中美钢结构抗震设计规范比较讲座

中美钢结构抗震设计规范比较讲座美国钢构造协会AISC1923年制定了第一本以容许应力设计法(AllowableStressDesign，简称ASD)为设计准那么的钢构造设计标准。容许应力设计法作为钢构造设计的根底延用了相当长的时间，后历经屡次修改，直至1961年，其根本格式及内容都已根本定型。1美国钢构造设计标准及抗震设计标准体系的开展概况1989年出版了最后一版ASD设计标准AISC(1989)；2001年对ASD又进展了局部修订(AISC335-89s1)。

由Galambos、Ellingwood、MacGregor.t和Cornell等人开展的、以概率理论为根底的荷载准那么，促使美国国家标准化协会(AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI〕制订了一本以概率理论为根底的国家标准ANSIA58.1-1982“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。它后来又以美国土木工程学会的标准7(ASCE7)出版发行，其最新版本为ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。1986年，AISC的标准委员会(COS)根据ANSIA58.1-1982的规定，首次推出了以概率理论为根底的荷载抗力系数钢构造设计标准(LoadandResistanceFactorDesign，简称荷载抗力系数设计法LRFD)。ASCE/SEI7-05是按概率极限状态设计原那么和构造可靠度理论编制的，作为美国各种构造设计标准统一的概率设计准那么和荷载取值依据〔包括地震作用的取值标准〕等，类似于我国的荷载标准，并包括了类似于我国抗震标准中的抗震设防标准、地震动参数及地震作用的取值标准等内容。AISC的标准委员会在1986年继ASD设计标准修订版后，推出了LRFD设计标准，作为与ASD并行的设计标准，供设计人员选用。LRFD标准在1991年和1993年历经两次修订，其最新版本为1999年12月27日发布的第三版AISC(2000b〕。由于美国国内局部工程师对LRFD还不够熟悉，而另一些资深工程师对LRFD尚有不同看法，使ASD设计法在美国仍较为流行，因而LRFD在较长时间内可能还难以完全取代ASD。AISC充分考虑了工程界的现状和实际需求，于2005年4月，由美国钢构造协会正式发布和出版了目前最新版的ANSI/AISC360-05?SpecificationforStructuralSteelBuildings?，该标准融合了ASD和LRFD两种设计方法的理念，可以说是一本同时包括两种设计方法的“统一〞和“单一〞的设计标准，设计人员可选择两种方法之一(ASD或LRFD〕进展设计。应予说明的是，ANSI/AISC360-05仅涵盖了钢构造的静力设计，钢构造的抗震设计还应遵循钢构造抗震设计标准ANSI/AISC341-05?SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings?的规定。ANSI/AISC341-05的抗震设计原那么和抗震设防标准主要依据ASCE/SEI7-05确定，为钢构造或钢-混凝土组合构造的抗震设计提出了最低的抗震设防标准。美国工程构造抗震设计的标准体系大体上分为国家标准、协会标准及地方标准〔洲或地区的标准〕。美国工程构造抗震设计标准体系的开展历程大体上经历了初创、开展、统一等几个开展阶段。

1.2美国工程构造抗震设计的标准体系介绍1925年加州发生的SantaBarbara地震促成了美国第一个带有建筑构造抗震设计内容的标准UBC“UniformBuildingCode〞〔?统一建筑标准?〕于1927年出版，UBC主要用于美国西部各州。这一阶段的地方性工程构造抗震设计标准除了上述的UBC之外，又相继出现了NBC“NationalBuildingCode〞〔?国家建筑标准?〕和SBC“StandardBuildingCode〞〔?标准建筑标准?〕NBC主要用于美国东北部各州；SBC主要用于美国中南部各州。

20世纪末，美国人看到了将抗震标准统一起来的必要。1995年，UBC、NBC与SBC三本标准编制机构成立了国际标准协会ICC〔InternationalCodeCouncil〕，开场推动建筑构造设计标准的统一。1997年，SEAOC推出了最新版的UBC。

2000年，以1997NEHRPProvision为根底的IBC2000标准正式发布实施，取代了UBC、SBC和NBC等标准，从而使美国的抗震设计标准到达了统一。IBC每3年修订一次，目前最新版本是IBC2021。可以把IBC视为一个标准门户，由它通向各个专门标准。在抗震设计方面，IBC大多引用了属于国家标准层面的ASCE/SEI7-05?MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures?〔?建筑物和其他构造最小设计荷载?〕中的建议性条文。ASCE/SEI7是一个针对各种构造形式的荷载标准，除规定了直接作用〔如永久荷载和可变荷载〕的取值规定外，还规定了间接作用〔如地震作用〕的取值规定，包括抗震设防目标、场地特性、设计地震作用、地震响应计算方法、构造体系与概念设计等抗震设计方面的内容，至于构造构件抗震承载力验算和抗震构造规定等具体的抗震设计内容，ASCE7那么援引到其他专门的标准，如混凝土构造抗震设计还要求符合ACI318标准的规定；钢构造抗震设计还要求符合ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞〔?建筑钢构造抗震设计标准?〕的规定。ASCE/SEI7-05是按概率极限状态设计原那么和构造可靠度理论编制的，统一了美国各种构造设计标准的根本设计原那么和荷载取值标准〔包括地震作用的取值标准〕及荷载效应的组合原那么和计算公式、荷载分项系数及组合系数的取值规定等，类似于我国的荷载标准，并包括了类似于我国抗震标准中的抗震设防标准、地震动参数及地震作用的取值标准等内容。

本次讲座基于从中美钢构造抗震设计规定的差异性的比较展开，其间列出美国ASCE/SEI7-05等标准中的一些重要抗震设计参数、公式及适用范围的规定，供设计人员在应用这些标准时参考。比较中所参考的主要标准和标准包括：1、ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞；2、ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞；3、ANSI/AISC360-05“SpecificationforStructuralSteelBuildings〞；4、GB50011-2001?建筑抗震设计标准?〔2021年版〕；5、GB50017-2003?钢构造设计标准?。2中美钢构造抗震设计方法的比较2.1抗震设防目标的比较2.1.1GB50011-2001的抗震设防目标三水准设防目标和二阶段设计步骤：三水准设防目标：〔1〕当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理即可继续使用———“小震不坏〞；〔2〕当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用——“中震可修〞；〔3〕当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏——“大震不倒〞。