1、中美鋼結構抗震設計規范比較講座中美鋼結構抗震設計規范比較講座武漢大學武漢大學 侯建國侯建國2010.8.12美國鋼結構協會美國鋼結構協會aisc1923年制定了第一本以容許應力設計法年制定了第一本以容許應力設計法(allowable stress design，簡稱，簡稱asd)為設計準則的鋼結構設為設計準則的鋼結構設計規范。計規范。容許應力設計法作為鋼結構設計的基礎延用了相當長的時間，容許應力設計法作為鋼結構設計的基礎延用了相當長的時間，后歷經多次修改，直至后歷經多次修改，直至1961年，其基本格式及內容都已基本定年，其基本格式及內容都已基本定型。型。 1.11.1美國鋼結構設計規范的發展概

2、況美國鋼結構設計規范的發展概況1 1 美國鋼結構設計規范及抗震設計標準體系的美國鋼結構設計規范及抗震設計標準體系的發展概況發展概況1989年出版了最后一版年出版了最后一版asd設計規范設計規范aisc(1989)；2001年對年對asd又進行了局部修訂又進行了局部修訂(aisc 335-89s1)。 v由由galambosgalambos、ellingwoodellingwood、mac mac gregor.tgregor.t和和cornellcornell等人發展的、以概率等人發展的、以概率理論為基礎的荷載準則，促使美國國家理論為基礎的荷載準則，促使美國國家標準化協會標準化協會(ameri

3、can national (american national standards institutestandards institute，ansiansi）制訂了一）制訂了一本以概率理論為基礎的國家標準本以概率理論為基礎的國家標準ansi a ansi a 58.1-1982 “minimum design loads 58.1-1982 “minimum design loads for buildings and other for buildings and other structures”structures”。v它后來又以美國土木工程學會的標準它后來又以美國土木工程學會的標準7

4、 7 (asce 7)(asce 7)出版發行，其最新版本為出版發行，其最新版本為asce/sei 7-05asce/sei 7-05 “minimum design “minimum design loads for buildings and other loads for buildings and other structures”structures”。 1986年，年，aisc的規范委員會的規范委員會(cos)根據根據ansi a 58.1-1982的規定，首次推出了以概率的規定，首次推出了以概率理論為基礎的荷載抗力系數鋼結構設計規范理論為基礎的荷載抗力系數鋼結構設計規范(load

5、 and resistance factor design，簡稱，簡稱荷載抗力系數設計法荷載抗力系數設計法lrfd)。第二章各部門安全注意事項第二章各部門安全注意事項v1.01.0房房務部務部v1.11.1前臺班組前臺班組v1.1.11.1.1認真查驗旅客身份證件（外籍客人要認真查驗旅客身份證件（外籍客人要查驗護照、簽證），按規定項目如實登記。查驗護照、簽證），按規定項目如實登記。v1.1.21.1.2驗證無誤后，方可發放房卡（團隊、驗證無誤后，方可發放房卡（團隊、要客可特辦）。要客可特辦）。v1.1.31.1.3以下情況應重點注意：以下情況應重點注意：va.a.訂房時，不討價的訂房時，不討價

6、的vb.b.證件不符或存在疑問的證件不符或存在疑問的vc.c.沒有攜帶行李沒有攜帶行李第二章各部門安全注意事項第二章各部門安全注意事項vd.登記入住時東張西望者；登記入住時東張西望者；ve.登記時故意掩蓋面部或有意回避監控器者；登記時故意掩蓋面部或有意回避監控器者；vf.登記入住前，要求參觀房間或形跡可疑者；登記入住前，要求參觀房間或形跡可疑者；vg.寄存于前臺的行李，要檢查是否屬于危險寄存于前臺的行李，要檢查是否屬于危險品，檢查有無破損、要點清數量、掛好行李品，檢查有無破損、要點清數量、掛好行李卡，存放行李的房間應嚴禁閑雜人等進入，卡，存放行李的房間應嚴禁閑雜人等進入，同時做好與客人或下一班

7、次的交接。同時做好與客人或下一班次的交接。v1.1.41.1.4關注頻繁換零錢者。關注頻繁換零錢者。vasce/sei 7-05asce/sei 7-05是按概率極限狀態設計原則和是按概率極限狀態設計原則和結構可靠度理論編制的，作為美國各種結構結構可靠度理論編制的，作為美國各種結構設計規范統一的概率設計準則和荷載取值依設計規范統一的概率設計準則和荷載取值依據（包括地震作用的取值標準）等，類似于據（包括地震作用的取值標準）等，類似于我國的荷載規范，并包括了類似于我國抗震我國的荷載規范，并包括了類似于我國抗震規范中的抗震設防標準、地震動參數及地震規范中的抗震設防標準、地震動參數及地震作用的取值標準

8、等內容。作用的取值標準等內容。aisc的規范委員會在的規范委員會在1986年繼年繼asd設計規范設計規范修訂版后，推出了修訂版后，推出了lrfd設計規范，作為與設計規范，作為與asd并行的設計規范，供設計人員選用。并行的設計規范，供設計人員選用。lrfd規范在規范在1991年和年和1993年歷經兩次修訂，年歷經兩次修訂，其最新版本為其最新版本為1999年年12月月27日發布的第三版日發布的第三版aisc(2000b）。）。由于美國國內部分工程師對由于美國國內部分工程師對lrfd還不夠熟還不夠熟悉，而另一些資深工程師對悉，而另一些資深工程師對lrfd尚有不同看尚有不同看法，使法，使asd設計法在

