中美混凝土抗震设计规范对比

中美混凝土抗震设计标准比照中美混凝土抗震设计标准比照系所：专业：学号：姓名：指导教师：目录1概述 32荷载组合 42.1中国标准荷载组合 42.1.1承载能力极限状态的荷载组合 42.1.2正常使用极限状态的荷载组合 52.2美国标准荷载组合 62.1.1承载能力极限状态的荷载组合 62.1.2正常使用极限状态的荷载组合 72.3中美荷载组合比照 73抗震设计根本原那么 83.1抗震设防目标和水准 83.1.1我国抗震设防目标和水准 83.1.2美国抗震设防目标和水准 83.1.3中美抗震设防目标和水准比照 93.2建筑设计和建筑结构的规那么性 93.2.1我国建筑设计和建筑结构的规那么性 103.2.2美国建筑设计和建筑结构的规那么性[5] 113.1.3中美建筑设计和建筑结构的规那么性比照 134抗震设计方法 134.1我国抗震设计方法 144.2美国抗震设计方法 144.3中美抗震设计方法比照 145抗震设计反响谱 155.1我国抗震设计反响谱 155.2美国抗震设计反响谱 165.3中美抗震设计反响谱比照 185.3.1反响谱处理比照 185.3.2反响谱曲线比拟 196地震作用计算方法 206.1地震作用计算方法的选定 206.1.1我国地震作用方法的选定 206.1.2美国地震作用方法的选定 216.1.3中美地震作用方法选定的比照 216.2底部剪力法〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕 216.2.1我国底部剪力法计算 226.2.2美国底部剪力法计算〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕 236.2.3中美标准底部剪力法计算比照 247结语 27参考文献 281概述近来我国在国际上承当的工程工程越来越多，很多国家和地区都要求采用美国标准设计，因此有必要学习美国标准，并了解美国标准与我国标准间的差异。本文比照了中美两国标准中关于荷载组合、抗震设计根本原那么〔主要比照抗震设防目标和水准、建筑设计和建筑结构的规那么性这两方面的内容〕、抗震设计方法这三方面的内容。比照的标准介绍如下：ASCE/SEI7-10：是按概率极限状态设计原那么和结构可靠度理论编制的，统一了美国各种结构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。UBC97：UniformBuildingCode,UBC——?统一建筑标准?是美国第一个带有建筑抗震内容的标准，第一版于1927年出版，由“国际建筑官员协会〞〔InternationalConferenceofBuildingOfficials，即ICBO〕出版发行，主要用于美国西部各州，是被广泛采用的标准之一。IBC-2023：IBC标准第一版于2000年公布，每三年修订一次，自此,其他3本通用标准便不再更新,IBC标准逐渐成为了美国全国唯一的通用建筑标准。IBC标准的公布与实施，取代了UBC、SBC和NBC等标准，从而使美国的新建建筑标准到达了统一。在抗震设计方面，IBC大多引用了ASCE7-10的内容。可以把IBC视为一个标准门户，由它通向各个专门标准。?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕：?建筑抗震设计标准?是中华人民共和国国家标准，由中华人民共和国住房和城乡建设部主编。按该标准进行抗震设计的建筑，其根本的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。?建筑结构荷载标准?〔GB50009-2023〕：?建筑结构荷载标准?也是中华人民共和国国家标准，由中华人民共和国住房和城乡建设部主编。该标准适用于建筑工程的结构设计，建筑结构设计中涉及的作用应包括直接作用(荷载)和间接作用，而该标准仅对荷载和温度作用作出规定，有关可变荷载的规定同样适用于温度作用。2荷载组合通过阅读美国标准?MinimumDesignLoadsforBuildingandOtherStructures?〔ASCE/SEI7-10〕和中国标准?建筑结构荷载标准?〔GB50009-2023〕、?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕关于荷载组合的规定，比照与分析中美荷载组合的异同，加深对中国标准荷载组合规定的理解，初步了解美国标准对荷载组合的相关规定。2.1中国标准荷载组合中国设计标准中的荷载组合是根据现行〔GB50009-2023〕、?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕的有关规定，结合建筑的自身特点制定的。标准给出的荷载组合表达式都是以荷载与荷载效应有线性关系为前提，并且要求建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的组合进行设计。