三水准的地震作用水平，按三个不同超越概率〔或重现期〕来区分：〔1〕多遇地震〔小震〕：50年的超越概率为63.2%，重现期为50年；〔2〕设防烈度地震〔根本烈度地震，中震〕：50年的超越概率为10%，重现期为475年；〔3〕罕遇地震〔大震〕：50年的超越概率为2%~3%，重现期为2475~1641年。根据统计分析，小震烈度约比根本烈度低1.55度，大震烈度约比根本烈度高1度左右。通过两阶段设计，即承载力验算阶段和弹塑性变形验算阶段来实现上述三个水准的设防目标。2.1.2ASCE/SEI7-05的抗震设防目标〔1〕设防目标：通过最小化地震风险，来为具有考虑保护公众安康、平安、财产功能与使用要求的建筑物提供最低设计标准。针对设计地震等级，改善储存大量危险材料的重要设施与构造的性能，使其在震中和震后保持其功能。〔2〕实现方法：美国标准通过对构造考虑两种强度等级的地震作用，“设计地震〞和“最大考虑地震〞，来实现构造的抗震目标。1〕“最大考虑地震〞对应于地震作用区划图上50年超越概率为2％的罕遇地震。从超越概率的角度来看，根本上对应于我国标准的“大震〞水准；2〕“设计地震〞加速度为“最大考虑地震〞的2/3。从超越概率的角度来看，“设计地震〞强度水准大致与我国标准的“中震〞水准相当。ASCE/SEI7-05的抗震设防目标大致可以归纳为相当于二水准的设防目标，即对于50年超越概率为10%的设计地震，应使建筑在震中与震后保持预期功能，并且构造的损伤是可修的；对于50年超越概率为2%的最大考虑地震，应使构造倒塌的可能性较低。2.2抗震设防依据的比较2.2.1GB50011-2001抗震设防依据GB50011-2001抗震设防的主要依据为GB18306-2001?中国地震动参数区划图?中的地震根本烈度〔或与设计根本地震加速度值对应的烈度值〕。所谓“设计根本地震加速度值〞是指50年设计基准期超越概率10%的地震加速度设计取值；已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进展抗震设防。GB50011-2001将抗震设防烈度值、设计根本地震加速度值与中国地震动参数区划图的地震动峰值加速度值，利用表2-1的对应关系予以联系和协调。表2-1中的设计根本地震加速度的取值与?中国地震动参数区划图?所规定的“地震动峰值加速度〞相当，只是在0.10g与0.20g之间及0.20g与0.40g之间分别增加了0.15g、0.30g的区域，这两个区分别与7度及8度地区相当。工程界大多承受地面运动最大加速度的大小对构造反响起主要影响的观点，抗震标准中通常把烈度指标用地震系数k=a/g〔a为地面运动峰值加速度，g为重力加速度〕表达。因此，表2-1中设计根本地震加速度中g前的系数亦称为对应于抗震设防烈度的地震系数。2.2.2ASCE/SEI7-05抗震设防依据ASCE/SEI7-05直接利用美国地质调查局〔UntiedStatedGeologicalSurvey,USGS〕给出地震地面运动最大加速度等值线图〔也称为地震区划图〕作为抗震设防依据。美国地震区划图给出了短周期〔T=0.2s〕和1s周期阻尼比为0.05的地震地面运动最大加速度等值线图〔参见图2-1〕。图2-1ASCE/SEI7-05地震区划图例如〔局部〕设计时，可根据建筑物所在地，在地震区划图上查的相应的地震反响谱加速度值。GB50011-2001抗震设防烈度〔设计根本地震加速度值〕与ASCE/SEI7-05短周期反响谱加速度SS及1s周期反响谱加速度S1等地震动参数之间的对应关系见表2-2~表2-3，供参考。注：由于GB50011-2001的II类场地同时与ASCE/SEI7-05的C类或D类场地相对应，故表2-2中IIC表示GB50011-2001的II类场地中相当于ASCE/SEI7-05C类场地的局部，表2-3中IID表示GB50011-2001的II类场地中相当于ASCE/SEI7-05D类场地的局部。2.3抗震设防标准的比较2.3.1GB50011-2001的抗震设防标准GB50011-2001规定，所有建筑的抗震设防类别和抗震设防标准应符合现行国家标准GB50223-2021?建筑工程抗震设防类别标准?的要求。GB50223-2021规定，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：〔1〕特殊设防类〔甲类〕：指使用上有特殊设施，涉及国家公共平安的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进展特殊设防的建筑。〔2〕重点设防类〔乙类〕：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。〔3〕标准设防类〔丙类〕：指大量的除1、2、4款以外按标准要求设防的建筑。〔4〕适度设防类〔丁类〕：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。GB50223-2021规定，各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，见表2-4。2.3.2ASCE/SEI7-05的抗震设防标准〔1〕建筑用途分类〔OccupancyCategory〕：I类、II类、III类、IV类共4种，参见表2-5。〔2〕按建筑用途分类和设计地震动参数〔SDS或SD1〕，确定建筑物的抗震设防类别，分为A、B、C、D、E、F，共6类，分类标准参见表2-6和表2-7。ASCE/SEI7-05根据不同构造的建筑用途分类〔OccupancyCategory〕，规定了相应的抗震重要性系数I的取值，其作用是提高重要的和具有危险性的建筑或构造的平安性。抗震重要性系数取值见表2-8，在地震作用的计算中要用到该参数。ASCE/SEI7-05根据不同的抗震设防类别，给出了不同的抗震设防标准，并作为构造体系可以采取的地震作用计算方法与抗震构造措施要求的依据，相关要求可以归纳为三个层次：A类：满足最根本的抗震措施要求；B类和C类：满足一般性的抗震措施要求，一般只需按照静力方法计算地震作用〔基底剪力法〕，构造延性要求较低；D、E、F类：满足严格的抗震措施要求，要求按照动力分析方法进展地震作用计算〔如振型分解反响谱法等〕，构造延性要求较高。2.4地震作用的计算原那么和方法的比较2.4.1GB50011-2001地震作用的计算原那么和方法中国标准按中震烈度(50年超越概率10％)对全国进展地震危害程度划分，然后折减大约1．55度至小震(50年超越概率63．2％)水平计算地震作用，进展构造构件的抗震承载力验算和弹性变形验算，必要时还要计算罕遇地震〔大震〕的地震作用，进展弹塑性变形验算。GB50011-2001规定，各类建筑构造的抗震计算，应采用以下方法：〔1〕高度不超过40m以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的构造，以及近似于单质点体系的构造，可采用底部剪力法等简化方法。〔2〕除〔1〕款外的建筑构造，宜采用振型分解反响谱法。〔3〕特别不规那么的建筑、甲类建筑和表2-9所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进展多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反响谱法计算结果的较大值。