9、美國仍較為流行，因而設計法在美國仍較為流行，因而lrfd在較長時間內可能還難以完全取代在較長時間內可能還難以完全取代asd。vaisc充分考慮了工程界的現狀和實際需求，于充分考慮了工程界的現狀和實際需求，于2005年年4月，月，由美國鋼結構協會正式發布和出版了目前最新版的由美國鋼結構協會正式發布和出版了目前最新版的ansi/aisc 360-05specification for structural steel buildings，該規范融合了，該規范融合了asd和和lrfd兩種設計方法的兩種設計方法的理念，可以說是一本同時包括兩種設計方法的理念，可以說是一本同時包括兩種設計方法的“統一統一

10、”和和“單一單一”的設計規范，設計人員可選擇兩種方法之一的設計規范，設計人員可選擇兩種方法之一(asd或或lrfd）進行設計。）進行設計。 應予說明的是，應予說明的是，ansi/aisc 360-05僅涵蓋了鋼結構的靜力僅涵蓋了鋼結構的靜力設計，鋼結構的抗震設計還應遵循鋼結構抗震設計規范設計，鋼結構的抗震設計還應遵循鋼結構抗震設計規范ansi/aisc 341-05 seismic provisions for structural steel buildings的規定。的規定。ansi/aisc 341-05的抗震設計原的抗震設計原則和抗震設防標準主要依據則和抗震設防標準主要依據asce/s

11、ei 7-05確定，為鋼結構或確定，為鋼結構或鋼鋼-混凝土組合結構的抗震設計提出了最低的抗震設防標準。混凝土組合結構的抗震設計提出了最低的抗震設防標準。 美國工程結構抗震設計的標準體系大體上分美國工程結構抗震設計的標準體系大體上分為國家標準、協會標準及地方標準（洲或地區為國家標準、協會標準及地方標準（洲或地區的標準）。美國工程結構抗震設計標準體系的的標準）。美國工程結構抗震設計標準體系的發展歷程大體上經歷了初創、發展、統一等幾發展歷程大體上經歷了初創、發展、統一等幾個發展階段。個發展階段。 1.2 1.2 美國工程結構抗震設計的標準體系介紹美國工程結構抗震設計的標準體系介紹1925年加州發生的

12、年加州發生的santa barbara地震促成了地震促成了美國第一個帶有建筑結構抗震設計內容的規美國第一個帶有建筑結構抗震設計內容的規范范ubc“uniform building code”（統一統一建筑規范建筑規范）于）于1927年出版，年出版，ubc主要用于主要用于美國西部各州。美國西部各州。 這一階段的地方性工程結構抗震設計規范除這一階段的地方性工程結構抗震設計規范除了上述的了上述的ubc之外，又相繼出現了之外，又相繼出現了nbc“national building code”（國家建筑國家建筑規范規范）和）和sbc“standard building code”（標準建筑規范標準建筑規

13、范）nbc主要用于美國東北主要用于美國東北部各州；部各州；sbc主要用于美國中南部各州。主要用于美國中南部各州。 v20世紀末，美國人看到了將抗震規范統一起世紀末，美國人看到了將抗震規范統一起來的必要。來的必要。1995年，年，ubc、nbc與與sbc三本三本規范編制機構成立了國際規范協會規范編制機構成立了國際規范協會icc（international code council），開始推），開始推動建筑結構設計規范的統一。動建筑結構設計規范的統一。1997年，年，seaoc推出了最新版的推出了最新版的ubc。 2000年，以年，以1997 nehrp provision為基礎的為基礎的ibc

14、2000規范正規范正式發布實施，取代了式發布實施，取代了ubc、sbc和和nbc等規范，從而使美國的抗等規范，從而使美國的抗震設計規范達到了統一。震設計規范達到了統一。 ibc每每3年修訂一次，目前最新版本是年修訂一次，目前最新版本是ibc 2009。可以把。可以把ibc視視為一個規范門戶，由它通向各個專門規范。在抗震設計方面，為一個規范門戶，由它通向各個專門規范。在抗震設計方面，ibc大多引用了屬于國家標準層面的大多引用了屬于國家標準層面的asce/sei 7-05 minimum design loads for buildings and other structures（建筑建筑物和其

15、他結構最小設計荷載物和其他結構最小設計荷載）中的建議性條文。）中的建議性條文。 asce/sei 7是一個針對各種結構形式的荷載規范，除規定了是一個針對各種結構形式的荷載規范，除規定了直接作用（如永久荷載和可變荷載）的取值規定外，還規定了直接作用（如永久荷載和可變荷載）的取值規定外，還規定了間接作用（如地震作用）的取值規定，包括抗震設防目標、場間接作用（如地震作用）的取值規定，包括抗震設防目標、場地特性、設計地震作用、地震響應計算方法、結構體系與概念地特性、設計地震作用、地震響應計算方法、結構體系與概念設計等抗震設計方面的內容，至于結構構件抗震承載力驗算和設計等抗震設計方面的內容，至于結構構件