2.1.1承载能力极限状态的荷载组合对于承载能力极限状态，应按荷载的根本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用以下设计表达式进行设计：式中：——结构重要性系数，应按各有关建筑结构设计标准的规定采用；——荷载组合的效应设计值；——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计标准的规定取值。根本组合荷载根本组合的效应设计值，应从以下荷载组合值中取最不利的效应设计值确定：1〕由可变荷载控制的效应设计值，按下式计算：式中：——第j个永久荷载的分项系数；——第i个可变荷载的分项系数；——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为主导可变荷载考虑设计使用年限的调整系数；——按第j个永久荷载标准值计算的荷载效应值；——按第i个可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；——第i个可变荷载的组合值系数；m——参与组合的永久荷载数；n——参与组合的可变荷载数。2〕由可变荷载控制的效应设计值，按下式计算：3〕根本组合的荷载分项系数，应按以下规定采用：a)永久荷载的分项系数应符合以下规定：eq\o\ac(○,1)当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取１1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1．35；

eq\o\ac(○,2)当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1．0。b)可变荷载的分项系数应符合以下规定：

eq\o\ac(○,1)对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1．3；

eq\o\ac(○,2)其他情况，应取1．4。c)对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应满足有关的建筑结构设计标准的规定。2、偶然组合中国标准指明对于偶然组合、偶然荷载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值；其次，对偶然设计状况，不必同时考虑两种偶然荷载；第三，设计时应区分偶然事件发生时和发生后的两种不同设计状况。2.1.2正常使用极限状态的荷载组合正常使用极限状态的结构设计主要是验算结构在正常使用条件下的变形、裂缝、沉降、振幅、加速度或应力等，并控制它们不超过限值，按下式进行设计：式中：C——结构或结构构件到达正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、沉降、振幅、加速度或应力等的限值，应按各有关建筑结构设计标准的规定采用。中国标准给出短期和长期两种效应的组合：当考虑短期荷载效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载的标准组合或频遇组合；当考虑长期荷载效应时，采用准永久组合。荷载标准组合的效应设计值应按下式计算：荷载频遇组合的效应设计值应按下式计算：荷载准永久组合的效应设计值应按下式计算：2.2美国标准荷载组合美国荷载标准关于荷载组合的规定也是基于一阶受力分析的根底上的，并且也要求结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。2.1.1承载能力极限状态的荷载组合1、根本组合美国标准给出了两种根本荷载组合，分别为极限强度设计的荷载组合〔Combiningfactorloadsusingstrengthdesign〕以及容许强度设计的荷载组合〔Combiningnominalloadsusingallowablestressdesign〕。这两种组合都可以用于结构强度验算，但需分别应用于不同的设计方法：荷载抗力系数设计法〔LRFD〕和容许应力设计法〔ASD〕。表1为美国的根本荷载组合的表达式：表1美国标准的荷载根本组合用于极限强度涉及到荷载根本组合用于容许强度设计的荷载根本组合1〕1.4(D+F)1〕D+F2)1.2(D+F+T)+1.6(L+H)+0.5(Lr或S或R)2)D+H+F+L+T3)1.2D+1.6(Lr或S或R)+(L或0.8W)3)D+H+F+(Lr或S或R)4)1.2D+1.6W+L+0.5(Lr或S或R)4)D+H+F+0.75(L或T)+0.75(Lr或S或R)5)1.2D+1.0E+L+0.2S5)D+H+F+(W或0.7E)6)0.9D+1.6W+1.6H6)D+H+F+0.75(W或0.7E)+0.75L+0.75(Lr或S或R)用于极限强度涉及到荷载根本组合用于容许强度设计的荷载根本组合7)0.9D+1.0E+1.6H7)0.6D+W+H8)0.6D+0.7E+H其中：D为恒荷载；L为活荷载；Lr为屋顶活荷载；S为雪荷载；R为雨水荷载；W为风荷载；E为地震荷载；F为有明确压力及高度峰值的流体荷载；H为由土、地下水或大量材料产生的压力；T为自应变荷载。偶然组合美国标准提出特殊情况的荷载组合〔Loadcombinationsforextraordinaryevents，即对应中国的偶然组合〕需要有适用的标准和标准或权威部门的规定，结构强度和稳定必须能够抵抗特殊情况的荷载效应如火灾、爆炸和冲击荷载。