〔4〕计算罕遇地震下构造的变形，可采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。2.4.2ASCE/SEI7-05地震作用的计算原那么和方法〔1〕美国标准“最大考虑地震〞SS的50年超越概率为2％，地震重现期为2475年，这与中国标准的大震重现期相当。〔2〕设计时，需将“最大考虑地震〞地面运动加速度乘以2/3，折减至“设计地震〞水平进展抗震设计计算。其地震水平对应的50年超越概率为5％～10％，其中美国西部强震地区接近5％，中东部弱震地区约为10％，这与中国标准的中震水平大致相当。〔3〕最后根据不同构造的延性，引入构造反响调整系数R，再次对地震作用进展折减，并以此地震作用效应进展抗震设计计算。〔4〕对于竖向地震作用，一般情况下可按0.2SDSD〔D为恒荷载标准值的效应〕计算；当SDS小于或等于0.125g时，或采用式〔2-1〕进展荷载效应组合时，可以不考虑竖向地震作用。U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-1〕2.4.3中美标准地震作用计算方法适用范围的比较中美标准地震作用计算方法适用范围的比照见表2-10。2.5场地分类的比较GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05均考虑了场地条件对地震作用的影响。分类时，GB50011-2001考虑土层平均剪切波速与场地土覆盖深度，将场地土分为I类~IV类；ASCE/SEI7-05考虑平均剪切波速、平均标准贯入锤击数以及平均不排水剪切强度等参数，将场地土分为A类~F类〔共6类〕。表2-11给出中美标准抗震设计场地分类规定对照表。根据具体的分类标准，现将GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05的场地分类规定总结于表2-12进展比较。由表2-12可以看出：〔1〕GB50011-2001场地分类为I类的场地与ASCE/SEI7-05场地分类为A、B、C类的场地相近；〔2〕GB50011-2001场地分类为II类的场地与ASCE/SEI7-05场地分类为C、D类的场地相近；〔3〕GB50011-2001场地分类为III类的场地与ASCE/SEI7-05场地分类为D类的场地相近；〔4〕GB50011-2001场地分类为IV类的场地与ASCE/SEI7-05场地分类为E类的场地相近。2.6抗震设计反响谱的比较2.6.1GB50011-2001的抗震设计反响谱GB50011-2001标准采用的抗震设计反响谱以地震影响系数曲线的形式给出，并规定建筑构造的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和构造自振周期以及阻尼比确定。地震影响系数α，是屡次地震作用下不同周期T，一样阻尼比ζ的理想简化的单质点体系的构造体系加速度与重力加速度之比。它是两项的乘积，即地震系数k〔地震动峰值加速度与重力加速度之比〕和构造体系加速度的动力系数β〔构造反响加速度与地震动最大加速度之比〕，即，α〔T〕=Sa〔T〕=k×β〔T〕，Sa〔T〕为加速度设计反响谱，k=a/g，为地震动峰值加速度，β〔T〕为动力系数。水平地震影响系数最大值应按表2-13采用；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表2-14采用，计算8、9度罕遇地震时，特征周期应增加0.05s。对于周期大于6.0s的建筑构造所采用的地震影响系数应专门研究；对于已编制抗震设防区划的城市，应允许按批准的设计地震动参数采用相应的地震影响系数。GB50011-2001给出的水平地震影响系数α是取阻尼比为0.05，利用动力系数β和地震系数k确定的。按二阶段设计要求，第一阶段进展构造抗震承载力与弹性变形验算时采用多遇烈度地震，其k值相当于抗震设防烈度〔根本烈度〕所对应k值的1/2.8。第二阶段进展构造弹塑性变形验算时采用罕遇烈度地震，其k值相当于抗震设防烈度〔根本烈度〕所对应k值的1.5~2.0倍〔烈度越高，k值越小〕。由此可推得GB50011-2001标准各设计阶段的αmax值。GB50011-2001抗震标准规定的地震影响系数曲线见图2-2。除有专门规定外，建筑构造的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状系数应符合以下规定：〔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〔αmax〕。〔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。2.6.2ASCE/SEI7-05的抗震设计反响谱ASCE/SEI7-05直接给出了设计地震加速度曲线的抗震设计反响谱见图2-3。美国标准抗震设计反响谱的应用：首先从ASCE/SEI7-05给出的地震地面运动最大加速度等值线图中查出短周期和1s周期的加速度值〔SS和S1〕；其次，考虑不同的场地分类，利用场地系数Fa、Fv对该值进展修正，Fa、Fv的关取值见表2-15~表2-16；最后，对该值乘以“2/3〞的系数，将“最大考虑地震〞下的地震反响谱加速度转换到设计地震水准下的地震反响谱加速度。具体的修正要求如下：〔1〕从地震地面运动最大加速度等值线图中，查得最大考虑地震下的短周期和1s周期加速度值SS和S1。〔2〕利用场地系数Fa、Fv进展修正，得到最大考虑地震下短周期和1s周期的反响谱加速度参数SMS、SM1：SMS=FaSS〔2-2〕SM1=FvS1〔2-3〕进展上述变换的原因是ASCE/SEI7-05中给出的地震地面运动最大加速度只适用于B类场地，对于其他场地情况需要引入场地系数Fa或Fv进展调整。〔3〕乘以“2/3〞的调整系数，得到设计地震水准下的反响谱加速度SDS、SD1：SDS=〔2/3〕SMS=〔2/3〕FaSS〔2-4〕SD1=〔2/3〕SM1=〔2/3〕FvS1〔2-5〕进展上述变换的原因是ASCE/SEI7-05中的地震地面运动最大加速度等值线图是根据50年超越概率为2%的地震给出的地面运动加速度最大值，但ASCE/SEI7-05规定的设计地震为50年超越概率为10%的地震，因此，抗震设计时，需要对ASCE/SEI7-05给出的地震地面运动最大加速度等值线图的加速度值进展折减，即要乘以〔2/3〕的系数，从而得到ASCE/SEI7-05规定的设计地震条件下的设计反响谱加速度。在形式上，ASCE/SEI7-05的抗震设计反响谱与GB50011-2001的抗震设计反响谱曲线类似，同样分为四个阶段：〔1〕上升段，当周期T小于T0时，设计反响谱加速度Sa应按式〔2-6〕计算：Sa=SDS〔0.4+0.6T/T0〕〔2-6〕〔2〕水平段，当周期T大于等于T0，小于等于TS时，设计反响谱加速度Sa应取为SDS；〔3〕下降段之一，当周期T大于等于TS，小于等于TL时，设计反响谱加速度Sa应按式〔2-14〕计算：Sa=SD1/T〔2-7〕〔4〕下降段之二，当周期T大于TL时，设计反响谱加速度Sa应按式2-15计算：Sa=SD1TL/T2〔2-8〕构造根本周期T，应通过考虑构造特性和变形特点后采用恰当的分析方法得到。