16、抗震承載力驗算和抗震構造規定等具體的抗震設計內容，抗震構造規定等具體的抗震設計內容，asce 7則援引到其他則援引到其他專門的規范，如混凝土結構抗震設計還要求符合專門的規范，如混凝土結構抗震設計還要求符合aci 318規范規范的規定；鋼結構抗震設計還要求符合的規定；鋼結構抗震設計還要求符合ansi/aisc 341-05“seismic provisions for structural steel buildings”（建筑鋼結構抗震設計規范建筑鋼結構抗震設計規范）的規定。）的規定。 asce/sei 7-05是按概率極限狀態設計原則和結構可是按概率極限狀態設計原則和結構可靠度理論編制的，統

17、一了美國各種結構設計規范的基靠度理論編制的，統一了美國各種結構設計規范的基本設計原則和荷載取值標準（包括地震作用的取值標本設計原則和荷載取值標準（包括地震作用的取值標準）及荷載效應的組合原則和計算公式、荷載分項系準）及荷載效應的組合原則和計算公式、荷載分項系數及組合系數的取值規定等，類似于我國的荷載規范，數及組合系數的取值規定等，類似于我國的荷載規范，并包括了類似于我國抗震規范中的抗震設防標準、地并包括了類似于我國抗震規范中的抗震設防標準、地震動參數及地震作用的取值標準等內容。震動參數及地震作用的取值標準等內容。 本次講座基于從中美鋼結構抗震設計規定的本次講座基于從中美鋼結構抗震設計規定的差異

18、性的比較展開，其間列出美國差異性的比較展開，其間列出美國asce/sei 7-05等規范中的一些重要抗震設計參數、公式等規范中的一些重要抗震設計參數、公式及適用范圍的規定，供設計人員在應用這些規及適用范圍的規定，供設計人員在應用這些規范時參考。范時參考。比較中所參考的主要規范和標準包括：比較中所參考的主要規范和標準包括：1、asce/sei 7-05 “minimum design loads for buildings and other structures”；2、ansi/aisc 341-05 “seismic provisions for structural steel build

19、ings”；3、ansi/aisc 360-05 “specification for structural steel buildings”；4、gb 50011-2001建筑抗震設計規范建筑抗震設計規范（2008年版）；年版）；5、gb 50017-2003 鋼結構設計規范鋼結構設計規范。2 中美鋼結構抗震設計方法的比較2.1 2.1 抗震設防目標的比較抗震設防目標的比較2.1.1 gb 50011-2001的抗震設防目標的抗震設防目標三水準設防目標和二階段設計步驟：三水準設防目標和二階段設計步驟：三水準設防目標：三水準設防目標：（1） 當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一當遭

20、受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理即可繼續使用般不受損壞或不需修理即可繼續使用“小震不壞小震不壞”；（2）當遭受相當于本地區抗震設防烈度的地震影響時）當遭受相當于本地區抗震設防烈度的地震影響時，可能，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用“中震可修中震可修”；（3）當遭受高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，）當遭受高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞“大震不倒大震不倒”。 三水準的地震作用水平，按三個不同超越概率（或重現期）三水準的地震作用水平

21、，按三個不同超越概率（或重現期）來區分：來區分： （1）多遇地震（小震）：）多遇地震（小震）：50年的超越概率為年的超越概率為63.2%，重現期，重現期為為50年；年； （2）設防烈度地震（基本烈度地震，中震）：）設防烈度地震（基本烈度地震，中震）：50年的超越概年的超越概率為率為10%，重現期為，重現期為475年；年； （3）罕遇地震（大震）：）罕遇地震（大震）：50年的超越概率為年的超越概率為2%3%，重現，重現期為期為24751641年。年。 根據統計分析，小震烈度約比基本烈度低根據統計分析，小震烈度約比基本烈度低1.55度，大震烈度度，大震烈度約比基本烈度高約比基本烈度高1度左右。度左

22、右。 通過兩階段設計，即承載力驗算階段和彈塑性變形驗算階段通過兩階段設計，即承載力驗算階段和彈塑性變形驗算階段來實現上述三個水準的設防目標。來實現上述三個水準的設防目標。2.1.2 asce/sei 7-05的抗震設防目標的抗震設防目標 （1）設防目標：通過最小化地震風險，來為具有考慮保）設防目標：通過最小化地震風險，來為具有考慮保護公眾健康、安全、財產功能與使用要求的建筑物提供最低護公眾健康、安全、財產功能與使用要求的建筑物提供最低設計標準。針對設計地震等級，改善儲存大量危險材料的重設計標準。針對設計地震等級，改善儲存大量危險材料的重要設施與結構的性能，使其在震中和震后保持其功能。要設施與結

23、構的性能，使其在震中和震后保持其功能。 （2）實現方法：美國規范通過對結構考慮兩種強度等級）實現方法：美國規范通過對結構考慮兩種強度等級的地震作用，的地震作用，“設計地震設計地震”和和“最大考慮地震最大考慮地震”，來實現結，來實現結構的抗震目標。構的抗震目標。 1）“最大考慮地震最大考慮地震”對應于地震作用區劃圖上對應于地震作用區劃圖上50年超年超越概率為越概率為2的罕遇地震。從超越概率的角度來看，基本上的罕遇地震。從超越概率的角度來看，基本上對應于我國規范的對應于我國規范的“大震大震”水準；水準； 2）“設計地震設計地震”加速度為加速度為“最大考慮地震最大考慮地震”的的2/3。從。從超越概率