对于偶然设计状况，应采用偶然组合。美国标准仅在条文说明中给出了建议的组合形式，其中偶然荷载的荷载系数也是取1.0。2.1.2正常使用极限状态的荷载组合美国标准仅在附录中提及关于正常使用极限状态结构设计的一些要求，并在条文说明中给出了相应的组合形式。表2为美国标准的正常使用极限状态的荷载组合情况：表2美国标准的正常使用极限状态的荷载组合短期荷载效应的组合长期荷载效应的组合D+LD+0.5SD+0.5LD+0.5L+0.7W2.3中美荷载组合比照中国标准的荷载组合与美国标准的荷载组合在组合概念上是相似的，只是两国标准组合中的具体荷载系数有差异。例如：1〕中国标准中考虑地震荷载的组合时，风荷载的组合值系数，一般结构取0.0，风荷载起控制作用的建筑采用0.2，其中风荷载起控制作用指风荷载和地震作用产生的总剪力和倾覆力矩相当的情况，而美国荷载标准那么明确指出地震作用和风荷载可以不同时组合；2〕中国标准的荷载组合的设计值中采用了荷载分项系数的方式，荷载分项系数是根据荷载不同的变异系数和荷载的具体组合情况〔包括不同荷载的效应比〕，以及与抗力有关的分项系数的取值水平等因素确定的，而美国标准中未提出“荷载分项系数〞的概念，但根据表2美国标准的荷载根本组合，我们可以得到类似荷载分项系数的荷载系数。[1]3抗震设计根本原那么抗震设计的根本原那么包括抗震设防目标和水准、建筑抗震设防分类和设防标准、建筑设计和建筑结构的规那么性、结构体系、结构分析、隔震和消能减震设计、结构材料和施工等方面的要求。本文主要比照了中国标准和美国标准在抗震设防目标和水准、建筑设计和建筑结构的规那么性这两方面的异同。主要比照标准中：?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕、IBC-2023、UBC97。3.1抗震设防目标和水准3.1.1我国抗震设防目标和水准我国?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕〔以下称“10抗震标准〞〕仍旧采用“三水准设防目标，两阶段设计步骤〞的抗震设计思想，并明确规定“当遭到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要修理可继续使用；到遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需要修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的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。〞这个抗震设防目标，简称“小震不坏，中震可修，大震不倒〞。其中，多遇地震〔小震〕的烈度比根本烈度低1.55度，50年超越概率63％，重现期50年；设防烈度地震〔中震〕50年超越概率10％，重现期475年；罕遇地震〔大震〕烈度比大震高1度左右，50年超越概率2％～3％，重现期为1640年～2400年。3.1.2美国抗震设防目标和水准美国标准UBC97没有明确给出分层次的抗震设防目标,仅提出“抗震设防目标是防止结构倒塌和人身伤亡，而不是限制结构和保证结构功能〞。美国标准在2000年以前的?统一建筑标准?UBC系列中,一直是以50年超越概率10%的地震地面运动作为设计地震；在2000年以后的?国际建筑标准?IBC系列中,那么是以50年超越概率2%定义的最大考虑地震MCE(MaximumConsid-eredEarthquake)进行全国的地震动区划,并以最大考虑地震的2/3作为设计地震(大体上相当于50年超越概率为10%的地震)。美国标准虽然没有明确的分层次抗震设防目标,它以单一水准下的“大震〞(50年超越概率为2%的地震)作为代表,在进行实际抗震设计时用2/3的系数将其折减为接近于“中震〞的设计地震(50年超越概率为10%),再选择结构的不同延性等级来满足其抵抗各种水准地震的要求,即在总体上仍然表达了分层次设防的原那么。美国IBC-2023的抗震目标是“为设计、构建抵抗地震的建筑物提供最低标准〞[2]，其采用的基准设防地震作用可以归纳为以下几点：1、假设所有地区均采用50年超越概率10％的地震作用作为基准设防地震作用，将导致在强地震作用下，不同地区结构倒塌的风险存在明显差异，2、采用2/3的最大考虑地震作用作为基准设防地震作用保证了在全国范围内，结构在所考虑的最大地震作用下具有大致相同的倒塌风险；3、所考虑的最大地震作用，在美国中部和东部地区为对应50年超越概率2％均值强度水准的地震作用，在美国西部地区为对应50年超越概率2％～5％不等的均值强度水准的地震作用；4、基准设防地震作用在美国中部和东部地区得到明显提高，大致对应50年超越概率5％均值强度水准的地震作用，在美国西部地区那么大致对应50年超越概率10％均值强度水准的地震作用。3.1.3中美抗震设防目标和水准比照美国标准正由单一设防水准向多级设防水准转变，由于不同地区地震作用的影响不同，因而对不同地区采取了不同设防标准。但美国标准在采取多级设防水准的同时却并未采用多级设防目标。