ASCE/SEI7-05规定构造的根本周期T不应超过表2-17给出的计算周期〔Cu〕的上限，同时构造的近似根本周期Ta可按式〔2-9〕计算。ASCE/SEI7-05同时规定在大多数条件下可以采用近似的根本周期Ta代替构造的根本周期T：〔2-9〕其中，hn—构造从底部到最高处的高度，单位ft；系数Ct和x参见表2-18。2.6.3中美标准抗震设计反响谱的比较抗震设计反响谱是计算地震作用的重要依据，GB50011-2001采用的设计反响谱以地震影响系数曲线的形式给出，ASCE/SEI7-05采用的设计反响谱以设计地震地面运动加速度曲线的形式给出。需要说明的是，虽然GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震设计反响谱的形式比较相似，但由于GB50011-2001的抗震设计反响谱采用的是经过调整后的相当于“小震〞条件下的地震影响系数曲线，而ASCE/SEI7-05的抗震设计反响谱采用的是相当于我国“中震〞条件下的设计地震加速度反响谱曲线，在进展反响谱加速度值比较时，应注意统一比较标准。〔1〕反响谱曲线根本规定的比较为便于对反响谱曲线的根本规定进展比较，现将GB50011-2001与ASCE/SEI7-05标准抗震设计反响谱所考虑的各种因素总结于表2-19。由表2-19可以看出，GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震设计反响谱曲线具有一样的特征，都是由直线上升段、水平段和下降段组成，但差异也很明显。具体表现在：①反响谱最长周期。GB50011-2001抗震设计反响谱规定的最长周期为6s，对于超高层建筑、大跨桥梁、海洋平台以及大型储油罐等自振周期有可能超过6s的构造，GB50011-2001规定其地震影响系数应专门研究。ASCE/SEI7-05给出了长周期限值TL。②特征周期。GB50011-2001的水平段起始周期取为定值0.1s，终止周期Tg根据设计地震分组与场地类别确定。ASCE/SEI7-05的水平段起始周期T0和终止周期TS都随着场地影响系数Fa、Fv以及地震动参数的取值SS、S1的变化而变化。③设计反响谱曲线下降段。反响谱曲线下降段与反响谱加速度、阻尼比及场地类别有关。GB50011-2001采用衰减指数γ考虑这种关系，但衰减指数γ却只与阻尼比有关；ASCE/SEI7-05的衰减指数为常数1.0，但其提供了与场地类型有关的1s周期反响谱加速度设计值，以考虑反响谱下降段的衰减过程。〔2〕场地分类对反响谱影响的比较地震时场地的最大地面运动加速度与场地类别有关，通过地类别对抗震设计反响谱影响的比较示意图〔图2-4〕可以看出：①GB50011-2001标准只考虑了场地类别对特征周期的影响，而未考虑场地类型对反响谱加速度最大值的影响，因此在一样抗震设防烈度条件下，GB50011-2001的抗震设计反响谱只是随场地类型从I类到IV类的变化，反响谱曲线的平台宽度逐渐增大。②ASCE/SEI7-05采用如下的方法考虑不同的场地类型对反响谱加速度最大值的影响：以B类场地的反响谱加速度为基准，用该加速度值乘以一个场地系数〔根据不同的场地分类以及地面运动加速度最大值SS确定〕，以考虑不同场地类型的影响，针对不同类型的场地，不仅反响谱曲线的平台宽度不同，而且反响谱加速度最大值也会随着场地类型的改变而变化。可见，ASCE/SEI7-05在考虑场地类型对抗震设计反响谱的影响方面，比GB50011-2001更为全面。〔3〕反响谱值的比较为量化地比较GB50011-2001与ASCE/SEI7-05抗震设计反响谱的差异，考虑中等场地类型，阻尼比为0.05的条件，并参考表2-2给出的中国抗震设防烈度与ASCE/SEI7-05中地震地面运动最大加速度值的对应关系，对两本标准的抗震设计反响谱值进展比较，并采用MATLAB软件，作出不同抗震设防烈度〔或地震地面运动最大加速度〕条件下，GB50011-2001与ASCE/SEI7-05抗震设计反响谱的比较图，如图2-5~图2-9所示，比较条件见表2-20。通过上述比较可以看出：①对于中等场地类型，阻尼比为0.05的条件，GB50011-2001与ASCE/SEI7-05的反响谱峰值均随着抗震设防烈度〔或地震地面运动最大加速度〕的提高而增加。在各种设防烈度〔或地震地面运动最大加速度〕条件下，GB50011-2001标准的反响谱峰值均低于ASCE/SEI7-05的反响谱峰值〔偏低约55.6%~15.3%〕，反响谱峰值的差距随着抗震设防烈度的提高而逐渐缩小，见表2-21。②由于GB50011-2001的抗震设计反响谱的纵坐标为无量纲的地震影响系数，而ASCE/SEI7-05的抗震设计反响谱的纵坐标为设计反响谱加速度，在进展比较时，统一将反响谱的纵坐标调整为反响谱加速度，单位为g；③ASCE/SEI7-05在第22章中直接给出了TL区划图，按地理位置大致分为4s、6s、8s、12s以及16s，在本次比较中TL取其中位数，即TL=8s。需要说明的是：①GB50011-2001的设计反响谱是考虑多遇地震〔50年超越概率63.2%〕条件下的反响谱，而ASCE/SEI7-05的设计反响谱是考虑设计地震〔50年超越概率10%〕条件下的反响谱，因此在比较中，需要将GB50011-2001的反响谱值进展调整〔即纵坐标取GB50011-2001的根本烈度地震条件下的加速度取值〕，以ASCE/SEI7-05设计地震条件下的反响谱为基准，保证比较起点一致。②在各种设防烈度〔或地震地面运动最大加速度〕条件下，GB50011-2001的反响谱平台段长度略长于ASCE/SEI7-05的反响谱平台段长度，差距随设防烈度的提高逐渐缩小，见表2-21。

③在各种设防烈度〔或地震地面运动最大加速度〕条件下，在短周期段，GB50011-2001的反响谱值均小于ASCE/SEI7-05的反响谱值，随着周期的增大，由于GB50011-2001反响谱下降指数较小，使得GB50011-2001的反响谱值在中长周期段逐渐接近并超过ASCE/SEI7-05的反响谱值。2.7构造抗震设计的原那么和方法的比较中美标准均是采用的概率极限状态设计原那么和分项系数设计表达式进展抗震设计。但应注意到与GB50011-2001采用两阶段设计步骤来实现三水准的设防目标不同，ASCE/SEI7-05标准只针对设计地震〔相当于我国的中震〕条件，采用单一阶段设计步骤实现其设防目标，考虑构造的弹塑性性能〔通过引入构造反响调整系数R表达构造的延性，该系数主要通过经历，根据不同构造类型的延性要求确定〕，进展截面抗震承载力验算和抗震变形验算。〔1〕GB50011-2001构造抗震分析的原那么和方法GB50011-2001采用两阶段设计步骤来实现三水准的设防目标：1〕第一阶段设计为小震下的截面抗震承载力验算，必要时验算小震下的弹性变形，即取第一水准的地震动参数，计算构造的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，按分项系数设计表达式进展构造构件的截面抗震承载力验算，这样既满足了在第一水准下具有必要的承载力可靠度，又满足了第二水准下损坏可修的目标；2.7.1构造抗震分析的原那么和方法的比较2〕第二阶段设计为大震下的弹塑性变形验算。