24、的角度來看，超越概率的角度來看，“設計地震設計地震”強度水準大致與我國規強度水準大致與我國規范的范的“中震中震”水準相當。水準相當。 asce/sei 7-05的抗震設防目標大致可以歸納為相當于的抗震設防目標大致可以歸納為相當于二水準的設防目標，即對于二水準的設防目標，即對于50年超越概率為年超越概率為10%的設計地震，的設計地震，應使建筑在震中與震后保持預期功能，并且結構的損傷是可應使建筑在震中與震后保持預期功能，并且結構的損傷是可修的；對于修的；對于50年超越概率為年超越概率為2%的最大考慮地震，應使結構的最大考慮地震，應使結構倒塌的可能性較低。倒塌的可能性較低。2.2 2.2 抗震設防依

25、據的比較抗震設防依據的比較2.2.1 gb 50011-2001抗震設防依據抗震設防依據 gb 50011-2001抗震設防的主要依據為抗震設防的主要依據為gb 18306-2001中國地震動參數區劃圖中國地震動參數區劃圖中的地震基本烈度（或與設計中的地震基本烈度（或與設計基本地震加速度值對應的烈度值）。基本地震加速度值對應的烈度值）。 所謂所謂“設計基本地震加速度值設計基本地震加速度值”是指是指50年設計基準期年設計基準期超越概率超越概率10%的地震加速度設計取值；已編制抗震設防區的地震加速度設計取值；已編制抗震設防區劃的城市，可按批準的抗震設防烈度或設計地震動參數進劃的城市，可按批準的抗震

26、設防烈度或設計地震動參數進行抗震設防。行抗震設防。 gb 50011-2001將抗震設防烈度值、設計基本地震加將抗震設防烈度值、設計基本地震加速度值與中國地震動參數區劃圖的地震動峰值加速度值，速度值與中國地震動參數區劃圖的地震動峰值加速度值，利用表利用表2-1的對應關系予以聯系和協調。的對應關系予以聯系和協調。 表表2-1中的設計基本地震加速度的取值與中的設計基本地震加速度的取值與中國地震動參中國地震動參數區劃圖數區劃圖所規定的所規定的“地震動峰值加速度地震動峰值加速度”相當，只是在相當，只是在0.10g與與0.20g之間及之間及0.20g與與0.40g之間分別增加了之間分別增加了0.15g、

27、0.30g的區域，這兩個區分別與的區域，這兩個區分別與7度及度及8度地區相當。度地區相當。 工程界大多接受地面運動最大加速度的大小對結構反工程界大多接受地面運動最大加速度的大小對結構反應起主要影響的觀點，抗震規范中通常把烈度指標用地震應起主要影響的觀點，抗震規范中通常把烈度指標用地震系數系數k=a/g（a為地面運動峰值加速度，為地面運動峰值加速度，g為重力加速度）表為重力加速度）表達。因此，表達。因此，表2-1中設計基本地震加速度中中設計基本地震加速度中g前的系數亦稱前的系數亦稱為對應于抗震設防烈度的地震系數。為對應于抗震設防烈度的地震系數。2.2.2 asce/sei 7-05抗震設防依據抗

28、震設防依據 asce/sei 7-05直接利用美國地質調查局（直接利用美國地質調查局（untied stated geological survey, usgs）給出地震地面運動最大加）給出地震地面運動最大加速度等值線圖（也稱為地震區劃圖）作為抗震設防依據。速度等值線圖（也稱為地震區劃圖）作為抗震設防依據。美國地震區劃圖給出了短周期（美國地震區劃圖給出了短周期（t=0.2s）和）和1s周期阻尼比為周期阻尼比為0.05的地震地面運動最大加速度等值線圖（參見圖的地震地面運動最大加速度等值線圖（參見圖2-1）。）。圖圖2-1 asce/sei 7-05地震區劃圖示例（部分）地震區劃圖示例（部分） 設

29、計時，可根據建筑物所在地，在地震區劃圖上查的設計時，可根據建筑物所在地，在地震區劃圖上查的相應的地震反應譜加速度值。相應的地震反應譜加速度值。 gb 50011-2001抗震設防烈度（設計基本地震加速度值）抗震設防烈度（設計基本地震加速度值）與與asce/sei 7-05短周期反應譜加速度短周期反應譜加速度ss及及1s周期反應譜加周期反應譜加速度速度s1等地震動參數之間的對應關系見表等地震動參數之間的對應關系見表2-2表表2-3，供參，供參考。考。 注：由于注：由于gb 50011-2001gb 50011-2001的的iiii類場地同時與類場地同時與asce/sei 7-05 asce/se

30、i 7-05 的的c c類或類或d d類場地相對應，故表類場地相對應，故表2-22-2中中iiiic c表示表示gb 50011-2001gb 50011-2001的的iiii類場地類場地中相當于中相當于asce/sei 7-05 casce/sei 7-05 c類場地的部分，表類場地的部分，表2-32-3中中iiiid d表示表示gb gb 50011-200150011-2001的的iiii類場地中相當于類場地中相當于asce/sei 7-05 dasce/sei 7-05 d類場地的部分。類場地的部分。2.3 抗震設防標準的比較抗震設防標準的比較2.3.1 gb 50011-2001的抗

31、震設防標準的抗震設防標準 gb 50011-2001規定，所有建筑的抗震設防類別和抗震規定，所有建筑的抗震設防類別和抗震設防標準應符合現行國家標準設防標準應符合現行國家標準gb 50223-2008建筑工程抗建筑工程抗震設防類別標準震設防類別標準的要求。的要求。 gb 50223-2008規定，建筑工程應分為以下四個抗震設規定，建筑工程應分為以下四個抗震設防類別：防類別： （1）特殊設防類（甲類）：指使用上有特殊設施，涉及）特殊設防類（甲類）：指使用上有特殊設施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害等特別重大災害后果，需

