动参数区划划图》所规定的““地震动峰峰值加速度度”相当，，只是在0.10g与0.20g之间及0.20g与0.40g之间分别增增加了0.15g、0.30g的区域，这这两个区分分别与7度及8度地区相当当。工程界大多多接受地面面运动最大大加速度的的大小对结结构反应起起主要影响响的观点，，抗震规范范中通常把把烈度指标标用地震系系数k=a/g（a为地面运动动峰值加速速度，g为重力加速速度）表达达。因此，，表2-1中设计基本本地震加速速度中g前的系数亦亦称为对应应于抗震设设防烈度的的地震系数数。2.2.2ASCE/SEI7-05抗震设防依依据ASCE/SEI7-05直接利用美美国地质调调查局（UntiedStatedGeologicalSurvey,USGS）给出地震震地面运动动最大加速速度等值线线图（也称称为地震区区划图）作作为抗震设设防依据。。美国地震区区划图给出出了短周期期（T=0.2s）和1s周期阻尼比比为0.05的地震地面面运动最大大加速度等等值线图（（参见图2-1）。图2-1ASCE/SEI7-05地震区划图图示例（部部分）设计时，可可根据建筑筑物所在地地，在地震震区划图上上查的相应应的地震反反应谱加速速度值。GB50011-2001抗震设防烈烈度（设计计基本地震震加速度值值）与ASCE/SEI7-05短周期反应应谱加速度度SS及1s周期反应谱谱加速度S1等地震动参参数之间的的对应关系系见表2-2~表2-3，供参考。。注：由于GB50011-2001的II类场地同时时与ASCE/SEI7-05的C类或D类场地相对对应，故表表2-2中IIC表示GB50011-2001的II类场地中相相当于ASCE/SEI7-05C类场地的部部分，表2-3中IID表示GB50011-2001的II类场地中相相当于ASCE/SEI7-05D类场地的部部分。2.3抗震设防标标准的比较较2.3.1GB50011-2001的抗震设防防标准GB50011-2001规定，所有有建筑的抗抗震设防类类别和抗震震设防标准准应符合现现行国家标标准GB50223-2008《建筑工程抗抗震设防类类别标准》的要求。GB50223-2008规定，建筑筑工程应分分为以下四四个抗震设设防类别：：（1）特殊设防防类（甲类类）：指使使用上有特特殊设施，，涉及国家家公共安全全的重大建建筑工程和和地震时可可能发生严严重次生灾灾害等特别别重大灾害害后果，需需要进行特特殊设防的的建筑。（2）重点设防防类（乙类类）：指地地震时使用用功能不能能中断或需需尽快恢复复的生命线线相关建筑筑，以及地地震时可能能导致大量量人员伤亡亡等重大灾灾害后果，，需要提高高设防标准准的建筑。。（3）标准设防防类（丙类类）：指大大量的除1、2、4款以外按标标准要求设设防的建筑筑。（4）适度设防防类（丁类类）：指使使用上人员员稀少且震震损不致产产生次生灾灾害，允许许在一定条条件下适度度降低要求求的建筑。。GB50223-2008规定，各抗抗震设防类类别建筑的的抗震设防防标准，见见表2-4。2.3.2ASCE/SEI7-05的抗震设防防标准（1）建筑用途途分类（OccupancyCategory）：I类、II类、III类、IV类共4种，参见表表2-5。（2）按建筑用用途分类和和设计地震震动参数（（SDS或SD1），确定建建筑物的抗抗震设防类类别，分为为A、B、C、D、E、F，共6类，分类标标准参见表表2-6和表2-7。ASCE/SEI7-05根据不同结结构的建筑筑用途分类类（OccupancyCategory），规定了了相应的抗抗震重要性性系数I的取值，其其作用是提提高重要的的和具有危危险性的建建筑或结构构的安全性性。抗震重重要性系数数取值见表表2-8，在地震作作用的计算算中要用到到该参数。。ASCE/SEI7-05根据不同的的抗震设防防类别，给给出了不同同的抗震设设防标准，，并作为结结构体系可可以采取的的地震作用用计算方法法与抗震构构造措施要要求的依据据，相关要要求可以归归纳为三个个层次：A类：满足最最基本的抗抗震措施要要求；B类和C类：满足一一般性的抗抗震措施要要求，一般般只需按照照静力方法法计算地震震作用（基基底剪力法法），结构构延性要求求较低；D、E、F类：满足严严格的抗震震措施要求求，要求按按照动力分分析方法进进行地震作作用计算（（如振型分分解反应谱谱法等），，结构延性性要求较高高。2.4地震作用的的计算原则则和方法的的比较2.4.1GB50011-2001地震作用的的计算原则则和方法中国规范按按中震烈度度(50年超越概率率10％)对全国进行行地震危害害程度划分分，然后折折减大约1．