1、Word文檔 6度區需要抗震設計嗎？ 新版（第五代）地震區劃圖將全國的區域均劃在地震烈度6度及以上，新版抗規（GB50011-2021(2021版)）采納6度及以上地區的建筑均需進行抗震設計的原則，使得中國全境內的建筑需進行抗震設計。 中美均為幅員寬闊，地質狀況簡單多變得國家，既有處于強震的區域，也有低烈度的區域。抗震設計，是以結構及構件的承載力和延性的合理組合反抗地震。一般來說，低烈度區實行高強度-低延性的策略，高烈度區實行低強度-高延性的策略。下面我們通過一個6度區的混凝土框架的設計，探討一下中美規范抗震設計的異同。一窺見豹，盼望通過這個簡潔的項目，使我們對建筑抗震的實質有新的熟悉。 如圖

2、1，酒店，塔樓B，8層混凝土框架，高36.5m，位于三亞亞龍灣，6度，0.05g，類場地。 一、抗規GB50011-2021（2021版） 按抗規，該結構抗震等級三級，需進行抗震設計，包括抗震承載力計算，強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱桿件，梁柱端部箍筋加密，滿意軸壓比限值，最小配筋率、配箍率等抗震計算要求和抗震措施。假如不滿意抗規的規章性要求，還要進行超限設計及審查。 本工程存在扭轉不規章（扭轉位移比大于1.2）、凹凸不規章、樓板不連續、尺寸突變（多塔）、局部不規章（夾層、穿層柱）等超限項，需進行超限高層建筑抗震設防專項審查。本項目設計單位為深圳市院，本人參與了該項目的超限審查。 二、美國荷載標

3、準ASCE/SEI 7-16 Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures 20.3 SITE CLASS DEFINITIONS 場地類別 項目場地等效剪切波速226m/s，按上表，場地類別應為D類。 11.4.4 Site Coefficients and Risk-Targeted Maximum Considered Earthquake (MCER) Spectral Response Acceleration Parameters 場地系數和場地MCER The MCE

4、R spectral response acceleration parameters for short periods , adjusted for site class effects, shall be determined by Eqs. (11.4-1) and (11.4-2), respectively. Ss = the mapped MCER spectral response acceleration parameter at short periods S1 = the mapped MCER spectral response acceleration paramet

5、er at a period of 1s 2021年前，美標采納UBC，將全國按設防地面加速度分成0（無地震）、1（0.075g）、2a（0.15g）、2b(0.2g)、3(0.3g)、4（0.4g）6個區，3、4區為高烈度區，2區為中等烈度區，1區為低烈度區。2021年后，美標采納IBC，美國荷載標準采納大震(2500年一遇)加速度反應譜值進行地震分區，包括短周期即平臺處的譜加速度和1s處的譜加速度S1。 考慮兩規范的搭接，可認為它們的大震參數相同，地震驚力放大倍數可取2.5，UBC設防地震與大震比值為1/2。 用于設計時，考慮場地系數Fa和Fv，由式（11.4-1）和式（11.4-2）得到

6、考慮場地系數的大震設計譜值。 場地系數Fa和Fv見表11.4-1和表11.4-2。 where site coefficients Fa and Fv are defined in Tables 11.4-1 and 11.4-2, respectively. Where Site Class D is selected as the default site class per Section 11.4.3, the value of Fa shall not be less than 1.2. 11.4.5 Design Spectral Acceleration Parameters 設

7、計加速度譜 Design earthquake spectral response acceleration parameters at short periods, and at 1s periods, shall be determined from Eqs. (11.4-3) and (11.4-4), respectively. 11.6 SEISMIC DESIGN CATEGORY 抗震設計類別 All other structures shall be assigned to a Seismic Design Category based on their Risk Catego

8、ry and the design spectral response acceleration parameters, determined in accordance with Section 11.4.5. Each building and structure shall be assigned to the more severe Seismic Design Category in accordance with Table 11.6-1 or 11.6-2, irrespective of the fundamental period of vibration of the st

9、ructure, T. 11.7 DESIGN REQUIREMENTS FOR SEISMIC DESIGN CATEGORY A 抗震設計類別A設計要求 Buildings and other structures assigned to Seismic Design Category A need only comply with the requirements of Section 1.4. 美國荷載標準11.7規定：抗震設計類別A的結構僅需滿意1.4要求。 1.4 GENERAL STRUCTURAL INTEGRITY 結構完整性 1.4.1 Load Path Connecti