相比美国标准，10抗震标准采用了多级设防目标，在抗震设计概念上比美国标准更为明确；且10抗震标准还对“小震〞条件下的抗震设防水准和目标有所要求。但10抗震标准依然对全国不同地区采用相同的设防水准，这样的规定很大程度上会造成某些地区建筑物的抗震能力缺乏，而另一些地区建筑物的抗震能力过。[3]比照10抗震标准和美国标准的设防目标可知，美国标准的要求相当于我国抗震标准“不倒〞的要求；对于基准设防地震，我国的要求是“中震可修〞。在设防目标上，10抗震标准的要求要比美国标准高一个级别，为实现这一目标，10抗震标准对建筑结构的地震作用和抗震构造措施的要求比美国标准的要求相应高一个级别。3.2建筑设计和建筑结构的规那么性建筑结构平、立面的规那么性布置是抗震设计中首要注重的问题，因为震害说明简单、对称的结构在地震时较不容易产生破坏。原因很清楚，简单、对称的结构容易估算其地震反响，且容易采取抗震构造措施。为保证结构的规那么性，建筑师和结构工程师需要共同协调、相互配合，才能设计出具有良好抗震性能的建筑。3.2.1我国建筑设计和建筑结构的规那么性10抗震标准规定：“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规那么、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规那么，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变〞。表3和表4分别给出了平面不规那么和竖向不规那么的类型。表3平面不规那么的主要类型表4竖向不规那么的主要类型将不规那么结构在抗震上的不利因素归结起来，有以下2条：1、对合理有效的布置抗侧力构件产生不利的影响，减弱或甚至严重影响建筑结构的抗震能力；2、对合理有效的结构计算模型产生不利的影响，以致不能正确估算结构和构件的实际受力状况及变形情况，往往低估了结构某些部位的实际应力和变形，特别是应力集中和变形集中部位。为此，10标准第3.4.4条规定对于建筑形体及其构件布置不规那么时，应按以下要求进行地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：1、平面不规那么而竖向规那么的建筑，应采用空间结构计算模型，并应符合以下要求：1)扭转不规那么时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍，当最大层间位移远小于标准限值时，可适当放宽；2)凹凸不规那么或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型；高烈度或不规那么程度较大时，宜计入楼板局部变形的影响；3)平面不对称且凹凸不规那么或局部不连续，可根据实际情况分块计算扭转位移比，对扭转较大的部位应采用局部的内力增大系数。2、平面规那么而竖向不规那么的建筑，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数，其薄弱层应按本标准有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合以下要求：1)竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度上下和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系数；2)侧向刚度不规那么时，相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合本标准相关章节的规定；3)楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65％。3、平面不规那么且竖向不规那么的建筑，应根据不规那么类型的数量和程度，有针对性地采取不低于本条1、2款要求的各项抗震措施。特别不规那么的建筑，应经专门研究，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化设计方法。3.2.2美国建筑设计和建筑结构的规那么性[5]UBC97及IBC-2023关于不规那么结构的规定相似，均对对建筑平面和竖向的规那么性提出了要求，IBC-2023还作了补充〔补充内容为表5的1b项及表6的1b项〕，其具体规定见表5、表6：表5结构平面不规那么〔IBC-2023〕不规那么形式与定义1a扭转不规那么——非柔性横隔板在结构一端垂直于轴线的楼层侧移大于结构两端楼层侧移平均值的1.2倍时，可认为存在扭转不规那么，计算中包括附加扭转1b极度扭转不规那么——非柔性横隔板在结构一端垂直于轴线的楼层侧移大于结构两端楼层侧移平均值的1.4倍时，可认为极度扭转不规那么，计算中包括附加扭转2凹角结构在两个方向投影超出凹角边长度局部大于所考虑方向结构平面尺寸的15％时，结构的平面及其抗侧力体系存在凹角不规那么3横隔板不联系横隔板在刚度上有突变或不连续局部，包括其切口或开口面积大于横隔板总面积的50％，或从一层到下一层有效横隔板刚度改变超50％4平面外偏置侧力传递路线不连续，如竖向构件偏置在平面外5非平行体系竖向的侧力承