对于大多数构造，可只进展第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设防要求；对于有特殊要求建筑、地震时易倒塌的构造以及有明显薄弱层的不规那么构造，除应进展第一阶段设计外，还应进展构造薄弱部位的弹塑性变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准设防要求。GB50011-2001关于构造抗震分析的原那么和方法的具体规定如下：1〕除本标准特别规定者外，建筑构造应进展多遇地震作用下的内力和变形分析，此时，可假定构造与构件处于弹性工作状态，内力和变形分析可采用线性静态计算方法或线性动力方法。多遇地震作用下的内力和变形分析是GB50011-2001对构造地震反响、截面抗震承载力验算和变形验算最根本要求。不规那么且具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破坏的建筑构造，应按本标准有关规定进展罕遇地震作用下的弹塑性变形分析〔即非线性分析〕。此时，可根据构造特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。考虑到非线性分析的难度较大，GB50011-2001只限于对特别不规那么并具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏，特别是有严重的变形集中可能导致地震倒塌的构造，应进展罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。GB50011-2001推荐了两种非线性分析方法：静力的非线性分析〔推覆分析〕和动力非线性分析〔弹塑性时程分析〕。静力的非线性分析是：沿构造高度施加按一定形式分布的模拟地震作用的等效侧力，并从小到大逐步增加侧力的强度，使构造由弹性工作状态逐步进入弹塑性工作状态，最终到达并超过规定的弹塑性位移。这是目前较为实用的简化弹塑性分析技术，比动力非线性分析节省计算工作量，但也有一定使用局限性和适用性，对计算结果需要工程经历判断。2〕动力非线性分析，即弹塑性时程分析，是较为严格的分析方法，需要较好的计算机软件和很好的工程经历判断才能得到有用的结果，是难度较大的一种方法。GB50011-2001还允许采用简化的弹塑性分析技术，如钢筋混凝土框架等的弹塑性分析简化方法。〔2〕ASCE/SEI7-05构造抗震分析的原那么和方法ASCE/SEI7-05规定构造抗震设计采用单一阶段设计法，主要针对设计地震进展抗震验算。抗震分析采用弹塑性反响谱理论，通过构造反响调整系数〔ResponseModificationCoetficient〕R考虑不同构造类型的延性性能，假定构造处于弹塑性工作状态，内力和变形分析可采用线性静力计算方法、线性动力计算方法或非线性动力计算方法；对于抗震设防类别为D、E、F类，表2-10规定的其他情况的构造不应采用线性静力计算方法进展内力和变形分析。除了根据构造体系类型本身的延性性能区分相应的构造反响调整系数R值外，如承重墙体体系、框架体系、抗弯框架体系、双重构造体系、框架-剪力墙构造体系，ASCE/SEI7-05还对同一构造类型设定了几个不同的延性等级：“普通〔Ordinary〕〞、“中等〔Intermediate〕〞、“特殊〔Special〕〞由不同的设计参数和抗震措施保证此三个等级构造的延性性能依次递增，三者的构造反响调整系数R依次增大，设计地震作用依次降低。抗震设计时，设计者可以选用不同的延性等级，对于强震区〔相当于我国8度半与9度地区〕只能使用“特殊〞等级，对中震区〔约相当于我国7度至8度地区〕可以选用“特殊〞或“中等〞等级，对低震区〔相当于我国6、7度地区〕可以三者任选。构造反响调整系数R是对构造延性性能和其超过设计强度后的性能的定量表达，主要根据类似构造在以往地震中的表现，通过经历确定。作为例如，表2-22给出ASCE/SEI7-05中主要与钢构造有关的C类构造体系的构造反响调整系数R。R较高意味着构造延性要求较高，相应的设计地震作用的折减也较多。GB50011-2001与ASCE/SEI7-05在构造抗震分析原那么方面的最大差异是所考虑的地震作用条件不同，GB50011-2001分别考虑的是“小震〞条件下与“大震〞条件下的构造抗震分析，而ASCE/SEI7-05考虑的是在设计地震〔相当于我国的中震〕条件下的构造抗震分析。〔1〕GB50011-2001的重力荷载取值及组合值系数GB50011-2001的重力荷载取值及组合值系数见表2-23。2.7.2重力荷载取值及组合值系数的比较〔2〕ASCE/SEI7-05的重力荷载取值及组合值系数ASCE/SEI7-05的重力荷载取值及组合值系数见表2-24。由表2-23与表2-24可以看出，GB50011-2001的重力荷载取值水平比ASCE/SEI7-05略大。〔1〕GB50011-2001规定，构造构件的地震作用效应和其他荷载效应的根本组合，应按下式计算：S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψwγwSwk〔2-10〕式中，S—构造构件的地震作用效应组合设计值；γG—重力荷载分项系数，一般情况一般情况应采用1.2，当重力荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于1.0；2.7.3地震作用效应组合的比较γEh、γEv—分别为水平和竖向地震作用分项系数，应按表2-27采用；γw—风荷载分项系数，应采用1.4；SGE—重力荷载代表值的效应，有吊车时，尚应包括悬吊物重力标准值的效应；SEhk—水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；SEvk—竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；Swk—风荷载标准值的效应；ψw—风荷载组合值系数，一般构造取0.0，风荷载起控制作用的高层建筑应采用0.2。GB50011-2001给出的需要计算竖向地震作用的条件是：抗震设防烈度为9度时的高层建筑；抗震设防烈度为8度和9度时的大跨度和长悬臂构造。GB50011-2001的条文说明中指出：在设防烈度的地震作用下，构造构件承载力的可靠指标β是负值，难于按GB50068-2001分析，GB50011-2001第一阶段的抗震设计取相当于众值烈度下的弹性地震作用作为额定指标，此时的设计表达式可按GB50068-2001处理。关于地震作用分项系数，GB50011-2001的条文说明中指出，在众值烈度下的地震作用，应视为可变作用而不是偶然作用。这样，根据GB50068-2001确定直接作用〔荷载〕分项系数的方法，通过综合比较，GB50011-2001对水平地震作用，确定γEh=1.3，至于竖向地震作用分项系数，那么参照水平地震作用，也取γEv=1.3。当竖向与水平地震作用同时考虑时，根据加速度峰值记录和反响谱的分析，二者的组合比为1：0.4，故此时γEh=1.3，γEv=0.4×1.3≈0.5。〔2〕ASCE/SEI7-05规定，对于地震作用效应组合，按照荷载抗力系数设计法进展设计时，考虑恒荷载对构造不利的情况，应按下式计算：U=1.2D+1.0E+L+0.2S〔2-11〕考虑恒荷载对构造有利的情况，应按下式计算：U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-12〕其中，U—所需强度〔荷载效应组合值〕；D—恒荷载标准值的效应；L—活荷载标准值的效应；S—雪荷载标准值的效应；H—侧向土压力或侧向水压力的效应；E—地震荷载标准值的效应。