55度至小震(50年超越概率率63．2％)水平计算地地震作用，，进行结构构构件的抗抗震承载力力验算和弹弹性变形验验算，必要要时还要计计算罕遇地地震（大震震）的地震震作用，进进行弹塑性性变形验算算。GB50011-2001规定，各类类建筑结构构的抗震计计算，应采采用下列方方法：（1）高度不超超过40m以剪切变形形为主且质质量和刚度度沿高度分分布比较均均匀的结构构，以及近近似于单质质点体系的的结构，可可采用底部部剪力法等等简化方法法。（2）除（1）款外的建建筑结构，，宜采用振振型分解反反应谱法。。（3）特别不规规则的建筑筑、甲类建建筑和表2-9所列高度范范围的高层层建筑，应应采用时程程分析法进进行多遇地地震下的补补充计算，，可取多条条时程曲线线计算结果果的平均值值与振型分分解反应谱谱法计算结结果的较大大值。（4）计算罕遇遇地震下结结构的变形形，可采用用简化的弹弹塑性分析析方法或弹弹塑性时程程分析法。。2.4.2ASCE/SEI7-05地震作用的的计算原则则和方法（1）美国规范范“最大考考虑地震””SS的50年超越概率率为2％，地震重重现期为2475年，这与中中国规范的的大震重现现期相当。。（2）设计时，，需将“最最大考虑地地震”地面面运动加速速度乘以2/3，折减至““设计地震震”水平进进行抗震设设计计算。。其地震水水平对应的的50年超越概率率为5％～10％，其中美美国西部强强震地区接接近5％，中东部部弱震地区区约为10％，这与中国国规范的中震震水平大致相相当。（3）最后根据不不同结构的延延性，引入结结构反应调整整系数R，再次对地震震作用进行折折减，并以此此地震作用效效应进行抗震震设计计算。。（4）对于竖向地地震作用，一一般情况下可可按0.2SDSD（D为恒荷载标准准值的效应））计算；当SDS小于于或或等等于于0.125g时，，或或采采用用式式（（2-1）进进行行荷荷载载效效应应组组合合时时，，可可以以不不考考虑虑竖竖向向地地震震作作用用。。U=0.9D+1.0E+1.6H（2-1）2.4.3中美美规规范范地地震震作作用用计计算算方方法法适适用用范范围围的的比比较较中美美规规范范地地震震作作用用计计算算方方法法适适用用范范围围的的对对比比见见表表2-10。2.5场地地分分类类的的比比较较GB50011-2001以及及ASCE/SEI7-05均考考虑虑了了场场地地条条件件对对地地震震作作用用的的影影响响。。分分类类时时，，GB50011-2001考虑虑土土层层平平均均剪剪切切波波速速与与场场地地土土覆覆盖盖深深度度，，将将场场地地土土分分为为I类~IV类；；ASCE/SEI7-05考虑虑平平均均剪剪切切波波速速、、平平均均标标准准贯贯入入锤锤击击数数以以及及平平均均不不排排水水剪剪切切强强度度等等参参数数，，将将场场地地土土分分为为A类~F类（（共共6类））。。表表2-11给出出中中美美规规范范抗抗震震设设计计场场地地分分类类规规定定对对照照表表。。根据据具具体体的的分分类类标标准准，，现现将将GB50011-2001以及及ASCE/SEI7-05的场场地地分分类类规规定定总总结结于于表表2-12进行行比比较较。。由表表2-12可以以看看出出：：（1）GB50011-2001场地地分分类类为为I类的的场场地地与与ASCE/SEI7-05场地地分分类类为为A、B、C类的的场场地地相相近近；；（2）GB50011-2001场地地分分类类为为II类的的场场地地与与ASCE/SEI7-05场地地分分类类为为C、D类的的场场地地相相近近；；（3）GB50011-2001场地地分分类类为为III类的的场场地地与与ASCE/SEI7-05场地地分分类类为为D类的的场场地地相相近近；；（4）GB50011-2001场地地分分类类为为IV类的的场场地地与与ASCE/SEI7-05场地地分分类类为为E类的的场场地地相相近近。。2.6抗震震设设计计反反应应谱谱的的比比较较2.6.1GB50011-2001的抗抗震震设设计计反反应应谱谱GB50011-2001规范范采采用用的的抗抗震震设设计计反反应应谱谱以以地地震震影影响响系系数数曲曲线线的的形形式式给给出出，，并并规规定定建建筑筑结结构构的的地地震震影影响响系系数数应应根根据据烈烈度度、、场场地地类类别别、、设设计计地地震震分分组组和和结结构构自自振振周周期期以以及及阻阻尼尼比比确确定定。。地震震影影响响系系数数α，是是多多次次地地震震作作用用下下不不同同周周期期T，相相同同阻阻尼尼比比ζ的理理想想简简化化的的单单质质点点体体系系的的结结构构体体系系加加速速度度与与重重力力加加速速度度之之比比。。