载构件或抗侧力构件对于抗侧力体系的主正交轴不平行或不对称表6结构竖向不规那么〔IBC-2023〕不规那么形式与定义1a刚度不规那么——软层该层的侧向刚度小于其上一层楼层侧向刚度的70％或小于其上3层楼层平均侧向刚度的80％1b刚度不规那么——极度软层该层的侧向刚度小于其上一层楼层侧向刚度的60％或小于其上3层楼层平均侧向刚度的70％2重量〔质量〕不规那么任何一层的有效质量为相邻层的有效质量150％以上，可视为质量不规那么，但屋顶下一层的质量大于屋顶层150％时，不视为不规那么3竖向几何不规那么任何一层抗侧力结构的水平尺寸为相邻层的130％以上，可视为竖向几何不规那么，单层突出屋面的小房间不考虑在内不规那么形式与定义〔续〕4竖向抗侧力结构构件在平面内不连续抗侧力荷载构件在平面内的偏置局部，其长度大于这些构件的长度5承载力不连续——弱层改层的承载力小于其上一层承载力的80％时，成为弱层。楼层承载力是指在所考虑方向承受楼层剪力的所有抗震构件的承载力之和3.1.3中美建筑设计和建筑结构的规那么性比照比照中美两国抗震设计标准对于平面和竖向结构不规那么的定义，明显可见两国标准间的差异。1、平面不规那么的主要差异：1〕关于“扭转不规那么〞：美国标准分为扭转不规那么和极度扭转不规那么两类，明确提出是针对刚性隔板〔非柔性楼板〕；而10抗震标准仅规定了扭转不规那么，其标准与美国标准的扭转不规那么规定相同；2〕关于“凹凸不规那么〞：美国标准那么规定“大于所考虑方向结构平面尺寸的15％〞，而10抗震标准的规定是“大于相应投影方向的30％〞；3〕关于“楼板局部不连续〞：美国标准规定“切口或开口面积大于隔板总面积的50％〞，10抗震标准规定“有效楼板宽度小于该楼层楼板典型宽度的50％，开洞面积大于该楼层楼面面积的30％〞，或较大的楼层错层；4〕关于“平面外偏置〞和“非平行体系〞，10抗震标准无相关规定。2、竖向不规那么的主要差异：1〕关于“侧向刚度不规那么〞：10抗震标准没有采用美国标准“极度软层〞的规定，其它相同；2〕关于“重量〔质量〕不规那么〞，10抗震标准无相关规定。通过比照分析可见，10抗震标准中“规那么性的标准〞明显要低于美国标准，这有可能造成我国建筑结构抗震能力缺乏。4抗震设计方法中美两国抗震设计标准所针对的根本设计地震具有相同水准——50年超越概率10%的“中震〞(IBC-2023名义上取〞大震〞,但进行了折减),但其设计方法的差异也是明显的。主要比照标准中：?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕、IBC-2023。4.1我国抗震设计方法我国抗震标准GB50011-2023总那么中做了相应规定：采用统一折减后〔小震烈度约比根本烈度低1.55度,相当于对根本烈度考虑地震发生概率时按2.8的折减系数进行折减〕的“小震〞弹性反响谱进行截面抗震承载力验算和弹性变形验算，对于不同的设计对象，设计者均采用相同的设计地震力。4.2美国抗震设计方法美国抗震标准IBC-2023直接针对“中震〞进行设计计算,依据于“弹塑性反响谱理论〞,针对不同体系的塑性变形能力——表达延性系数u,根据弹塑谱的R-u关系,得到相应的结构影响系数(或称〞反响修正系数〞)R,将弹性分析得到的地震力进行折减,得到体系所需的设计强度。因此，在设计地震作用下，允许结构进入非弹性工作阶段，可以有轻微的损坏，并通过结构反响调整系数R来折减弹性地震作用，即考虑了结构的弹塑性变形能力在弹性反响谱中的折减。由于结构反响调整系数与结构的位移延性有关，因此，并不需要按设计地震水准下的峰值反响加速度来确定结构的设计地震力，而是取不同的结构自振周期段的结构反响调整系数R，以降低后的峰值反响加速度作为设计峰值反响加速度，并由此确定设计地震力。4.3中美抗震设计方法比照GB50011—2023通过“小震〞这一地震作用进行完全弹性的验算，结构在小震下保持弹性状态，使主要的计算过程完全依据弹性理论，抗震计算主要进行承载力控制，不涉及结构的塑性耗能要求，而层间位移的控制验算只保证结构不开裂，满足弹性假定。结构的塑性耗能要求由内力调整与抗震措施考虑，这样做的好处是设计者计算时不用像美国抗震标准那样区分各种不同的结构类型，简化了计算过程，而其抗震措施的目标对设计者来说也相对隐含，从而降低了设计者理解、掌握标准的难度。另一方面,由于在“小震〞下进行的是弹性分析,结构未到达屈服强度,因此从可靠度的角度结构的平安性成立。美国标准利用弹塑性地震计算理论——弹塑性反响谱理论进行结构的抗震承载力验算和变形验算，在计算地震作用时就考虑了结构的塑性耗能要求。朱文静等得出如下结论“这样的地震设计，使得地震作用计算与抗震构造措施设计结合得更加紧密，整个设计过程始终同时控制力与塑性耗能能力，抗震构造措施设计与相应的地震作用计算直接挂钩，设计目标明确;同时也增加了设计的灵巧性，设计者可以采取不同的设计地震力延性组合(强震区例外)。这样做存在的问题是:结构的延性要求隐含在力和承载力的表达式里，增加了设计者理解标准的难度，应用起来也相对复杂。〞[4]5抗震设计反响谱主要比照标准为ASCE/SEI7-10和?建筑结构荷载标准?〔GB50009-2023〕。