10、ons. All parts of the structure between separation joints shall be interconnected to form a continuous path to the lateral force-resisting system, and the connections shall be capable of transmitting the lateral forces induced by the parts being connected. Any smaller portion of the structure shall

11、be tied to the remainder of the structure with elements having the strength to resist a force of not less than 5% of the portions weight. 美國荷載標準1.4.1規定：連接按5%自重進行承載力計算。 1.4.2 Lateral Forces 側向力 Each structure shall be analyzed for the effects of static lateral forces applied independently in each of

12、two orthogonal directions. In each direction, the static lateral forces at all levels shall be applied simultaneously. For purposes of analysis, the force at each level shall be determined using Eq. (1.4-1): 美國荷載標準1.4.2規定：取1%層自重作為層側向力按一個工況進行結構承載力計算。 綜上，抗震設計類別A的結構不需按抗震體系進行抗震設計，僅需滿意連接考慮5%自重的承載力和層考慮1%自

13、重的側向力。 12.2 STRUCTURAL SYSTEM SELECTION 結構體系選擇 美國荷載標準表12.2-1規定：混凝土框架包括高延性框架（SMF）、中等延性框架（IMF）和低延性框架(OMF)。 三種框架應進行地震組合的承載力計算，地震力設計反應譜最大值按式（11.4-3）取值，并除以修正系數R。 低延性框架僅用于抗震設計等級B（SDC B）的結構，中等延性框架可用于抗震設計等級B、C的結構，高延性框架用于全部抗震設計等級的結構。 18.3 Ordinary moment frames(ACI318-19)低延性框架 18.4.2 beams 梁 18.4.2.4 At both

14、 ends of the beam, hoops shall be provided over a length of at least 2h measured from the face of the supporting member toward midspan. Spacing of hoops shall not exceed the smallest of (a) through (d): (a) d/4 (b) Eight times the diameter of the smallest longitudinal bar enclosed (c) 24 times the d

15、iameter of the hoop bar (d) 12 in. 梁端加密區箍筋間距不大于300mm（12英寸）。 18.4.3 columns 柱 18.4.3.3 At both ends of the column, hoops shall be provided at spacing so over a length lo measured from the joint face. Spacing so shall not exceed the least of (a) through (c): (a) For Grade 60, the smaller of 8db of the

16、 smallest longitudinal bar enclosed and 8 in. (b) For Grade 80, the smaller of 6db of the smallest longitudinal bar enclosed and 6 in. (c) One-half of the smallest cross-sectional dimension of the column 柱端加密區箍筋間距不大于150mm（6英寸）。 18.6 Beams of special moment frames(ACI318-19)高延性框架梁 由表12.2-1可知，SDC B的R為

17、8，即地震力按設防地震1/8取值。柱抗震計算超強系數取3.0。 18.6.4.4 The first hoop shall be located not more than 2 in. from the face of a supporting column. Spacing of the hoops shall not exceed the least of (a) through (d): (a) d/4 (b) 6 in. 梁端加密區箍筋間距不大于150mm（6英寸）。 18.7 Columns of special moment frames(ACI318-19)高延性框架柱 強柱弱梁

18、計算，式（18.7.3.2）中，柱抗彎力量。柱的抗彎力量應超過梁的抗彎力量20%。 18.7.5.3 Spacing of transverse reinforcement shall not exceed the least of (a) through (d): (a) One-fourth of the minimum column dimension (b) For Grade 60, 6db of the smallest longitudinal bar (c) For Grade 80, 5db of the smallest longitudinal bar (d) so, a

19、s calculated by: The value of so from Eq. (18.7.5.3) shall not exceed 6 in. and need not be taken less than 4 in. 柱端加密區箍筋間距不大于150mm（6英寸）。 綜上，美標將砼框架分為低延性框架（OMF）、中等延性框架(IMF)、高延性框架(SMF)： 1. 三種框架均需按美國荷載標準11.4.5的設計反應譜進行抗震承載力計算，地震反應修正系數分別取3、5、8； 2. 低延性框架其它要求同非抗震結構； 3. 中等延性框架梁、柱端有箍筋加密區要求； 4. 高延性框架梁、柱端除有更嚴格