它它是是两两项项的的乘乘积积，，即即地地震震系系数数k（地地震震动动峰峰值值加加速速度度与与重重力力加加速速度度之之比比））和和结结构构体体系系加加速速度度的的动动力力系系数数β（结结构构反反应应加加速速度度与与地地震震动动最最大大加加速速度度之之比比）），，即即，，α（T）=Sa（T）=k×β（T），，Sa（T）为为加加速速度度设设计计反反应应谱谱，，k=a/g，为为地地震震动动峰峰值值加加速速度度，，β（T）为为动动力力系系数数。。水平地震影响响系数最大值值应按表2-13采用；特征周周期应根据场场地类别和设设计地震分组组按表2-14采用，计算8、9度罕遇地震时时，特征周期期应增加0.05s。对于周期大大于6.0s的建筑结构所所采用的地震震影响系数应应专门研究；；对于已编制制抗震设防区区划的城市，，应允许按批批准的设计地地震动参数采采用相应的地地震影响系数数。GB50011-2001给出的水平地地震影响系数数α是取阻尼比为为0.05，利用动力系系数β和地震系数k确定的。按二二阶段设计要要求，第一阶阶段进行结构构抗震承载力力与弹性变形形验算时采用用多遇烈度地地震，其k值相当于抗震震设防烈度（（基本烈度））所对应k值的1/2.8。第二阶段进进行结构弹塑塑性变形验算算时采用罕遇遇烈度地震，，其k值相当于抗震震设防烈度（（基本烈度））所对应k值的1.5~2.0倍（烈度越高高，k值越小）。由由此可推得GB50011-2001规范各设计阶阶段的αmax值。GB50011-2001抗震规范规定定的地震影响响系数曲线见见图2-2。除有专门规定定外，建筑结结构的阻尼比比应取0.05，地震影响系系数曲线的阻阻尼调整系数数应按1.0采用，形状系系数应符合下下列规定：（1）直线上升段段，周期小于于0.1s的区段。（2）水平段，自自0.1s至特征周期区区段，应取最最大值（（αmax）。（3）曲线下降段段，自特征周周期至5倍特征周期区区段，衰减指指数应取0.9。（4）直线下降段段，自5倍特征周期至至6s区段，下降斜斜率调整系数数应取0.02。2.6.2ASCE/SEI7-05的抗震设计反反应谱ASCE/SEI7-05直接给出了设设计地震加速速度曲线的抗抗震设计反应应谱见图2-3。美国规范抗震震设计反应谱谱的应用：首首先从ASCE/SEI7-05给出的地震地地面运动最大大加速度等值值线图中查出出短周期和1s周期的加速度度值（SS和S1）；其次，考考虑不同的场场地分类，利利用场地系数数Fa、Fv对该值进行修修正，Fa、Fv的关取值见表表2-15~表2-16；最后，对该该值乘以“2/3”的系数，将““最大考虑地地震”下的地地震反应谱加加速度转换到到设计地震水水准下的地震震反应谱加速速度。具体的修正要要求如下：（1）从地震地面面运动最大加加速度等值线线图中，查得得最大考虑地地震下的短周周期和1s周期加速度值值SS和S1。（2）利用场地系系数Fa、Fv进行修正，得得到最大考虑虑地震下短周周期和1s周期的反应谱谱加速度参数数SMS、SM1：SMS=FaSS（2-2）SM1=FvS1（2-3）进行上述变换换的原因是ASCE/SEI7-05中给出的地震震地面运动最最大加速度只只适用于B类场地，对于于其他场地情情况需要引入入场地系数Fa或Fv进行调整。（3）乘以“2/3”的调整系数，，得到设计地地震水准下的的反应谱加速速度SDS、SD1：SDS=（2/3）SMS=（2/3）FaSS（2-4）SD1=（2/3）SM1=（2/3）FvS1（2-5）进行上述变换换的原因是ASCE/SEI7-05中的地震地面面运动最大加加速度等值线线图是根据50年超越概率为为2%的地震给出的的地面运动加加速度最大值值，但ASCE/SEI7-05规定的设计地地震为50年超越概率为为10%的地震，因此此，抗震设计计时，需要对对ASCE/SEI7-05给出的地震地地面运动最大大加速度等值值线图的加速速度值进行折折减，即要乘乘以（2/3）的系数，从从而得到ASCE/SEI7-05规定的设计地地震条件下的的设计反应谱谱加速度。