5.1我国抗震设计反响谱GB50011-2023中将抗震设计用的加速度反响谱称为地震影响系数曲线，如图1所示：图1地震影响系数曲线相应的参数取值如下：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。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以下规定：曲线下降段的衰减指数应按下式确定：γγ曲线下降段的衰减指数；ζ阻尼比直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定：ηη13)阻尼调整系数应按下式确定：ηη2其中水平地震影响系数最大值和特征周期值可从下表中查出标准值：表7水平地震影响系数最大值注：括号中数值分别用于设计根本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。表8特征周期值〔s〕5.2美国抗震设计反响谱ASCE7-10中Designresponsespectrum曲线如以下图所示：图2DesignResponseSpectrum相应的参数取值如下：周期小于T0，地震反响谱加速度周期大于等于T0，小于等于Ts周期大于Ts时，小于等于TL:周期大于TL时:其中：T=thefundamentalperiodofthestructure结构自震周期TLSDs(thedesignspectralresponseaccelerationparameteratshortperiods)短周期设计SSD1〔thedesignspectralresponseaccelerationparameterat1-speriod〕周期为1s的设计反响谱加速度。SSs，S1分别为短周期和1s周期的变换谱加速度。可以查震害〔Fa和FV：场地系数，分别列在表9和表表9场地系数值Fa和短周期变换加速度反响表10场地系数值FV和短周期变换加速度反响5.3中美抗震设计反响谱比照5.3.1反响谱处理比照反响谱是进行地震作用计算的重要依据，通过对其进行比拟，可以反映标准所规定的地震作用的大小。对反响谱的比拟需要在统一的基准上完成，由于美国标准的设计谱是考虑结构塑性性能的非线性谱，而我国标准的设计普为小震的弹性谱，二者不具有直接的可比性。我国标准采用多遇和罕遇地震作为设计地震动参数，罕遇地震相当于50年超越概率为2%-3%的抗震设防水准，与美国地震动参数区划图中提供的2500年重现期的谱加速度的抗震设防谱加速度进行比照。设防水平取Ⅶ度〔0.1g〕和Ⅷ〔0.2g〕2种情况。美国ASCE标准的双参数中的Ss，按照中国标准Ⅶ度〔0.1g〕和Ⅷ〔0.2g〕罕遇地震下的最大地震作用取值，分别为0.5g和0.9g;而从美国双参数区划图中可得到相对应与Ss等于0.5g的参数S1取值在0.15g-0.25g之间，对应于Ss等于0.9g的参数S1取值在0.25g-0.4g之间，此处较为保守的取为0.25g和0.4g。中国GB50011-2001标准按保守值取设计地震分组的第三组,那么特征周期为0.3s，ASCE标准中长周期过度周期TL根据地震级一次取为Ⅶ度4s表11和表12分别是GB50011-2023和ASCE7-10中的场地类别分类标准：表11各类建筑场地的覆盖层厚度〔m〕表12SiteClassification由上表可知中国I0类场地对应美国B类场地，对应ASCE岩石剪切波速760m/s≤Vs≤1520m/s。中国Ⅳ类场地对应美国E类场地，对应ASCE岩石剪切波速Vs≤180m/s。综上所述，罕遇地震情况下，可取得如下的比照参数表：表13罕遇地震情况下中美标准参数比照表中国GB50011-2023中相应规定ASCE：Ss〔罕遇地震下，短周期变换谱加速度ASCE：S1〔罕遇地震下，1S周期变换谱加速度〕ASCE：长周期过度周期TASCE：场地类别7度〔0.1g〕，场地类别I0类0.5g0.15g-0.25g4SB类场地8度〔0.2g〕，Ⅳ类场地0.9g0.25g-0.4g6SE类场地5.3.2反响谱曲线比拟中美两国设计地震反响谱具有相同的根本特征。由于反响谱长周期段谱值较小，且位移、速度对地震作用的影响加大，为了能得到用于工程设计的设计普，各标准都对反响谱的长周期段做了处理，GB50011-2023在长周期段采用直线下降段，ASCE7-10那么增加了T-2下降段，其下降速度大于前一段，控制周期TL为速度控制段与位移控制段的过度周期，标准中直接给出了TL图，按照地理位置大致分为4s、6s、8s、12s和16s。1、我国反响谱周期最大值为6s，根本满足了我国绝大多数高层建筑和长周期结构的抗震设计需要。超高层建筑、大跨桥梁、海洋平台以及大型储油罐等结构，其自振周期有可能超过6s。自振周期超过6s的结构的抗震设计问题，已经越来越引起人们的关注。美国标准没有规定最长周期，对任何结构都可以用，似乎更方便合理和有长远意义；2、我国标准反响谱周期在0~0.1s之间为斜直线，与美国标准规定在0~T0〔其平台起始段根据天然地基等级取值不同而不同〕之间为斜直线相比，显得过于主观，依据缺乏，这对工程中大量短周期结构以及重力坝、核电站等影响较大，应进一步研究；[113、对于不同阻尼比我国反响谱均可以使用，而美国标准的反响谱仅可用于阻尼比为0.05的结构；4、从上表7可见，10抗震标准中的地震影响系数仍按照烈度划分，而烈度只是一个宏观的、综合的、粗略的等级。