当按式〔2-11〕计算时取E=Eh+Ev，当按照式〔2-12〕计算时取E=Eh-Ev；Eh为水平地震作用效应，Ev为竖向地震作用效应；Eh=QE，为可靠性系数，QE为水平地震作用效应〔根据设计基底剪力V计算〕；Ev=0.2SDSD，SDS为短周期设计反响谱加速度参数，根据ASCE/SEI7-05给出的抗震设计反响谱计算，当SDS小于或等于0.125时，或采用式〔2-12〕进展荷载效应组合时，可以不考虑竖向地震作用。ASCE/SEI7-05关于可靠性系数的规定如下：可靠性系数是考虑构造体系赘余性和可靠性的系数，在以下情况应取为1.0：①抗震设防类别为B类和C类的构造；②侧移计算以及考虑P-Δ效应时；③非构造构件的设计；④非建筑类构造的设计；⑤考虑地震力放大系数的连接组件的接头设计；⑥要求采用地震力放大系数的接头设计；⑦计算楼层水平分布力时；⑧效能减震构造体系的设计。对于抗震设防类别为D、E、F类的构造，一般情况下应取为1.3，但以下两类情况可取为1.0：①每一个楼层都需要抵抗超过35%的基底剪力的情况；②构造所有楼层的平面规那么，并且在任一楼层的任一方向的抗侧力体系至少有两个开间都需要抵抗超过35%的基底剪力的情况。与中国标准相比，在地震作用效应组合方面的主要差异是：①美国标准在计算地震力时，水平地震作用和竖向地震作用总是同时考虑的。而中国标准只有8度和9度时的大跨构造、长悬臂构造、烟囱和类似高耸构造以及9度时的高层建筑，才考虑竖向地震作用。②美国标准还引入了考虑构造体系赘余性和可靠性的可靠性系数。地震作用分项系数那么随的变化而变化。〔1〕GB50011-2001采用概率极限状态设计原那么，按分项系数设计表达式进展设计。GB50011-2001截面的抗震承载力验算针对小震条件〔50年超越概率为63.2%的地震〕采用概率极限状态设计原那么，按分项系数设计表达式进展设计：S≤R/γRE〔2-13〕式中：S—构造构件的地震作用效应组合设计值；R—构造构件承载力设计值；γRE—承载力抗震调整系数，除GB50011-2001另有2.7.3截面抗震承载力验算的比较规定外，应按表2-26采用。当仅计算竖向地震作用时，各类构造构件承载力抗震调整系数均宜采用1.0。GB50011-2001的条文说明中指出：构造在设防烈度下的抗震验算根本上应该是弹塑性变形验算，但为减少计算工作量并符合设计习惯，对大局部构造，将变形验算转换为众值烈度地震作用下构件承载力验算的形式来表现。按照GB50068-2001?建筑构造可靠度设计统一标准?的原那么，89标准与78标准在众值烈度下有根本一样的可靠指标，GB50011-2001略有提高。基于此前提，在确定地震作用分项系数的同时，那么可得到与抗力标准值Rk相应的最优抗力分项系数，并进一步转换为抗震的抗力函数〔即抗震承载力设计值RdE〕，使抗力分项系数取1.0或不出现。现阶段大局部构造构件截面抗震承载力验算时，采用了各有关标准的承载力设计值Rd，因此，抗震设计的抗力分项系数，就相应地变为承载力设计值的抗震调整系数γRE，即γRE=Rd/RdE或RdE=Rd/γRE。〔2〕ASI/AISC341-05按照美国钢构造设计标准ANSI/AISC360-05的规定，既可采用荷载抗力系数设计法LRFD，也可采用容许应力设计法ASD。LRFD法与中国标准的一样，也是采用概率极限状态设计原那么，按分项系数设计表达式进展设计；ASD法为传统的单一平安系数的容许应力设计法，ASD与LRFD的平安度设置水平大体一样，设计人员可在两种方法中选择其一进展设计，但不能混用。1〕ANSI/AISC360-05的设计表达式LRFD：设计强度≥需要强度〔2-14〕或φRn≥UL〔2-15〕ASD：容许强度≥需要强度〔2-16〕或ΩRn≥UA〔2-17〕其中，φ为抗力系数；UL为考虑荷载分项系数后的荷载效应组合设计值，即需要强度；Ω为平安系数；UA为利用ASD法确定的荷载组合计算得到的需要强度。Rn为名义强度。有关φ及Ω的取值如表2-27所示。ANSI/AISC360-05建立了同类构件的强度折减系数Ω〔ASD〕与抗力分项系数Φ〔LRFD〕之间的关系：

〔2-18〕1〕LRFD与ASD的目标可靠指标β通过可靠度校准分析，LRFD与ASD对应的目标可靠指标β的要求见表2-28。2〕ANSI/AISC360-05的荷载组合根据ASCE/SEI7-05的规定，ANSI/AISC360-05采用的荷载组合见表2-293〕LRFD与ASD的平安度设置水平的比较以轴心受拉构件为例加以说明。用LRFD设计，抗力系数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，轴心受拉构件的平安系数为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，那么有：1.4D=0.90Rn〔2-24〕1.56D=Rn〔LRFD〕〔2-25〕 〔2-26〕上述公式计算结果的比较见图2-10。由图2-10可以看出：当ρQ<3.0时，采用LRFD法进展设计较为经济，或者说采用ASD法进展设计那么显得过于保守；在ρQ=3.0时，ASD与LRFD的相当平安系数相等；在ρQ>3.0时，LRFD比ASD的相当平安系数要稍大，但两者差距不大，采用LRFD进展设计更为合理。〔3〕GB50011-2001以及ANSI/AISC341-05进展抗震验算的水准不同，GB50011-2001针对的是“小震〞条件下的抗震承载力验算，而ANSI/AISC341-05针对的是相当于我国标准“中震〞条件下的抗震承载力验算。〔1〕GB50011-2001关于抗震变形验算的规定1〕以下构造如钢筋混凝土框架、钢筋混凝土框架-剪力墙、板柱-剪力墙、框架-核心筒、钢筋混凝土抗震墙、筒中筒、钢筋混凝土框支层、多高层钢构造应进展多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移应符合GB50011-2001的规定。GB50011-2001的条文说明中指出：弹性变形验算属于正常使用极限状态的验算，各作用分项系数均取1.0。钢筋混凝土构造构件的刚度，2.7.5抗震变形验算一般可取弹性刚度；当计算的变形较大时，宜适当考虑截面开裂的刚度折减，如取0.85EcI0。2〕构造在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算，应符合以下要求：以下构造应进展弹塑性变形验算：①8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；②7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架构造；③高度大于150m的钢构造；④甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土构造和钢构造；⑤采用隔震和消能减震设计的构造。以下构造宜进展弹塑性变形验算：①高度超限且竖向不规那么的高层建筑构造；②7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土构造和钢构造；③板柱-抗震墙构造和底部框架砖房；④高度不大于150m的高层钢构造。