在形式上，ASCE/SEI7-05的抗震设计反反应谱与GB50011-2001的抗震设计反反应谱曲线类类似，同样分分为四个阶段段：（1）上升段，当当周期T小于T0时，设计反应应谱加速度Sa应按式（2-6）计算：Sa=SDS（0.4+0.6T/T0）（2-6）（2）水水平平段段，，当周周期期T大于于等等于于T0，小小于于等等于于TS时，，设设计计反反应应谱谱加加速速度度Sa应取取为为SDS；（3）下降段段之一，，当周期期T大于等于于TS，小于等等于TL时，设计计反应谱谱加速度度Sa应按式（（2-14）计算：：Sa=SD1/T（2-7）（4）下降段段之二，，当周期期T大于TL时，设计计反应谱谱加速度度Sa应按式2-15计算：Sa=SD1TL/T2（2-8）结构基本本周期T，应通过过考虑结结构特性性和变形形特点后后采用恰恰当的分分析方法法得到。。ASCE/SEI7-05规定结构构的基本本周期T不应超过过表2-17给出的计计算周期期（Cu）的上限限，同时时结构的的近似基基本周期期Ta可按式（（2-9）计算。。ASCE/SEI7-05同时规定定在大多多数条件件下可以以采用近近似的基基本周期期Ta代替结构构的基本本周期T：（2-9）其中，hn—结构从底底部到最最高处的的高度，，单位ft；系数Ct和x参见表2-18。2.6.3中美规范范抗震设设计反应应谱的比比较抗震设计计反应谱谱是计算算地震作作用的重重要依据据，GB50011-2001采用的设设计反应应谱以地地震影响响系数曲曲线的形形式给出出，ASCE/SEI7-05采用的设设计反应应谱以设设计地震震地面运运动加速速度曲线线的形式式给出。。需要说明明的是，，虽然GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震设计计反应谱谱的形式式比较相相似，但但由于GB50011-2001的抗震设设计反应应谱采用用的是经经过调整整后的相相当于““小震””条件下下的地震震影响系系数曲线线，而ASCE/SEI7-05的抗震设设计反应应谱采用用的是相相当于我我国“中中震”条条件下的的设计地地震加速速度反应应谱曲线线，在进进行反应应谱加速速度值比比较时，，应注意意统一比比较标准准。（1）反应谱谱曲线基基本规定定的比较较为便于对对反应谱谱曲线的的基本规规定进行行比较，，现将GB50011-2001与ASCE/SEI7-05规范抗震震设计反反应谱所所考虑的的各种因因素总结结于表2-19。由表2-19可以看出出，GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震设计计反应谱谱曲线具具有相同同的特征征，都是是由直线线上升段段、水平平段和下下降段组组成，但但差异也也很明显显。具体体表现在在：①反应谱最最长周期期。GB50011-2001抗震设计计反应谱谱规定的的最长周周期为6s，对于超超高层建建筑、大大跨桥梁梁、海洋洋平台以以及大型型储油罐罐等自振振周期有有可能超超过6s的结构，，GB50011-2001规定其地地震影响响系数应应专门研研究。ASCE/SEI7-05给出了长长周期限限值TL。②特征周期期。GB50011-2001的水平段段起始周周期取为为定值0.1s，终止周周期Tg根据设计计地震分分组与场场地类别别确定。。ASCE/SEI7-05的水平段段起始周周期T0和终止周周期TS都随着场场地影响响系数Fa、Fv以及地震震动参数数的取值值SS、S1的变化而而变化。。③设计反应应谱曲线线下降段段。反应谱曲曲线下降降段与反反应谱加加速度、、阻尼比比及场地地类别有有关。GB50011-2001采用衰减减指数γ考虑这种种关系，，但衰减减指数γ却只与阻阻尼比有有关；ASCE/SEI7-05的衰减指指数为常常数1.0，但其提提供了与与场地类类型有关关的1s周期反应应谱加速速度设计计值，以以考虑反反应谱下下降段的的衰减过过程。（2）场地分分类对反反应谱影影响的比比较地震时场场地的最最大地面面运动加加速度与与场地类类别有关关，通过过地类别别对抗震震设计反反应谱影影响的比比较示意意图（图图2-4）可以看看出：①GB50011-2001规范只考考虑了场场地类别别对特征征周期的的影响，，而未考考虑场地地类型对对反应谱谱加速度度最大值值的影响响，因此此在相同同抗震设设防烈度度条件下下，GB50011-2001的抗震设设计反应应谱只是是随场地地类型从从I类到IV类的变化化，反应应谱曲线线的平台台宽度逐逐渐增大大。②ASCE/SEI7-05采用如下下的方法法考虑不不同的场场地类型型对反应应谱加速速度最大大值的影影响：以以B类场地的的反应谱谱加速度度为基准准，用该该加速度度值乘以以一个场场地系数数（根据据不同的的场地分分类以及及地面运运动加速速度最大大值SS确定），，以考虑虑不同场场地类型型的影响响，针对对不同类类型的场场地，不不仅反应应谱曲线线的平台台宽度不不同，而而且反应应谱加速速度最大大值也会会随着场场地类型型的改变变而变化化。