由上表10可知美国是按照地震分区直接规定地震动加速度，考虑了场地影响系数Fａ、Fｖ对谱形的影响。表7没有考虑场地条件的影响，大量工程实践说明，场地条件是影响反响谱最大值的主要因素；5、特征周期的比拟，中国标准平台起始段取值为0.1s，终止周期Tg根据设计地震分组〔考虑近远震及震源机制〕与场地类别确定。美国ASCE7-10,起始平台段起始周期T0=0.2S6地震作用计算方法对于地震作用的计算，目前采用的方法大致如下：静力方法主要指“底部剪力法〞，或相当于“底部剪力法〞的方法美国标准中称为等效侧力法〔equivalentlateralforceprocedure〕。动力方法主要指“振型分解反响谱法〞，或相当于此的方法美国标准中称为振型反响谱分析〔Modalresponsespectrumanalysis〕；动力方法还包括各种时程分析法线性或非线性。中美标准都使用上述两种方法。对于振型分解反响谱法中美标准选取的计算模型和计算过程的理论推导式根本是相一致的，故不做比照分析，下面将详细比照中美标准的底部剪力法计算。6.1地震作用计算方法的选定6.1.1我国地震作用方法的选定GB50011-2023各类建筑结构的抗震计算，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拟均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；2、除1款外的建筑结构，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5.1.2-1〔GB50011-2023〕所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反响谱法的较大值；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反响谱法的较大值。6.1.2美国地震作用方法的选定ASCE:各类建筑结构的抗震计算方法，应表14所定规程选用：表14PermittedAnalyticalProcedures6.1.3中美地震作用方法选定的比照GB50011-2023对静力法与动力方法的选用主要依据于结构本身的特点，包括结构的体系特点、规那么性、高度实际上对应振型的复杂度。这是一种相对而言更符合动力学理论分析的处理方法，因为根据动力学原理，结构是否可用底部剪力法，实际上恰恰决定于结构本身的振动要素。美国标准的条件那么比拟详细，对更多的因素加以考虑如场地类型，建筑物的类型。从静力方法的适用范围来看，美国标准的范围更大。根本上在低设防烈度区，美国标准可以不受建筑高度限制的使用静力方法，而其它区的50m(160ft)以下规那么建筑，也可以使用静力方法，超过50m〔160ft〕的规那么建筑，只要T<0.35TS，也可以使用底部剪力法；而GB50011抗震标准中静力方法的适用范围那么较小，根本上只用于规那么建筑，限制建筑高度要在40m6.2底部剪力法〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕常用的地震作用计算方法有静态计算方法和动态计算方法,其中底部剪力法(ASCE7-10中称等效侧力法)是中美两国抗震设计标准采用的静态计算方法。底部剪力法的根本思路是:结构底部的剪力等于其总水平地震作用,由反响谱法得到,而地震作用沿高度的分布那么根据结构侧移假定。图3结构水平地震作用计算简图6.2.1我国底部剪力法计算图3结构水平地震作用计算简图1〕结构的水平地震作用标准值?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕规定：采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值，应按以下公式确定〔如图3所示〕：FEK=α1GeqFi=GiH∆FnFEKα1相应于结构根本自振周期的水平地震影响系数值，应按?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕第5.1.4、5.1.5条确定，多层砌体房屋、底部框架砌体房屋，宜取水平地震影响系数最大值；Geq结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的85％；Fi质点Gi,Gj分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值，应按?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023Hi,Hj——分别为质点i、j的计算高度；δn顶部附加地震作用系数，多层钢筋混凝土和钢结构房屋可按表15采用，其他房屋可采用0.0∆Fn——表15顶部附加作用系数注：T1为结构根本自振周期2〕水平地震剪力的限值?