20、的箍筋加密區要求外，還要滿意強柱弱梁要求。 三、中美規范抗震設計比較 規范比較是一個系統工程，但僅為說明概念性問題時，可以采納簡化方法。下面以水平地震影響系數為基準對中美規范抗震設計進行比較，沒有進一步考慮反應譜曲線外形、結構周期影響，荷載分項系數等。考慮到6度區烈度低，這種近似對說明本文的問題應是能夠滿意的。 美標設計烈度取2/3大震，反應譜最大值為低延性框架、中等延性框架、高延性框架對應的設計譜最大值（相當于抗規的水平地震影響系數最大值）分別為0.267/3=0.09、0.267/5=0.05、0.267/8=0.03。抗規6度的地震影響系數大震、中震、小震分別為0.28、0.12、0.0

21、4。 抗規小震地震影響系數為0.04，比美標的高延性框架的0.03略高，其延性要求與美標高延性框架相當；抗規中震不屈服地震影響系數是小震的兩倍，為0.08，與美標的低延性框架的0.09基本相當；抗規大震地震影響系數為0.28，與美標設計烈度的0.267基本全都。 據此，我們下面以抗規小震等同于美標高延性框架，中震不屈服等同于美標低延性框架，大震彈塑性時程等同于美標設計地震，對中美規范抗震進行比較。 0. 抗規性能目標 7.2.2 結構抗震性能目標 1. 抗規小震設計 層間位移角：地震，1/1997；風，1/1282；均滿意1/550限值要求。 按抗規設計，地震或風作用下結構的層間位移角都很小，

22、相對于風載，地震不掌握。 2. 抗規中震設計 以小震設計配筋，按性能目標進行中震驗算，結果為： 框架柱縱筋滿意中震不屈服，箍筋滿意中震彈性。 框架梁縱筋按小震設計，箍筋滿意中震不屈服。 綜上，該結構基本達到中震不屈服水準。 3. 抗規大震彈塑性時程分析 層間位移角：1/109，滿意1/50限值要求。 基本相當于IO階段。 結構在大震下基本處于彈性狀態，滿意大震不屈服要求。 4. 對比分析 按前面分析，抗規小震設計滿意了中震不屈服驗算，就達到了美標低延性框架的要求，即對于該混凝土框架，即可設計成抗規等同于美標的高延性框架，也可以設計成美標的低延性框架。設計成后者的好處是在不增加梁柱縱筋和箍筋的狀

23、況下，可不采納梁柱端箍筋加密等一系列抗震構造措施，而只需按非抗震進行構造即可達到本項目的抗震目的。 5. 結論 1） 混凝土框架，美標可采納低延性、中等延性、高延性三種框架進行設計，抗規采納相當于美標的高延性框架進行設計； 2） 高烈度區，應用高延性-低承載力設計理念，宜采納高延性框架進行抗震設計；低烈度區，應用低延性-高承載力設計理念，宜采納低延性框架進行抗震設計； 3） 抗規僅采納延性框架進行抗震設計，在低烈度區可能會造成構造措施的過度采納； 4） 本項目位于6度區，類場地，大震彈塑性時程分析表明結構基本處于彈性狀態，可按彈性設計，而不必采納抗震構造措施。 附：抗震等級解析 由前面的爭論可

24、知，對于砼框架結構，抗規的設計方法等同于美標的高延性框架（SMF），這類框架的抗震設計遵循力量設計原理，最重要的一個指標是強柱弱梁，即通過梁的塑性耗能達到汲取地震能量的目的，通過強柱弱梁保證結構大震不倒。下面我們對中美的強柱弱梁設計方法進行對比分析。 美標的強柱弱梁設計，基于ACI318-19第18.7.3.2條。 式（18.7.3.2）為抗彎力量計算公式，其含義為按實配鋼筋計算的柱的抗彎力量不小于梁的抗彎力量的1.2倍。這個實際超過的0.2倍的抗彎力量為柱在梁端截面屈服后保持在彈性范圍留出了余地。 再看抗規(GB50011-2021(2021版)，第6.2.2條強柱弱梁計算公式。 抗規式（6.2.2-2）與美標式（18.7.3.2）全都，不同之處為式（6.2.2-2）柱的彎矩為計算值，但兩式的結果是一樣的。抗規將此式應用于一級框架，保證了該類結構強柱弱梁的實現。但對于其它抗震等級，抗規按式（6.2.2-1）進行強柱弱梁計算。該式為抗彎需求計算公式，梁的彎矩為內力而不是承載力，它以一個超強系數6擬達到強柱弱梁的目的。嚴格的