可见见，ASCE/SEI7-05在考虑场场地类型型对抗震震设计反反应谱的的影响方方面，比比GB50011-2001更为全面面。（3）反应谱谱值的比比较为量化地地比较GB50011-2001与ASCE/SEI7-05抗震设计计反应谱谱的差异异，考虑虑中等场场地类型型，阻尼尼比为0.05的条件，，并参考考表2-2给出的中中国抗震震设防烈烈度与ASCE/SEI7-05中地震地地面运动动最大加加速度值值的对应应关系，，对两本本规范的的抗震设设计反应应谱值进进行比较较，并采采用MATLAB软件，作作出不同同抗震设设防烈度度（或地地震地面面运动最最大加速速度）条条件下，，GB50011-2001与ASCE/SEI7-05抗震设计计反应谱谱的比较较图，如如图2-5~图2-9所示，比比较条件件见表2-20。通过上述述比较可可以看出出：①对于中等等场地类类型，阻阻尼比为为0.05的条件，，GB50011-2001与ASCE/SEI7-05的反应谱谱峰值均均随着抗抗震设防防烈度（（或地震震地面运运动最大大加速度度）的提提高而增增加。在在各种设设防烈度度（或地地震地面面运动最最大加速速度）条条件下，，GB50011-2001规范的反反应谱峰峰值均低低于ASCE/SEI7-05的反应谱谱峰值（（偏低约约55.6%~15.3%），反应应谱峰值值的差距距随着抗抗震设防防烈度的的提高而而逐渐缩缩小，见见表2-21。②由于GB50011-2001的抗震设设计反应应谱的纵纵坐标为为无量纲纲的地震震影响系系数，而而ASCE/SEI7-05的抗震设设计反应应谱的纵纵坐标为为设计反反应谱加加速度，，在进行行比较时时，统一一将反应应谱的纵纵坐标调调整为反反应谱加加速度，，单位为为g；③ASCE/SEI7-05在第22章中直接接给出了了TL区划图，，按地理理位置大大致分为为4s、6s、8s、12s以及16s，在本次次比较中中TL取其中位位数，即即TL=8s。需要说明明的是：：①GB50011-2001的设计反反应谱是是考虑多多遇地震震（50年超越概概率63.2%）条件下下的反应应谱，而而ASCE/SEI7-05的设计反反应谱是是考虑设设计地震震（50年超越概概率10%）条件下下的反应应谱，因因此在比比较中，，需要将将GB50011-2001的反应谱谱值进行行调整（（即纵坐坐标取GB50011-2001的基本烈度地地震条件下的的加速度取值值），以ASCE/SEI7-05设计地震条件件下的反应谱谱为基准，保保证比较起点点一致。②在各种设防烈烈度（或地震震地面运动最最大加速度））条件下，GB50011-2001的反应谱平台台段长度略长长于ASCE/SEI7-05的反应谱平台台段长度，差差距随设防烈烈度的提高逐逐渐缩小，见见表2-21。③在各种设防烈烈度（或地震震地面运动最最大加速度））条件下，在在短周期段，，GB50011-2001的反应谱值均均小于ASCE/SEI7-05的反应谱值，，随着周期的的增大，由于于GB50011-2001反应谱下降指指数较小，使使得GB50011-2001的反应谱值在在中长周期段段逐渐接近并并超过ASCE/SEI7-05的反应谱值。。2.7结构抗震设计计的原则和方方法的比较中美规范均是是采用的概率率极限状态设设计原则和分分项系数设计计表达式进行行抗震设计。。但应注意到到与GB50011-2001采用两阶段设设计步骤来实实现三水准的的设防目标不不同，ASCE/SEI7-05规范只针对设设计地震（相相当于我国的的中震）条件件，采用单一一阶段设计步步骤实现其设设防目标，考考虑结构的弹弹塑性性能（（通过引入结结构反应调整整系数R体现结构的延延性，该系数数主要通过经经验，根据不不同结构类型型的延性要求求确定），进进行截面抗震震承载力验算算和抗震变形形验算。（1）GB50011-2001结构抗震分析析的原则和方方法GB50011-2001采用两阶段设设计步骤来实实现三水准的的设防目标：：1）第一阶段设设计为小震下下的截面抗震震承载力验算算，必要时验验算小震下的的弹性变形，，即取第一水水准的地震动动参数，计算算结构的弹性性地震作用标标准值和相应应的地震作用用效应，按分分项系数设计计表达式进行行结构构件的的截面抗震承承载力验算，，这样既满足足了在第一水水准下具有必必要的承载力力可靠度，又又满足了第二二水准下损坏坏可修的目标标；2.7.1结构抗震分析析的原则和方方法的比较2）第二阶段设设计为大震下下的弹塑性变变形验算。