32、要進行特殊設防的建筑。害等特別重大災害后果，需要進行特殊設防的建筑。 （2）重點設防類（乙類）：指地震時使用功能不能中斷）重點設防類（乙類）：指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量或需盡快恢復的生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果，需要提高設防標準的建筑。人員傷亡等重大災害后果，需要提高設防標準的建筑。 （3）標準設防類（丙類）：指大量的除）標準設防類（丙類）：指大量的除1、2、4款以外款以外按標準要求設防的建筑。按標準要求設防的建筑。 （4）適度設防類（丁類）：指使用上人員稀少且震損不）適度設防類（丁類）：指使用上人員稀少且震損不

33、致產生次生災害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。致產生次生災害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。 gb 50223-2008規定，各抗震設防類別建筑的抗震設規定，各抗震設防類別建筑的抗震設防標準，見表防標準，見表2-4。2.3.2 asce/sei 7-05的抗震設防標準的抗震設防標準 （1）建筑用途分類（）建筑用途分類（occupancy category）：）：i類、類、ii類、類、iii類、類、iv類共類共4種，參見表種，參見表2-5。 （2）按建筑用途分類和設計地震動參數（）按建筑用途分類和設計地震動參數（sds或或sd1），），確定建筑物的抗震設防類別，分為確定建筑物的抗震設

34、防類別，分為a、b、c、d、e、f，共，共6類，分類標準參見表類，分類標準參見表2-6和表和表2-7。 asce/sei 7-05根據不同結構的建筑用途分類根據不同結構的建筑用途分類（occupancy category），規定了相應的抗震重要性系數），規定了相應的抗震重要性系數i的取值，其作用是提高重要的和具有危險性的建筑或結構的的取值，其作用是提高重要的和具有危險性的建筑或結構的安全性。抗震重要性系數取值見表安全性。抗震重要性系數取值見表2-8，在地震作用的計算，在地震作用的計算中要用到該參數。中要用到該參數。 asce/sei 7-05根據不同的抗震設防類別，給出了不根據不同的抗震設防類

35、別，給出了不同的抗震設防標準，并作為結構體系可以采取的地震作用同的抗震設防標準，并作為結構體系可以采取的地震作用計算方法與抗震構造措施要求的依據，相關要求可以歸納計算方法與抗震構造措施要求的依據，相關要求可以歸納為三個層次：為三個層次： a類：滿足最基本的抗震措施要求；類：滿足最基本的抗震措施要求； b類和類和c類：滿足一般性的抗震措施要求，一般只需按類：滿足一般性的抗震措施要求，一般只需按照靜力方法計算地震作用（基底剪力法），結構延性要求照靜力方法計算地震作用（基底剪力法），結構延性要求較低；較低； d、e、f類：滿足嚴格的抗震措施要求，要求按照動類：滿足嚴格的抗震措施要求，要求按照動力分析

36、方法進行地震作用計算（如振型分解反應譜法等），力分析方法進行地震作用計算（如振型分解反應譜法等），結構延性要求較高。結構延性要求較高。2.4 地震作用的計算原則和方法的比較地震作用的計算原則和方法的比較2.4.1 gb 50011-2001地震作用的計算原則和方法地震作用的計算原則和方法 中國規范按中震烈度中國規范按中震烈度(50年超越概率年超越概率10)對全國進行地震對全國進行地震危害程度劃分，然后折減大約危害程度劃分，然后折減大約155度至小震度至小震(50年超越概率年超越概率632)水平計算地震作用，進行結構構件的抗震承載力驗算水平計算地震作用，進行結構構件的抗震承載力驗算和彈性變形驗算

37、，必要時還要計算罕遇地震（大震）的地震作和彈性變形驗算，必要時還要計算罕遇地震（大震）的地震作用，進行彈塑性變形驗算。用，進行彈塑性變形驗算。 gb 50011-2001規定，各類建筑結構的抗震計算，應規定，各類建筑結構的抗震計算，應采用下列方法：采用下列方法： （1）高度不超過）高度不超過40m以剪切變形為主且質量和剛度沿以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構，高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構，可采用底部剪力法等簡化方法。可采用底部剪力法等簡化方法。 （2）除（）除（1）款外的建筑結構，宜采用振型分解反應）款外的建筑結構，宜采用振型分

38、解反應譜法。譜法。 （3）特別不規則的建筑、甲類建筑和表）特別不規則的建筑、甲類建筑和表2-9所列高度范圍所列高度范圍的高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，的高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。算結果的較大值。 （4）計算罕遇地震下結構的變形，可采用簡化的彈塑性）計算罕遇地震下結構的變形，可采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法。分析方法或彈塑性時程分析法。2.4.2 asce/sei 7-05地震作用的計算原則和方法地震作用的計算原則和方

39、法 （1）美國規范）美國規范“最大考慮地震最大考慮地震”ss的的50年超越概率年超越概率為為2，地震重現期為，地震重現期為2475年，這與中國規范的大震重現年，這與中國規范的大震重現期相當。期相當。 （2）設計時，需將）設計時，需將“最大考慮地震最大考慮地震”地面運動加速地面運動加速度乘以度乘以2/3，折減至，折減至“設計地震設計地震”水平進行抗震設計計算。水平進行抗震設計計算。其地震水平對應的其地震水平對應的50年超越概率為年超越概率為510，其中美國，其中美國西部強震地區接近西部強震地區接近5，中東部弱震地區約為，中東部弱震地區約為10，這與，這與中國規范的中震水平大致相當。中國規范的中震