〔2〕ASCE/SEI7-05抗震变形验算的规定ASCE/SEI7-05在抗震变形验算的规定方面，以许用楼层位移Δa为控制变量，给出了设计地震条件下的抗震变形验算标准，见表2-30。注：a：hsx为x层的楼层高度；b：抗震设防类别为D、E、F类的由单一抗弯框架构成的抗侧力体系，其许用楼层位移还应满足如下要求，即任一楼层的设计楼层位移Δ，不应超过Δa/；〔即前文所述的可靠性系数〕c：没有位移限制的带有填充墙、隔墙、吊顶、围护墙的单层构造，应按此楼层位移进展设计；d：由砌体剪力墙组成的根本构造体系，该剪力墙按照从根底伸出的竖向悬臂构造设计，即剪力墙上的弯矩不能忽略的情况。在抗震变形验算方面，根据GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05的相关规定，相关比较结论如下：①GB50011-2001给出了构造在“小震〞条件下，采用楼层内最大弹性层间位移的控制指标，进展抗震变形验算的标准，以及“大震〞条件下，采用弹塑性层间位移的控制指标，进展薄弱层的弹塑性变形验算的标准；②ASCE/SEI7-05在设计地震条件下，针对不同构造形式及建筑用途分类〔I类~IV类〕，采用许用楼层位移的控制指标，给出了构造抗震变形验算标准。地震作用的计算方法主要分为静力计算方法和动力计算方法两类，其中底部剪力法〔ASCE/SEI7-05称为“等效侧向力法〞〔EquivalentLateralForceProcedure〕〕是常用的水平地震作用的静力计算方法，也是GB50011-2001与ASCE/SEI7-05推荐采用的水平地震作用的计算方法之一。GB50011-2001规定，底部剪力法适用于高度不超过40m以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的构造，以及近似于单质点体系的构造，而ASCE/SEI7-05等效侧向力法的适用于抗震设防类别为B、C类的所有构造以及抗震设防类别为D、E、F类的构造。3中美抗震标准水平地震作用取值的比较本章拟在统一的“小震〞条件下，对GB50011-2001与ASCE/SEI7-05标准的水平地震作用取值进展比较。3.1中美标准水平地震作用的计算方法3.1.1GB50011-2001水平地震作用的计算方法GB50011-2001规定底部剪力法适用于高度不超过40m以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的构造，以及近似于单质点体系的构造，底部剪力法的计算公式为：FEk=α1Geq〔3-1〕式中：FEk—构造总水平地震作用标准值；α1—相应于构造根本自振周期的水平地震影响系数，多层砌体房屋、底层框架和多层内框架砖房，可取水平地震影响系数最大值；Geq—构造等效总重力荷载，单质点取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的0.85，即对于多质点体系，式3-1应变为FEk=0.85α1Geq。水平地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和构造自振周期以及阻尼比确定。水平地震影响系数α1针对“小震〞条件和“大震〞条件分别给出，其最大值αmax应按表3-1采用，其他值应按照图3-1所示的地震影响系数曲线确定；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表3-2采用，计算8、9度罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。ASCE/SEI7-05规定的水平地震作用的静力计算方法为等效侧向力法〔EquivalentLateralForceProcedure〕，除抗震设防类别为D、E、F类的复杂构造外，均可采用该方法计算地震作用。计算的设计基底剪力相当于GB50011-2001的构造总水平地震作用，设计基底剪力V应按照下式计算：V=CS·W〔3-2〕式中，CS—为地震反响系数，应按式〔3-3〕计算；W—为等效重力荷载，取值见表2-28。CS=SDS/〔R/I〕〔3-3〕3.1.2ASCE/SEI7-05水平地震作用的计算方法式中，SDS—为短周期设计反响谱加速度参数；R—为构造反响调整系数，取值见表2-22；I—为抗震重要性系数，取值见表2-8。ASCE/SEI7-05规定CS不应超过式〔3-4〕和式〔3-5〕规定的限值：CS≤SD1/T〔R/I〕当T≤TL时〔3-4〕CS≤SD1TL/T2〔R/I〕当T>TL时〔3-5〕式中，T—构造根本周期；TL—长周期限值，取值参见ASCE/SEI7-05第22章中TL分布图；SD1—周期为1秒的设计反响谱加速度参数。同时CS不应小于0.01，对位于S1大于0.6g地区的构造，CS不应小于0.5S1/〔R/I〕。比较式〔3-1〕与式〔3-2〕，GB50011-2001与ASCE/SEI7-05采用底部剪力法〔等效侧向力法〕计算水平地震作用时，计算公式的形式是一致的，主要涉及4个关键参数〔α1、Geq与CS、W〕，作为水平地震作用取值比较的前提，现对这些参数进展简要分析。〔1〕对于等效重力荷载〔Geq或W〕的取值，在进展水平地震作用取值的比较分析方面，为使问题简化，可假定GB50011-2001与ASCE/SEI7-05的等效重力荷载取值水平根本一致；3.1.3水平地震作用计算公式相关参数的分析〔2〕GB50011-2001的水平地震影响系数α1，针对“小震〞条件和“大震〞条件分别给出，一般情况下应按照图3-1的地震影响系数曲线确定，水平地震影响系数最大值αmax应按表3-1采用；〔3〕ASCE/SEI7-05的地震反响系数CS，针对设计地震〔相当于我国标准的中震〕条件给出，考虑短周期设计反响谱加速度参数SDS、构造反响调整系数R、抗震重要性系数I计算得到。其中设计反响谱加速度参数SDS的取值和构造反响调整系数R的取值及抗震重要性系数I的取值见前述；〔4〕GB50011-2001的水平地震影响系数α1与ASCE/SEI7-05的地震反响系数CS各针对不同的地震作用条件给出，在进展相关比较时，应注意统一比较标准。〔1〕假定GB50011-2001与ASCE/SEI7-05标准进展水平地震作用计算所考虑的重力荷载取值是根本一样的。〔2〕GB50011-2001的水平地震影响系数α1针对“小震〞和“大震〞条件分别给出，ASCE/SEI7-05的地震反响系数CS针对设计地震条件给出，为了保证水平地震作用取值比较3.2中美标准水平地震作用取值的比较分析〔2〕GB50011-2001的水平地震影响系数α1针对“小震〞和“大震〞条件分别给出，ASCE/SEI7-05的地震反响系数CS针对设计地震条件给出，为了保证水平地震作用取值比较的起点一致，需要对ASCE/SEI7-05水平地震作用的计算结果乘以“1/2.8〞的系数，相应选取GB50011-2001小震条件下的水平地震影响系数α1，以保证GB50011-2001与ASCE/SEI7-05标准的水平地震作用取值在相当于我国“小震〞条件下进展比较。〔3〕本章选取GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05两本标准规定的，相当于GB50011-2001小震条件下的水平地震作用最大值进展比较分析。