对对于大多数结结构，可只进进行第一阶段段设计，而通通过概念设计计和抗震构造造措施来满足足第三水准的的设防要求；；对于有特殊殊要求建筑、、地震时易倒倒塌的结构以以及有明显薄薄弱层的不规规则结构，除除应进行第一一阶段设计外外，还应进行行结构薄弱部部位的弹塑性性变形验算并并采取相应的的抗震构造措措施，实现第第三水准设防防要求。GB50011-2001关于结构抗震震分析的原则则和方法的具具体规定如下下：1）除本规范特特别规定者外外，建筑结构构应进行多遇遇地震作用下下的内力和变变形分析，此此时，可假定定结构与构件件处于弹性工作状态，内内力和变形分分析可采用线线性静态计算算方法或线性性动力方法。。多遇地震作用用下的内力和和变形分析是是GB50011-2001对结构地震反反应、截面抗抗震承载力验验算和变形验验算最基本要要求。不规则且具有有明显薄弱部部位可能导致致地震时严重重破坏的建筑筑结构，应按按本规范有关关规定进行罕罕遇地震作用用下的弹塑性性变形分析（（即非线性分分析）。此时时，可根据结结构特点采用用静力弹塑性性分析或弹塑塑性时程分析析方法。考虑到非线性性分析的难度度较大，GB50011-2001只限于对特别别不规则并具具有明显薄弱弱部位可能导导致重大地震震破坏，特别是有严重的的变形集中可可能导致地震震倒塌的结构构，应进行罕罕遇地震作用用下的弹塑性性变形分析。。GB50011-2001推荐了两种非非线性分析方方法：静力的的非线性分析析（推覆分析析）和动力非非线性分析（（弹塑性时程程分析）。静静力的非线性性分析是：沿沿结构高度施施加按一定形形式分布的模模拟地震作用用的等效侧力力，并从小到到大逐步增加加侧力的强度度，使结构由由弹性工作状状态逐步进入入弹塑性工作作状态，最终终达到并超过过规定的弹塑塑性位移。这这是目前较为为实用的简化化弹塑性分析析技术，比动动力非线性分分析节省计算算工作量，但但也有一定使使用局限性和和适用性，对对计算结果需需要工程经验验判断。2）动力非线性性分析，即弹弹塑性时程分分析，是较为为严格的分析析方法，需要要较好的计算算机软件和很很好的工程经经验判断才能能得到有用的的结果，是难难度较大的一一种方法。GB50011-2001还允许采用简简化的弹塑性性分析技术，，如钢筋混凝凝土框架等的的弹塑性分析析简化方法。。（2）ASCE/SEI7-05结构抗震分析析的原则和方方法ASCE/SEI7-05规定结构抗震震设计采用单单一阶段设计计法，主要针针对设计地震震进行抗震验验算。抗震分析采用用弹塑性反应应谱理论，通通过结构反应应调整系数（（ResponseModificationCoetficient）R考虑不同结构构类型的延性性能，，假定结构处处于弹塑性工工作状态，内内力和变形分分析可采用线线性静力计算算方法、线性性动力计算方方法或非线性性动力计算方方法；对于抗抗震设防类别别为D、E、F类，表2-10规定的其他情情况的结构不不应采用线性性静力计算方方法进行内力力和变形分析析。除了根据结构构体系类型本本身的延性性性能区分相应应的结构反应应调整系数R值外，如承重重墙体体系、、框架体系、、抗弯框架体体系、双重结结构体系、框框架-剪力墙结构体体系，ASCE/SEI7-05还对同一结构构类型设定了了几个不同的的延性等级：：“普通（Ordinary）”、“中等（Intermediate）”、“特殊（Special）”由不同的设计计参数和抗震措措施保证此三三个等级结构构的延性性能能依次递增，，三者的结构构反应调整系系数R依次增大，设设计地震作用用依次降低。。抗震设计时，，设计者可以以选用不同的的延性等级，，对于强震区区（相当于我我国8度半与9度地区）只能能使用“特殊”等级，对中震震区（约相当当于我国7度至8度地区）可以以选用“特殊”或“中等”等级，对低震震区（相当于于我国6、7度地区）可以以三者任选。。结构反应调整整系数R是对结构延性性性能和其超超过设计强度度后的性能的的定量体现，，主要根据类类似结构在以以往地震中的的表现，通过经经验确定。作为示例，表表2-22给出ASCE/SEI7-05中主要与钢结结构有关的C类结构体系的的结构反应调调整系数R。R较高意味着结结构延性要求求较高，相应应的设计地震震作用的折减减也较多。GB50011-2001与ASCE/SEI7-05在结构抗震分分析原则方面面的最大差别别是所考虑的的地震作用条条件不同，GB50011-2001分别考虑的是是“小震”条件下与“大震”条件下的结构构抗震分析，，而ASCE/SEI7-05考虑的是在设设计地震（相相当于我国的的中震）条件件下的结构抗抗震分析。