40、水平大致相當。 （3）最后根據不同結構的延性，引入結構反應調整系）最后根據不同結構的延性，引入結構反應調整系數數r，再次對地震作用進行折減，并以此地震作用效應進行，再次對地震作用進行折減，并以此地震作用效應進行抗震設計計算。抗震設計計算。 （4）對于豎向地震作用，一般情況下可按）對于豎向地震作用，一般情況下可按0.2sdsd（d為恒荷載標準值的效應）計算；當為恒荷載標準值的效應）計算；當sds小于或等于小于或等于0.125g時，時，或采用式（或采用式（2-1）進行荷載效應組合時，可以不考慮豎向地）進行荷載效應組合時，可以不考慮豎向地震作用。震作用。u=0.9d + 1.0e + 1.6h （2

41、-1）2.4.3 中美規范地震作用計算方法適用范圍的比較中美規范地震作用計算方法適用范圍的比較中美規范地震作用計算方法適用范圍的對比見表中美規范地震作用計算方法適用范圍的對比見表2-10。2.5 場地分類的比較場地分類的比較 gb 50011-2001以及以及asce/sei 7-05均考慮了場地條件對均考慮了場地條件對地震作用的影響。分類時，地震作用的影響。分類時，gb 50011-2001考慮土層平均剪切考慮土層平均剪切波速與場地土覆蓋深度，將場地土分為波速與場地土覆蓋深度，將場地土分為i類類iv類；類；asce/sei 7-05考慮平均剪切波速、平均標準貫入錘擊數以及平均不排水考慮平均剪

42、切波速、平均標準貫入錘擊數以及平均不排水剪切強度等參數，將場地土分為剪切強度等參數，將場地土分為a類類f類（共類（共6類）。表類）。表2-11給給出中美規范抗震設計場地分類規定對照表。出中美規范抗震設計場地分類規定對照表。 根據具體的分類標準，現將根據具體的分類標準，現將gb 50011-2001以及以及asce/sei 7-05的場地分類規定總結于表的場地分類規定總結于表2-12進行比較。進行比較。由表由表2-12可以看出：可以看出： （1）gb 50011-2001場地分類為場地分類為i類的場地與類的場地與asce/sei 7-05場地分類為場地分類為a、b、c類的場地相近；類的場地相近；

43、 （2）gb 50011-2001場地分類為場地分類為ii類的場地與類的場地與asce/sei 7-05場地分類為場地分類為c、d類的場地相近；類的場地相近； （3）gb 50011-2001場地分類為場地分類為iii類的場地與類的場地與asce/sei 7-05場地分類為場地分類為d類的場地相近；類的場地相近； （4）gb 50011-2001場地分類為場地分類為iv類的場地與類的場地與asce/sei 7-05場地分類為場地分類為e類的場地相近。類的場地相近。2.6 抗震設計反應譜的比較抗震設計反應譜的比較2.6.1 gb 50011-2001的抗震設計反應譜的抗震設計反應譜 gb 500

44、11-2001規范采用的抗震設計反應譜以地震影響系規范采用的抗震設計反應譜以地震影響系數曲線的形式給出，并規定建筑結構的地震影響系數應根據數曲線的形式給出，并規定建筑結構的地震影響系數應根據烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。確定。 地震影響系數地震影響系數，是多次地震作用下不同周期，是多次地震作用下不同周期t，相同阻，相同阻尼比尼比的理想簡化的單質點體系的結構體系加速度與重力加速的理想簡化的單質點體系的結構體系加速度與重力加速度之比。它是兩項的乘積，即地震系數度之比。它是兩項的乘積，即地震系數k（地震動峰值加速度（地震

45、動峰值加速度與重力加速度之比）和結構體系加速度的動力系數與重力加速度之比）和結構體系加速度的動力系數（結構反（結構反應加速度與地震動最大加速度之比），即，應加速度與地震動最大加速度之比），即，（t）=sa（t）=k （t），），sa（t）為加速度設計反應譜，）為加速度設計反應譜，k =a/g，為地震，為地震動峰值加速度，動峰值加速度，（t）為動力系數。）為動力系數。 水平地震影響系數最大值應按表水平地震影響系數最大值應按表2-13采用；特征周期應采用；特征周期應根據場地類別和設計地震分組按表根據場地類別和設計地震分組按表2-14采用，計算采用，計算8、9度罕度罕遇地震時，特征周期應增加遇地震時

46、，特征周期應增加0.05s。對于周期大于。對于周期大于6.0s的建筑的建筑結構所采用的地震影響系數應專門研究；對于已編制抗震設結構所采用的地震影響系數應專門研究；對于已編制抗震設防區劃的城市，應允許按批準的設計地震動參數采用相應的防區劃的城市，應允許按批準的設計地震動參數采用相應的地震影響系數。地震影響系數。 gb 50011-2001給出的水平地震影響系數給出的水平地震影響系數是取阻尼比為是取阻尼比為0.05，利用動力系數，利用動力系數和地震系數和地震系數k確定的。按二階段設計要確定的。按二階段設計要求，第一階段進行結構抗震承載力與彈性變形驗算時采用多求，第一階段進行結構抗震承載力與彈性變形