考虑GB50011-2001抗震设防烈度为7度~9度，抗震设防类别为丙类，场地类别为II类的条件，相应ASCE/SEI7-05的短周期地震地面运动最大加速度SS为0.55g~1.58g，〔见表3-3〕，建筑用途分类为II类，场地类别为D类的条件，以及抗弯框架体系中3种有代表性的构造体系：特殊的钢抗弯框架、中等的钢抗弯框架、普通的钢抗弯框架。两本标准的水平地震作用取值的比较计算条件见表3-4。按照前述计算条件，分别计算GB50011-2001与ASCE/SEI7-05标准的水平地震作用，计算结果见表3-5。前面已假定GB50011-2001与ASCE/SEI7-05的等效重力荷载取值水平根本一致，即Geq=W，进而得到图3-2。由表3-5及图3-2可以看出：〔1〕在统一的“小震〞条件下，GB50011-2001的水平地震作用取值明显大于ASCE/SEI7-05的水平地震作用取值，随着抗震设防烈度〔或短周期地震地面运动最大加速度〕的提高，差距逐渐增大。抗震设防烈度为7度〔0.10g〕时，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大44.4%；抗震设防烈度为7度〔0.15g〕时，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大51.0%；抗震设防烈度为8度〔0.20g〕时，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大58.8%；抗震设防烈度为8度〔0.30g〕时，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大67.2%；抗震设防烈度为9度〔0.40g〕时，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大71.7%。〔2〕本文只针对水平地震作用峰值进展了比较，假设考虑不同特征周期构造的水平地震作用取值，特别是考虑长周期构造的水平地震作用取值时，所得结论会有一些变化。

分别运用中美抗震标准对某20层中心支撑钢框架构造进展设计分析，该建筑位于北京某地区，设防烈度为8度，地面设计加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，场地类别为III类，特征周期Tg为0.25s。构造详细信息见表4-1所示。4.1根本计算参数4.1.1设计条件4中美钢构造抗震设计标准平安度设置水平的比较为初步反映中美钢构造抗震设计标准平安度设置水平，拟分别利用中美标准对某中心支撑钢框架构造进展分析。表4-1构造计算模型简介为便于比较，美国标准取建筑的重要性系数为1.0；中国标准取建筑的设防类别为丙类，地震作用和抗震措施均按本地区设防烈度进展设计。4.1.2构造重要性的统一如前所述，中美两国抗震标准的场地土类别对应关系如表4-2所示。由于该建筑位于北京某地区的场地类别为Ⅲ类，对应美国标准的场地类别为D类。4.1.3场地类别的统一表4-2两国标准等效剪切波速与场地类别划分比照4.1.4地震作用参数的统一如前所述，中国地震分区与ASCE/SEI7-05中的谱加速度值〔g〕存在一定对应关系，表4-3为场地类别为III类条件下〔对应美国标准的场地类别为D类〕，中国地震分区在ASCE/SEI7-05中的谱加速度值〔g〕。从表中可以看出，对应设防烈度为8度，地面设计加速度为0.2g，设计地震分组为第一组的条件下。相应在ASCE/SEI7-05中的短周期反响谱加速度SS及1s周期反响谱加速度S1分别为1.04g和0.28g。美国“最大考虑地震〞Ss的50年超越概率为2%，地震重现期为2475年，这与中国标准大震的重现期相当。在设计时，“最大考虑地震〞地面运动加速度乘以2/3，折减至“设计地震〞水平，其地震水平对应的50年超越概率为5%～10%，与中国标准的中震水平大致相当。最后根据不同构造的延性考虑构造反响调整系数R，ASCE/SEI7-05再次对地震作用折减后进展构造设计。中国标准按中震烈度(50年超越概率10%)对全国进展地震危害程度划分，然后折减大约1.55度至小震(50年超越概率63.2%)水平进展构造设计。ASCE/SEI7-05通过场地调整系数反映场地土软硬对构造地震作用的影响，该建筑位于北京某地区的场地类别为III类，结合表4-1可知，对应美国标准的场地类别为D类。查表4-4和表4-5，D类场地系数Fa和Fv分别为1.1和1.6。由此得到本算例中对应的短周期反响谱加速度SDS和1s周期反响谱加速度设计值SD1分别为SMS=FaSs=1.1×1.04g=1.14g〔4-5〕SM1=FvS1=1.6×0.28g=0.45g〔4-6〕SDS=2/3SMS=2/3×1.14g=0.76g〔4-7〕SD1=2/3SM1=2/3×0.45g=0.30g〔4-8〕图4-2为ASCE/SEI7-05的抗震设计反响谱曲线，在按上述计算得到SDS和SD1后，对应图4-2可以确定相应其它与抗震设计反响谱曲线有关的参数，如T0、TS等。4.1.5构造延性的统一美国ASCE/SEI7-05把地震作用折减至设计地震水平以后，还要按照构造的延性和耗能能力再进展一次折减。一般来说，构造延性等级可分为普通(Odinary)、中等(Intermediate)和特殊(Special)三个等级，这三者代表构造的延性和耗能能力依次增强。美国标准允许设计人员通过一定的抗震构造措施，对同一构造类型实现不同的延性水平。表4-6是局部钢构造建筑的反响修正系数。中国标准直接按照“小震〞地震烈度进展弹性设计。“小震〞地震烈度相当于通过“中震〞地震烈度除以统一的折减系数C得到，C值约为2.8。中国标准没有延性等级的划分，从对构造延性的要求和构造的构造措施看，中国的构造体系与美国的普通抗弯构造体系相近。应该指出，ASCE/SEI7-05规定直接按照设计地震条件〔与我国“中震〞水准相当〕计算地震作用，为了保证水平地震作用取值的起点一致，需要对ASCE/SEI7-05水平地震作用的计算结果乘以“1/2.8〞的系数，以保证地震作用相当于在我国标准的“小震〞条件下进展设计。

综上，在本算例中采用美国标准计算得到的地震反响系数最大值Cs〔相当于我国标准的水平地震影响系数最大值αmax〕为Cs=1/2.8SDS/〔R/I〕=1/2.8×0.76/〔5/1.0〕=0.054〔4-9〕依据GB50011-2001标准规定设防烈度为8度且地面设计加速度为0.2g时的地震影响系数最大值αmax为0.16g。4.2两国标准地震作用计算结合上述根本计算参数，对本算例按照两国标准分别进展地震作用计算，计算结果见图4-3；同时给出当其它条件不变，该建筑处于坚硬场地下〔对应我国标准为I类场地，对应美国标准为B类场地〕时，采用两国标准得到的中心支撑抗弯框架层间剪力值，计算结果见图4-4。从以上数据可以看出：1〕软弱场地条件下，利用美国标准计算的普通中心支撑抗弯框架的地震总剪力相当于中国标准计算值的22%。2〕坚硬场地条件下，利用美国标准计算的普通中心支撑抗弯框架地震总剪力相当于中国标准计算值的13.5%。3〕按中国标准计算结果，对此20层中心支撑框架建筑，III类场地地震总剪力比I类场地计算结果增长约22%，而按美国标准计算的D类场地的地震总剪力比B类场地计算结果增长约83%，远远超过中国标准计算结果的增幅。4〕从计算结果看，场地土变软后，两国标准计算的地震力均增大，但美国标准计算结果相对中国标