（1）GB50011-2001的重力荷载取取值及组合值值系数GB50011-2001的重力荷载取取值及组合值值系数见表2-23。2.7.2重力荷载取值值及组合值系系数的比较（2）ASCE/SEI7-05的重力荷载取取值及组合值值系数ASCE/SEI7-05的重力荷载取取值及组合值值系数见表2-24。由表2-23与表2-24可以看出，GB50011-2001的重力荷载取取值水平比ASCE/SEI7-05略大。（1）GB50011-2001规定，结构构构件的地震作作用效应和其其他荷载效应应的基本组合合，应按下式式计算：S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψwγwSwk（2-10）式中，S—结构构件的的地震作用用效应组合合设计值；；γG—重力荷载分分项系数，，一般情况况一般情况况应采用1.2，当重力荷荷载效应对对构件承载载能力有利利时，不应应大于1.0；2.7.3地震作用效效应组合的的比较γEh、γEv—分别为水平平和竖向地地震作用分分项系数，，应按表2-27采用；γw—风荷载分项项系数，应应采用1.4；SGE—重力荷载代代表值的效效应，有吊吊车时，尚尚应包括悬悬吊物重力标准值的的效应；SEhk—水平地震作作用标准值值的效应，，尚应乘以以相应的增增大系数或调整系数数；SEvk—竖向地震作作用标准值值的效应，，尚应乘以以相应的增增大系数或调整系数数；Swk—风荷载标准准值的效应应；ψw—风荷载组合合值系数，，一般结构构取0.0，风荷载起起控制作用用的高层建筑筑应采用0.2。GB50011-2001给出的需要要计算竖向向地震作用用的条件是是：抗震设防烈烈度为9度时的高层层建筑；抗抗震设防烈烈度为8度和9度时的大跨跨度和长悬悬臂结构。。GB50011-2001的条文说明明中指出：：在设防烈烈度的地震震作用下，，结构构件件承载力的的可靠指标标β是负值，难难于按GB50068-2001分析，GB50011-2001第一阶段的的抗震设计计取相当于于众值烈度度下的弹性性地震作用用作为额定定指标，此此时的设计计表达式可可按GB50068-2001处理。关于地震作作用分项系系数，GB50011-2001的条文说明明中指出，，在众值烈烈度下的地地震作用，，应视为可可变作用而而不是偶然然作用。这这样，根据据GB50068-2001确定直接作作用（荷载载）分项系系数的方法法，通过综综合比较，，GB50011-2001对水平地震震作用，确确定γEh=1.3，至于竖向向地震作用用分项系数数，则参照照水平地震震作用，也也取γEv=1.3。当竖向与与水平地震震作用同时时考虑时，，根据加速速度峰值记记录和反应应谱的分析析，二者的组合比比为1：0.4，故此时γEh=1.3，γEv=0.4××1.3≈≈0.5。（2）ASCE/SEI7-05规定，对于于地震作用用效应组合合，按照荷荷载抗力系系数设计法法进行设计计时，考虑虑恒荷载对对结构不利利的情况，，应按下式式计算：U=1.2D+1.0E+L+0.2S（2-11）考虑恒荷载载对结构有有利的情况况，应按下下式计算：：U=0.9D+1.0E+1.6H（2-12）其中，U—所需强度（（荷载效应应组合值））；D—恒荷载标准准值的效应应；L—活荷载标准准值的效应应；S—雪荷载标准准值的效应应；H—侧向土压力力或侧向水水压力的效效应；E—地震荷载标标准值的效效应。当按式（2-11）计算时取取E=Eh+Ev，当按照式式（2-12）计算时取取E=Eh-Ev；Eh为水平地震震作用效应应，Ev为竖向地震震作用效应应；Eh=QE，为可靠性系系数，QE为水平地震震作用效应应（根据设设计基底剪剪力V计算）；Ev=0.2SDSD，SDS为短周期设设计反应谱谱加速度参数数，根据ASCE/SEI7-05给出的抗震震设计反应应谱计算，，当SDS小于或等于于0.125时，或采用用式（2-12）进行荷载载效应组合合时，可以以不考虑竖竖向地震作作用。ASCE/SEI7-05关于可靠性性系数的规定如下下：可靠性系数数是考虑结构构体系赘余余性和可靠靠性的系数数，在以下下情况应取取为1.0：①抗震设设防类别为为B类和C类的结构；；②侧移计计算以及考考虑P-Δ效应时；③非结构构构件的设设计；④非建筑类结结构的设计计；⑤考虑地震力力放大系数数的连接组组件的接头头设计；⑥要求采用地地震力放大大系数的接接头设计；；⑦计算楼楼层水平分分布力时；；⑧效能减震结结构体系的的设计。对于抗震设设防类别为为D、E、F类的结构，，一般情况况下应取为1.3，但以下两两类情况可取为1.0：①每一个楼层层都需要抵抵抗超过35%的基底剪力力的情况；；②结构所有楼楼层的平面面规则，并并且在任一一楼层的任任一方向的的抗侧力体体系至少有有两个开间间都需要抵抵抗超过35%的基底剪力力的情况。。与中国规范范相比，在在地震作用用效应组合合方面的主主要差别是是：①美国规规范在计算算地震力时时，水平地地震作用和和竖向地震震作用总是是同时考虑虑的。而中中国规范只只有8度和9度时的大跨跨结构、长长悬臂结构构、烟囱和和类似高耸耸结构以及及9度时的高层层建筑，才才考虑竖向向地震作用用。②美国规规范还引入入了考虑结结构体系赘赘余性和可可靠性的可可靠性系数数。地震作用用分项系数数则随的变化而变变化。（1）GB50011-2001采用概率率极限状状态设计计原则，，按分项项系数设设计表达达式进行行设计。。GB50011-2001截面的抗抗震承载载力验算算针对小小震条件件（50年超越概概率为63.2%的地震））采用概概率极限限状态设设计原则则，按分分项系数数设计表表达式进进行设计计：S≤R/γRE（2-13）式中：S—结构构件件的地震震作用效效应组合合设计值值；R—结构构件件承载力力设计值值；γRE—承载力抗抗震调整整系数，，除GB50011-2001另有2.7.3截面抗震震承载力力验算的的比较规定外，，应按表表2-26采用。当当仅计算算竖向地地震作用用时，各各类结构构构件承承载力抗抗震调整整系数均均宜采用用1.0。GB50011-2001的条文说说明中指指出：结结构在设设防烈度度下的抗抗震验算算根本上上应该是是弹塑性性变形验验算，但但为减少少计算工工作量并并符合设设计习惯惯，对大大部分结结构，将将变形验验算转换换为众值值烈度地地震作用用下构件件承载力力验算的的形式来来表现。。按照GB50068-2001《建筑结构构可靠度度设计统统一标准准》的原则，，89规范与78规范在众众值烈度度下有基基本相同同的可靠靠指标，，GB50011-2001略有提高高。基于于此前提提，在确确定地震震作用分分项系数数的同时时，则可可得到与与抗力标标准值Rk相应的最最优抗力力分项系系数，并并进一步步转换为为抗震的的抗力函函数（即即抗震承承载力设设计值RdE），使抗抗力分项项系数取取1.0或不出现现。现阶段大大部分结结构构件件截面抗抗震承载载力验算算时，采采用了各各有关规规范的承承载力设设计值Rd，因此，，抗震设设计的抗抗力分项项系数，，就相应应地变为为承载力力设计值值的抗震震调整系系数γRE，即γRE=Rd/RdE或RdE=Rd/γRE。（2）ASI/AISC341-05按照美国国钢结构构设计规规范ANSI/AISC360-05的规定，，既可采采用荷载载抗力系系数设计计法LRFD，也可采采用容许许应力设设计法ASD。LRFD法与中国国规范的的相同，，也是采采用概率率极限状状态设计计原则，，按分项项系数设设计表达达式进行行设计；；ASD法为传统统的单一一安全系系数的容容许应力力设计法法，ASD与LRFD的安全度度设置水水平大体体相同，，设计人人员可在在两种方方法中选选择其一一进行设设计，但但不能混混用。1）ANSI/AISC360-05的设计表表达式LRFD：设计强度度≥需要强度度（2-14）或φRn≥UL（2-15）ASD：容许强度度≥需要强度度（2-16）或ΩRn≥UA（2-17）其中，φ为抗力系系数；UL为考虑荷荷载分项项系数后后的荷载载效应组组合设计计值，即即需要强强度；Ω为安全系系数；UA为利用ASD法确定的的荷载组组合计算算得到的的需要强强度。Rn为名义强强度。有有关φ及Ω的取值如如表2-27所示。ANSI/AISC360-05建立了同同类构件件的强度度折减系系数Ω（ASD）与抗力力分项系系数Φ（LRFD）之间的的关系：：（2-18）1）LRFD与ASD的目标可可靠指标标β通过可靠靠度校准准分析，，LRFD与ASD对应的目目标可靠靠指标β的要求见见表2-28。2）ANSI/AISC360-05的荷载组组合根据ASCE/SEI7-05的规定，，ANSI/AISC360-05采用的荷荷载组合合见表2-293）LRFD与ASD的安全度度设置水水平的比比较以轴心受受拉构件件为例加加以说明明。用LRFD设计，抗抗力系数数Φ=0.9，有：1.2D+1.6L=0.9Rn（2-19）或1.33D+1.78L=Rn（LRFD）（2-20）用ASD设计，轴轴心受拉拉构件的的安全系系数为1.67，得：（2-21）或1.67D+1.67L=Rn（ASD）（2-22）可得：（2-23）对于L/D接近于“0”的情况，，则有：：1.4D=0