47、驗算時采用多遇烈度地震，其遇烈度地震，其k值相當于抗震設防烈度（基本烈度）所對值相當于抗震設防烈度（基本烈度）所對應應k值的值的1/2.8。第二階段進行結構彈塑性變形驗算時采用罕。第二階段進行結構彈塑性變形驗算時采用罕遇烈度地震，其遇烈度地震，其k值相當于抗震設防烈度（基本烈度）所對值相當于抗震設防烈度（基本烈度）所對應應k值的值的1.52.0倍（烈度越高，倍（烈度越高，k值越小）。由此可推得值越小）。由此可推得gb 50011-2001規范各設計階段的規范各設計階段的max值。值。gb 50011-2001抗震規范規定的地震影響系數曲線見圖抗震規范規定的地震影響系數曲線見圖2-2。 除有專門

48、規定外，建筑結構的阻尼比應取除有專門規定外，建筑結構的阻尼比應取0.05，地震影，地震影響系數曲線的阻尼調整系數應按響系數曲線的阻尼調整系數應按1.0采用，形狀系數應符合下采用，形狀系數應符合下列規定：列規定： （1）直線上升段，周期小于）直線上升段，周期小于0.1s的區段。的區段。 （2）水平段，自）水平段，自0.1s至特征周期區段，應取最大值至特征周期區段，應取最大值 （max）。）。 （3）曲線下降段，自特征周期至）曲線下降段，自特征周期至5倍特征周期區段，衰倍特征周期區段，衰減指數應取減指數應取0.9。 （4）直線下降段，自）直線下降段，自5倍特征周期至倍特征周期至6s區段，下降斜率調

49、區段，下降斜率調整系數應取整系數應取0.02。2.6.2 asce/sei 7-05的抗震設計反應譜的抗震設計反應譜 asce/sei 7-05直接給出了設計地震加速度曲線的抗震直接給出了設計地震加速度曲線的抗震設計反應譜見圖設計反應譜見圖2-3。 美國規范抗震設計反應譜的應用：首先從美國規范抗震設計反應譜的應用：首先從asce/sei 7-05給出的地震地面運動最大加速度等值線圖中查出短周給出的地震地面運動最大加速度等值線圖中查出短周期和期和1s周期的加速度值（周期的加速度值（ss和和s1）；其次，考慮不同的場）；其次，考慮不同的場地分類，利用場地系數地分類，利用場地系數fa、fv對該值進行

50、修正，對該值進行修正，fa、fv的的關取值見表關取值見表2-15表表2-16；最后，對該值乘以；最后，對該值乘以“2/3”的系數，的系數，將將“最大考慮地震最大考慮地震”下的地震反應譜加速度轉換到設計地下的地震反應譜加速度轉換到設計地震水準下的地震反應譜加速度。震水準下的地震反應譜加速度。具體的修正要求如下：具體的修正要求如下： （1）從地震地面運動最大加速度等值線圖中，查得最）從地震地面運動最大加速度等值線圖中，查得最大考慮地震下的短周期和大考慮地震下的短周期和1s周期加速度值周期加速度值ss和和s1。 （2）利用場地系數）利用場地系數fa、fv進行修正，得到最大考慮地震進行修正，得到最大考

51、慮地震下短周期和下短周期和1s周期的反應譜加速度參數周期的反應譜加速度參數sms、sm1：sms=fass （2-2）sm1=fvs1 （2-3） 進行上述變換的原因是進行上述變換的原因是asce/sei 7-05中給出的地震地中給出的地震地面運動最大加速度只適用于面運動最大加速度只適用于b類場地，對于其他場地情況需類場地，對于其他場地情況需要引入場地系數要引入場地系數fa或或fv進行調整。進行調整。 （3）乘以）乘以“2/3”的調整系數，得到設計地震水準下的反的調整系數，得到設計地震水準下的反應譜加速度應譜加速度sds、sd1：sds=（2/3）sms=（2/3）fass （2-4）sd1=

52、（2/3）sm1=（2/3）fvs1 （2-5） 進行上述變換的原因是進行上述變換的原因是asce/sei 7-05中的地震地面運中的地震地面運動最大加速度等值線圖是根據動最大加速度等值線圖是根據50年超越概率為年超越概率為2%的地震給的地震給出的地面運動加速度最大值，但出的地面運動加速度最大值，但asce/sei 7-05規定的設計規定的設計地震為地震為50年超越概率為年超越概率為10%的地震，因此，抗震設計時，需的地震，因此，抗震設計時，需要對要對asce/sei 7-05給出的地震地面運動最大加速度等值線給出的地震地面運動最大加速度等值線圖的加速度值進行折減，即要乘以（圖的加速度值進行折

53、減，即要乘以（2/3）的系數，從而得）的系數，從而得到到asce/sei 7-05規定的設計地震條件下的設計反應譜加速規定的設計地震條件下的設計反應譜加速度。度。 在形式上，在形式上，asce/sei 7-05的抗震設計反應譜與的抗震設計反應譜與gb 50011-2001的抗震設計反應譜曲線類似，同樣分為四個階段：的抗震設計反應譜曲線類似，同樣分為四個階段： （1）上升段，當周期）上升段，當周期t小于小于t0時，設計反應譜加速度時，設計反應譜加速度sa應應按式（按式（2-6）計算：）計算：sa=sds（0.4+0.6t/t0） （2-6） （2）水平段，）水平段，當周期當周期t大于等于大于等于

54、t0，小于等于，小于等于ts時，設計時，設計反應譜加速度反應譜加速度sa應取為應取為sds； （3）下降段之一，當周期）下降段之一，當周期t大于等于大于等于ts，小于等于，小于等于tl時，時，設計反應譜加速度設計反應譜加速度sa應按式（應按式（2-14）計算：）計算：sa=sd1/t （2-7） （4）下降段之二，當周期）下降段之二，當周期t大于大于tl時，設計反應譜加速度時，設計反應譜加速度sa應按式應按式2-15計算：計算：sa=sd1tl/t2 （2-8） 結構基本周期結構基本周期t，應通過考慮結構特性和變形特點后采，應通過考慮結構特性和變形特點后采用恰當的分析方法得到。用恰當的分析方法

55、得到。asce/sei 7-05規定結構的基本周規定結構的基本周期期t不應超過表不應超過表2-17給出的計算周期（給出的計算周期（cu）的上限，同時結）的上限，同時結構的近似基本周期構的近似基本周期ta可按式（可按式（2-9）計算。）計算。asce/sei 7-05同同時規定在大多數條件下可以采用近似的基本周期時規定在大多數條件下可以采用近似的基本周期ta代替結構代替結構的基本周期的基本周期t： （2-9）其中，其中，hn結構從底部到最高處的高度，單位結構從底部到最高處的高度，單位ft；系數；系數ct和和x參見表參見表2-18。xatntc h2.6.3 中美規范抗震設計反應譜的比較中美規范抗

56、震設計反應譜的比較 抗震設計反應譜是計算地震作用的重要依據，抗震設計反應譜是計算地震作用的重要依據，gb 50011-2001采用的設計反應譜以地震影響系數曲線的形式給出，采用的設計反應譜以地震影響系數曲線的形式給出，asce/sei 7-05采用的設計反應譜以設計地震地面運動加速度采用的設計反應譜以設計地震地面運動加速度曲線的形式給出。曲線的形式給出。 需要說明的是，雖然需要說明的是，雖然gb 50011-2001以及以及asce/sei 7-05抗震設計反應譜的形式比較相似，但由于抗震設計反應譜的形式比較相似，但由于gb 50011-2001的抗的抗震設計反應譜采用的是經過調整后的相當于震

57、設計反應譜采用的是經過調整后的相當于“小震小震”條件下條件下的地震影響系數曲線，而的地震影響系數曲線，而asce/sei 7-05的抗震設計反應譜采的抗震設計反應譜采用的是相當于我國用的是相當于我國“中震中震”條件下的設計地震加速度反應譜條件下的設計地震加速度反應譜曲線，在進行反應譜加速度值比較時，應注意統一比較標準。曲線，在進行反應譜加速度值比較時，應注意統一比較標準。（1）反應譜曲線基本規定的比較）反應譜曲線基本規定的比較 為便于對反應譜曲線的基本規定進行比較，現將為便于對反應譜曲線的基本規定進行比較，現將gb 50011-2001與與asce/sei 7-05規范抗震設計反應譜所考慮的規

58、范抗震設計反應譜所考慮的各種因素總結于表各種因素總結于表2-19。 由表由表2-19可以看出，可以看出，gb 50011-2001以及以及asce/sei 7-05抗震設計反應譜曲線具有相同的特征，都是由直線上升抗震設計反應譜曲線具有相同的特征，都是由直線上升段、水平段和下降段組成，但差異也很明顯。具體表現在：段、水平段和下降段組成，但差異也很明顯。具體表現在： 反應譜最長周期。反應譜最長周期。gb 50011-2001抗震設計反應譜規定的最長周期為抗震設計反應譜規定的最長周期為6s，對于，對于超高層建筑、大跨橋梁、海洋平臺以及大型儲油罐等自振超高層建筑、大跨橋梁、海洋平臺以及大型儲油罐等自振

59、周期有可能超過周期有可能超過6s的結構，的結構，gb 50011-2001規定其地震影響規定其地震影響系數應專門研究。系數應專門研究。 asce/sei 7-05給出了長周期限值給出了長周期限值tl。 特征周期。特征周期。 gb 50011-2001的水平段起始周期取為定值的水平段起始周期取為定值0.1s，終止，終止周期周期tg根據設計地震分組與場地類別確定。根據設計地震分組與場地類別確定。 asce/sei 7-05的水平段起始周期的水平段起始周期t0和終止周期和終止周期ts都隨都隨著場地影響系數著場地影響系數fa、fv以及地震動參數的取值以及地震動參數的取值ss、s1的變的變化而變化。化而

60、變化。 設計反應譜曲線下降段。設計反應譜曲線下降段。 反應譜曲線下降段與反應譜加速度、阻尼比及場地類反應譜曲線下降段與反應譜加速度、阻尼比及場地類別有關。別有關。gb 50011-2001采用衰減指數采用衰減指數考慮這種關系，但考慮這種關系，但衰減指數衰減指數卻只與阻尼比有關；卻只與阻尼比有關；asce/sei 7-05的衰減指數的衰減指數為常數為常數1.0，但其提供了與場地類型有關的，但其提供了與場地類型有關的1s周期反應譜周期反應譜加速度設計值，以考慮反應譜下降段的衰減過程。加速度設計值，以考慮反應譜下降段的衰減過程。（2）場地分類對反應譜影響的比較）場地分類對反應譜影響的比較 地震時場地