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕第5.2.5规定：抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：VVEKi第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力λ剪力系数，不应小于表16规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规那么结构的薄弱层，表中数值尚应乘以1.15的增大系数；Gj——第j层的重力荷载代表值。表16楼层最小地震剪力系数值3〕对扭转效应的考虑?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕第5.2.3中规定：规那么结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀各构件，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，周边各构件宜按不小于1.3采用。角部构件宜同时乘以两个方向各自的增大系数。另外JGJ3-2023中规定，考虑5%偶然偏心扭矩的影响。6.2.2美国底部剪力法计算〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕美国标准ASCE7-10对底部剪力法的计算做了如下规定:V=CsWCs=SCs≤SDICs≤Cs≥0.044SDSIE≥0.01对于场地类型的S1≥0.6g时:Cs≥对于5层或低于5层且自振周期不超过0.5s的规那么建筑物，计算Cs的值时Ss和S1可分别取1.5和0.6〔12.8.1.3〕。式中：Cs地震响应系数〔Seismicresponsecoefficient(s)IE为重要性系数；T结构自振周期；hn为楼层n到结构底部的高度(m)；W为等效重力荷载;R地震反响修正系数SDS短周期谱加速度〔SDI1sTL1〕地震剪力的垂直分布：FC其中：CvxFx——xwx、wihi,hx——k——与结构根本周期T相关的指数，当T≤0.5s时，k=1；当T≥2.5s时，k=2；当0.5s＜T＜2.5s时，k在1、2之间线性取值，或直接取2。2〕地震剪力的水平分布：V其中：Vx—任一层抗震设计层间剪力。Fi——i3〕对扭转效应的考虑美国ASCE7-10对扭转效应做了如下处理：对刚性隔板考虑扭转效应，扭矩为层剪力乘以质心一刚心距加上下述偶然偏心扭矩:考虑5%的偶然质量偏心作用.对地震性能分类C、D、E、F的建筑，乘以增大系数Ax对存在扭转不规那么的建筑，每层的偶然偏心矩应乘以修正系数.Ax=(δmax1.2δavg)2≤3.0注意系数Ax=(δmax1.2δavg)2的含义：扭转不规那么的界限值为δmax与δavg之比为1.2，此时系数人为6.2.3中美标准底部剪力法计算比照从上述比照知：中国标准中，对于单质点体系:FEK=α1Geq；对于多质点体系：FEK=α1Geq=0.85α1W.。美国标准V=CsW。可见中美两国地震作用计算公式FEK，V具有相同的意义,即对于单质点体系：FEK=α1W=CsW=V；对于多质点体系FEK=α1Geq=0.85α1W=CsW=V。显然,中美两国计算公式的差异主要集中在水平地震影响系数Cs和重力荷载W上。〔0.85是考虑高振型影响的系数〕[4]。按照中美标准所介绍的方法分别计算下例，再进行比照分析：例：某三层钢筋混凝土框架结构，如图4所示，结构阻尼比ξ=0.05，设防烈度为7度，建筑场地为I0类，设计地震分组为第三组，求其水平地震作用。图4解：〔1〕按?建筑抗震设计标准?〔GB50011-2023〕求解计算罕遇地震作用下的水平地震作用，那么maxα=0.50；当Ⅰ0类场地，设计地震分组为第三组时，那么Tg=0.30s；因阻尼比ξ=0.05，那么γ=0.9，η1=0.02，η2=1，故画出地震影响系数曲线，如图5。图5地震影响系数曲线顶点位移法求自振周期：对于质量和刚度沿高度分布比拟均匀的框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构，其根本自振周期可按下式计算：T式中：T1——结构根本自振周期〔s〕uT——假想的结构顶点水平位移〔m〕ΨT——考虑非承重墙刚度对结构自振周期影响的折减系数，框架结构可取0.6~0.7uT又T1<1.4Tg，故所以：FEK=α1Geq=0.5×各层水平地震作用:F1=F2=F3各层层间剪力：V1=FEKV3=F3〔2〕按美国标准求解：设防烈度为7度，该结构处于Ⅰ0类场地，根据中国标准和美国标准场地类别划分标准，美国标准按B类场地计算；ASC7-10中规定：对于地面上不超过12层的钢筋混凝土框架结构，当楼层的高度至少为3米时：Ta=0.1N=0.3s，处于平台段，Sa=0.5。查标准ASCE表12.2-1知：对钢筋混凝土对于普通钢筋混凝土框架结构〔Ordinaryreinforcedconcretemomentframes〕查出反响谱修正系数为R=3；结构按照地震使用分组Ⅲ计算，查下表知SeismicImportance故地震反响系数：Cs=SDS[结构底部剪力:V=CsW=0.208竖向分配系数：由于周期T=0.3s<0.5s.与结构根本周期T相关的指数k=1.各层的竖向分配系数: