中美鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范比較講座

中美鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范比較講座美國(guó)鋼構(gòu)造協(xié)會(huì)AISC1923年制定了第一本以容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法(AllowableStressDesign，簡(jiǎn)稱ASD)為設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么的鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法作為鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)的根底延用了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，后歷經(jīng)屢次修改，直至1961年，其根本格式及內(nèi)容都已根本定型。1美國(guó)鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的開(kāi)展概況1989年出版了最后一版ASD設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)AISC(1989)；2001年對(duì)ASD又進(jìn)展了局部修訂(AISC335-89s1)。

由Galambos、Ellingwood、MacGregor.t和Cornell等人開(kāi)展的、以概率理論為根底的荷載準(zhǔn)那么，促使美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI〕制訂了一本以概率理論為根底的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSIA58.1-1982“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。它后來(lái)又以美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)7(ASCE7)出版發(fā)行，其最新版本為ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。1986年，AISC的標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(COS)根據(jù)ANSIA58.1-1982的規(guī)定，首次推出了以概率理論為根底的荷載抗力系數(shù)鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(LoadandResistanceFactorDesign，簡(jiǎn)稱荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法LRFD)。ASCE/SEI7-05是按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么和構(gòu)造可靠度理論編制的，作為美國(guó)各種構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的概率設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么和荷載取值依據(jù)〔包括地震作用的取值標(biāo)準(zhǔn)〕等，類似于我國(guó)的荷載標(biāo)準(zhǔn)，并包括了類似于我國(guó)抗震標(biāo)準(zhǔn)中的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、地震動(dòng)參數(shù)及地震作用的取值標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。AISC的標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在1986年繼ASD設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)修訂版后，推出了LRFD設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，作為與ASD并行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，供設(shè)計(jì)人員選用。LRFD標(biāo)準(zhǔn)在1991年和1993年歷經(jīng)兩次修訂，其最新版本為1999年12月27日發(fā)布的第三版AISC(2000b〕。由于美國(guó)國(guó)內(nèi)局部工程師對(duì)LRFD還不夠熟悉，而另一些資深工程師對(duì)LRFD尚有不同看法，使ASD設(shè)計(jì)法在美國(guó)仍較為流行，因而LRFD在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可能還難以完全取代ASD。AISC充分考慮了工程界的現(xiàn)狀和實(shí)際需求，于2005年4月，由美國(guó)鋼構(gòu)造協(xié)會(huì)正式發(fā)布和出版了目前最新版的ANSI/AISC360-05?SpecificationforStructuralSteelBuildings?，該標(biāo)準(zhǔn)融合了ASD和LRFD兩種設(shè)計(jì)方法的理念，可以說(shuō)是一本同時(shí)包括兩種設(shè)計(jì)方法的“統(tǒng)一〞和“單一〞的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員可選擇兩種方法之一(ASD或LRFD〕進(jìn)展設(shè)計(jì)。應(yīng)予說(shuō)明的是，ANSI/AISC360-05僅涵蓋了鋼構(gòu)造的靜力設(shè)計(jì)，鋼構(gòu)造的抗震設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AISC341-05?SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings?的規(guī)定。ANSI/AISC341-05的抗震設(shè)計(jì)原那么和抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)ASCE/SEI7-05確定，為鋼構(gòu)造或鋼-混凝土組合構(gòu)造的抗震設(shè)計(jì)提出了最低的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)工程構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系大體上分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)〔洲或地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)〕。美國(guó)工程構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的開(kāi)展歷程大體上經(jīng)歷了初創(chuàng)、開(kāi)展、統(tǒng)一等幾個(gè)開(kāi)展階段。

1.2美國(guó)工程構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系介紹1925年加州發(fā)生的SantaBarbara地震促成了美國(guó)第一個(gè)帶有建筑構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)UBC“UniformBuildingCode〞〔?統(tǒng)一建筑標(biāo)準(zhǔn)?〕于1927年出版，UBC主要用于美國(guó)西部各州。這一階段的地方性工程構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)除了上述的UBC之外，又相繼出現(xiàn)了NBC“NationalBuildingCode〞〔?國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)?〕和SBC“StandardBuildingCode〞〔?標(biāo)準(zhǔn)建筑標(biāo)準(zhǔn)?〕NBC主要用于美國(guó)東北部各州；SBC主要用于美國(guó)中南部各州。

20世紀(jì)末，美國(guó)人看到了將抗震標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)的必要。1995年，UBC、NBC與SBC三本標(biāo)準(zhǔn)編制機(jī)構(gòu)成立了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ICC〔InternationalCodeCouncil〕，開(kāi)場(chǎng)推動(dòng)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。1997年，SEAOC推出了最新版的UBC。

2000年，以1997NEHRPProvision為根底的IBC2000標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布實(shí)施，取代了UBC、SBC和NBC等標(biāo)準(zhǔn)，從而使美國(guó)的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)到達(dá)了統(tǒng)一。IBC每3年修訂一次，目前最新版本是IBC2021。可以把IBC視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)門(mén)戶，由它通向各個(gè)專門(mén)標(biāo)準(zhǔn)。在抗震設(shè)計(jì)方面，IBC大多引用了屬于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)層面的ASCE/SEI7-05?MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures?〔?建筑物和其他構(gòu)造最小設(shè)計(jì)荷載?〕中的建議性條文。ASCE/SEI7是一個(gè)針對(duì)各種構(gòu)造形式的荷載標(biāo)準(zhǔn)，除規(guī)定了直接作用〔如永久荷載和可變荷載〕的取值規(guī)定外，還規(guī)定了間接作用〔如地震作用〕的取值規(guī)定，包括抗震設(shè)防目標(biāo)、場(chǎng)地特性、設(shè)計(jì)地震作用、地震響應(yīng)計(jì)算方法、構(gòu)造體系與概念設(shè)計(jì)等抗震設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，至于構(gòu)造構(gòu)件抗震承載力驗(yàn)算和抗震構(gòu)造規(guī)定等具體的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，ASCE7那么援引到其他專門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)，如混凝土構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)還要求符合ACI318標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)還要求符合ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞〔?建筑鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?〕的規(guī)定。ASCE/SEI7-05是按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么和構(gòu)造可靠度理論編制的，統(tǒng)一了美國(guó)各種構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的根本設(shè)計(jì)原那么和荷載取值標(biāo)準(zhǔn)〔包括地震作用的取值標(biāo)準(zhǔn)〕及荷載效應(yīng)的組合原那么和計(jì)算公式、荷載分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)的取值規(guī)定等，類似于我國(guó)的荷載標(biāo)準(zhǔn)，并包括了類似于我國(guó)抗震標(biāo)準(zhǔn)中的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、地震動(dòng)參數(shù)及地震作用的取值標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

本次講座基于從中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)規(guī)定的差異性的比較展開(kāi)，其間列出美國(guó)ASCE/SEI7-05等標(biāo)準(zhǔn)中的一些重要抗震設(shè)計(jì)參數(shù)、公式及適用范圍的規(guī)定，供設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參考。比較中所參考的主要標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)包括：1、ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞；2、ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞；3、ANSI/AISC360-05“SpecificationforStructuralSteelBuildings〞；4、GB50011-2001?建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?〔2021年版〕；5、GB50017-2003?鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?。2中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)方法的比較2.1抗震設(shè)防目標(biāo)的比較2.1.1GB50011-2001的抗震設(shè)防目標(biāo)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)和二階段設(shè)計(jì)步驟：三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)：〔1〕當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理即可繼續(xù)使用———“小震不壞〞；〔2〕當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用——“中震可修〞；〔3〕當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞——“大震不倒〞。三水準(zhǔn)的地震作用水平，按三個(gè)不同超越概率〔或重現(xiàn)期〕來(lái)區(qū)分：〔1〕多遇地震〔小震〕：50年的超越概率為63.2%，重現(xiàn)期為50年；〔2〕設(shè)防烈度地震〔根本烈度地震，中震〕：50年的超越概率為10%，重現(xiàn)期為475年；〔3〕罕遇地震〔大震〕：50年的超越概率為2%~3%，重現(xiàn)期為2475~1641年。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，小震烈度約比根本烈度低1.55度，大震烈度約比根本烈度高1度左右。通過(guò)兩階段設(shè)計(jì)，即承載力驗(yàn)算階段和彈塑性變形驗(yàn)算階段來(lái)實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)。2.1.2ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防目標(biāo)〔1〕設(shè)防目標(biāo)：通過(guò)最小化地震風(fēng)險(xiǎn)，來(lái)為具有考慮保護(hù)公眾安康、平安、財(cái)產(chǎn)功能與使用要求的建筑物提供最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)設(shè)計(jì)地震等級(jí)，改善儲(chǔ)存大量危險(xiǎn)材料的重要設(shè)施與構(gòu)造的性能，使其在震中和震后保持其功能?！?〕實(shí)現(xiàn)方法：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)對(duì)構(gòu)造考慮兩種強(qiáng)度等級(jí)的地震作用，“設(shè)計(jì)地震〞和“最大考慮地震〞，來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)造的抗震目標(biāo)。1〕“最大考慮地震〞對(duì)應(yīng)于地震作用區(qū)劃圖上50年超越概率為2％的罕遇地震。從超越概率的角度來(lái)看，根本上對(duì)應(yīng)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的“大震〞水準(zhǔn)；2〕“設(shè)計(jì)地震〞加速度為“最大考慮地震〞的2/3。從超越概率的角度來(lái)看，“設(shè)計(jì)地震〞強(qiáng)度水準(zhǔn)大致與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的“中震〞水準(zhǔn)相當(dāng)。ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防目標(biāo)大致可以歸納為相當(dāng)于二水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)，即對(duì)于50年超越概率為10%的設(shè)計(jì)地震，應(yīng)使建筑在震中與震后保持預(yù)期功能，并且構(gòu)造的損傷是可修的；對(duì)于50年超越概率為2%的最大考慮地震，應(yīng)使構(gòu)造倒塌的可能性較低。2.2抗震設(shè)防依據(jù)的比較2.2.1GB50011-2001抗震設(shè)防依據(jù)GB50011-2001抗震設(shè)防的主要依據(jù)為GB18306-2001?中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖?中的地震根本烈度〔或與設(shè)計(jì)根本地震加速度值對(duì)應(yīng)的烈度值〕。所謂“設(shè)計(jì)根本地震加速度值〞是指50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度設(shè)計(jì)取值；已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，可按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防烈度或設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)展抗震設(shè)防。GB50011-2001將抗震設(shè)防烈度值、設(shè)計(jì)根本地震加速度值與中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的地震動(dòng)峰值加速度值，利用表2-1的對(duì)應(yīng)關(guān)系予以聯(lián)系和協(xié)調(diào)。表2-1中的設(shè)計(jì)根本地震加速度的取值與?中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖?所規(guī)定的“地震動(dòng)峰值加速度〞相當(dāng)，只是在0.10g與0.20g之間及0.20g與0.40g之間分別增加了0.15g、0.30g的區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)分別與7度及8度地區(qū)相當(dāng)。工程界大多承受地面運(yùn)動(dòng)最大加速度的大小對(duì)構(gòu)造反響起主要影響的觀點(diǎn)，抗震標(biāo)準(zhǔn)中通常把烈度指標(biāo)用地震系數(shù)k=a/g〔a為地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度，g為重力加速度〕表達(dá)。因此，表2-1中設(shè)計(jì)根本地震加速度中g(shù)前的系數(shù)亦稱為對(duì)應(yīng)于抗震設(shè)防烈度的地震系數(shù)。2.2.2ASCE/SEI7-05抗震設(shè)防依據(jù)ASCE/SEI7-05直接利用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局〔UntiedStatedGeologicalSurvey,USGS〕給出地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖〔也稱為地震區(qū)劃圖〕作為抗震設(shè)防依據(jù)。美國(guó)地震區(qū)劃圖給出了短周期〔T=0.2s〕和1s周期阻尼比為0.05的地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖〔參見(jiàn)圖2-1〕。圖2-1ASCE/SEI7-05地震區(qū)劃圖例如〔局部〕設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)建筑物所在地，在地震區(qū)劃圖上查的相應(yīng)的地震反響譜加速度值。GB50011-2001抗震設(shè)防烈度〔設(shè)計(jì)根本地震加速度值〕與ASCE/SEI7-05短周期反響譜加速度SS及1s周期反響譜加速度S1等地震動(dòng)參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2-2~表2-3，供參考。注：由于GB50011-2001的II類場(chǎng)地同時(shí)與ASCE/SEI7-05的C類或D類場(chǎng)地相對(duì)應(yīng)，故表2-2中IIC表示GB50011-2001的II類場(chǎng)地中相當(dāng)于ASCE/SEI7-05C類場(chǎng)地的局部，表2-3中IID表示GB50011-2001的II類場(chǎng)地中相當(dāng)于ASCE/SEI7-05D類場(chǎng)地的局部。2.3抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的比較2.3.1GB50011-2001的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)GB50011-2001規(guī)定，所有建筑的抗震設(shè)防類別和抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50223-2021?建筑工程抗震設(shè)防類別標(biāo)準(zhǔn)?的要求。GB50223-2021規(guī)定，建筑工程應(yīng)分為以下四個(gè)抗震設(shè)防類別：〔1〕特殊設(shè)防類〔甲類〕：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國(guó)家公共平安的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)展特殊設(shè)防的建筑。〔2〕重點(diǎn)設(shè)防類〔乙類〕：指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑?！?〕標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類〔丙類〕：指大量的除1、2、4款以外按標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)防的建筑。〔4〕適度設(shè)防類〔丁類〕：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。GB50223-2021規(guī)定，各抗震設(shè)防類別建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2-4。2.3.2ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)〔1〕建筑用途分類〔OccupancyCategory〕：I類、II類、III類、IV類共4種，參見(jiàn)表2-5?！?〕按建筑用途分類和設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)〔SDS或SD1〕，確定建筑物的抗震設(shè)防類別，分為A、B、C、D、E、F，共6類，分類標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表2-6和表2-7。ASCE/SEI7-05根據(jù)不同構(gòu)造的建筑用途分類〔OccupancyCategory〕，規(guī)定了相應(yīng)的抗震重要性系數(shù)I的取值，其作用是提高重要的和具有危險(xiǎn)性的建筑或構(gòu)造的平安性?？拐鹬匾韵禂?shù)取值見(jiàn)表2-8，在地震作用的計(jì)算中要用到該參數(shù)。ASCE/SEI7-05根據(jù)不同的抗震設(shè)防類別，給出了不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并作為構(gòu)造體系可以采取的地震作用計(jì)算方法與抗震構(gòu)造措施要求的依據(jù)，相關(guān)要求可以歸納為三個(gè)層次：A類：滿足最根本的抗震措施要求；B類和C類：滿足一般性的抗震措施要求，一般只需按照靜力方法計(jì)算地震作用〔基底剪力法〕，構(gòu)造延性要求較低；D、E、F類：滿足嚴(yán)格的抗震措施要求，要求按照動(dòng)力分析方法進(jìn)展地震作用計(jì)算〔如振型分解反響譜法等〕，構(gòu)造延性要求較高。2.4地震作用的計(jì)算原那么和方法的比較2.4.1GB50011-2001地震作用的計(jì)算原那么和方法中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)按中震烈度(50年超越概率10％)對(duì)全國(guó)進(jìn)展地震危害程度劃分，然后折減大約1．55度至小震(50年超越概率63．2％)水平計(jì)算地震作用，進(jìn)展構(gòu)造構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算和彈性變形驗(yàn)算，必要時(shí)還要計(jì)算罕遇地震〔大震〕的地震作用，進(jìn)展彈塑性變形驗(yàn)算。GB50011-2001規(guī)定，各類建筑構(gòu)造的抗震計(jì)算，應(yīng)采用以下方法：〔1〕高度不超過(guò)40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的構(gòu)造，可采用底部剪力法等簡(jiǎn)化方法?！?〕除〔1〕款外的建筑構(gòu)造，宜采用振型分解反響譜法?！?〕特別不規(guī)那么的建筑、甲類建筑和表2-9所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)展多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反響譜法計(jì)算結(jié)果的較大值?！?〕計(jì)算罕遇地震下構(gòu)造的變形，可采用簡(jiǎn)化的彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析法。2.4.2ASCE/SEI7-05地震作用的計(jì)算原那么和方法〔1〕美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“最大考慮地震〞SS的50年超越概率為2％，地震重現(xiàn)期為2475年，這與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的大震重現(xiàn)期相當(dāng)?！?〕設(shè)計(jì)時(shí)，需將“最大考慮地震〞地面運(yùn)動(dòng)加速度乘以2/3，折減至“設(shè)計(jì)地震〞水平進(jìn)展抗震設(shè)計(jì)計(jì)算。其地震水平對(duì)應(yīng)的50年超越概率為5％～10％，其中美國(guó)西部強(qiáng)震地區(qū)接近5％，中東部弱震地區(qū)約為10％，這與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的中震水平大致相當(dāng)?！?〕最后根據(jù)不同構(gòu)造的延性，引入構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R，再次對(duì)地震作用進(jìn)展折減，并以此地震作用效應(yīng)進(jìn)展抗震設(shè)計(jì)計(jì)算?！?〕對(duì)于豎向地震作用，一般情況下可按0.2SDSD〔D為恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)〕計(jì)算；當(dāng)SDS小于或等于0.125g時(shí)，或采用式〔2-1〕進(jìn)展荷載效應(yīng)組合時(shí)，可以不考慮豎向地震作用。U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-1〕2.4.3中美標(biāo)準(zhǔn)地震作用計(jì)算方法適用范圍的比較中美標(biāo)準(zhǔn)地震作用計(jì)算方法適用范圍的比照見(jiàn)表2-10。2.5場(chǎng)地分類的比較GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05均考慮了場(chǎng)地條件對(duì)地震作用的影響。分類時(shí)，GB50011-2001考慮土層平均剪切波速與場(chǎng)地土覆蓋深度，將場(chǎng)地土分為I類~IV類；ASCE/SEI7-05考慮平均剪切波速、平均標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)以及平均不排水剪切強(qiáng)度等參數(shù)，將場(chǎng)地土分為A類~F類〔共6類〕。表2-11給出中美標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)場(chǎng)地分類規(guī)定對(duì)照表。根據(jù)具體的分類標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)將GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05的場(chǎng)地分類規(guī)定總結(jié)于表2-12進(jìn)展比較。由表2-12可以看出：〔1〕GB50011-2001場(chǎng)地分類為I類的場(chǎng)地與ASCE/SEI7-05場(chǎng)地分類為A、B、C類的場(chǎng)地相近；〔2〕GB50011-2001場(chǎng)地分類為II類的場(chǎng)地與ASCE/SEI7-05場(chǎng)地分類為C、D類的場(chǎng)地相近；〔3〕GB50011-2001場(chǎng)地分類為III類的場(chǎng)地與ASCE/SEI7-05場(chǎng)地分類為D類的場(chǎng)地相近；〔4〕GB50011-2001場(chǎng)地分類為IV類的場(chǎng)地與ASCE/SEI7-05場(chǎng)地分類為E類的場(chǎng)地相近。2.6抗震設(shè)計(jì)反響譜的比較2.6.1GB50011-2001的抗震設(shè)計(jì)反響譜GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)采用的抗震設(shè)計(jì)反響譜以地震影響系數(shù)曲線的形式給出，并規(guī)定建筑構(gòu)造的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、設(shè)計(jì)地震分組和構(gòu)造自振周期以及阻尼比確定。地震影響系數(shù)α，是屢次地震作用下不同周期T，一樣阻尼比ζ的理想簡(jiǎn)化的單質(zhì)點(diǎn)體系的構(gòu)造體系加速度與重力加速度之比。它是兩項(xiàng)的乘積，即地震系數(shù)k〔地震動(dòng)峰值加速度與重力加速度之比〕和構(gòu)造體系加速度的動(dòng)力系數(shù)β〔構(gòu)造反響加速度與地震動(dòng)最大加速度之比〕，即，α〔T〕=Sa〔T〕=k×β〔T〕，Sa〔T〕為加速度設(shè)計(jì)反響譜，k=a/g，為地震動(dòng)峰值加速度，β〔T〕為動(dòng)力系數(shù)。水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按表2-13采用；特征周期應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組按表2-14采用，計(jì)算8、9度罕遇地震時(shí)，特征周期應(yīng)增加0.05s。對(duì)于周期大于6.0s的建筑構(gòu)造所采用的地震影響系數(shù)應(yīng)專門(mén)研究；對(duì)于已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，應(yīng)允許按批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)采用相應(yīng)的地震影響系數(shù)。GB50011-2001給出的水平地震影響系數(shù)α是取阻尼比為0.05，利用動(dòng)力系數(shù)β和地震系數(shù)k確定的。按二階段設(shè)計(jì)要求，第一階段進(jìn)展構(gòu)造抗震承載力與彈性變形驗(yàn)算時(shí)采用多遇烈度地震，其k值相當(dāng)于抗震設(shè)防烈度〔根本烈度〕所對(duì)應(yīng)k值的1/2.8。第二階段進(jìn)展構(gòu)造彈塑性變形驗(yàn)算時(shí)采用罕遇烈度地震，其k值相當(dāng)于抗震設(shè)防烈度〔根本烈度〕所對(duì)應(yīng)k值的1.5~2.0倍〔烈度越高，k值越小〕。由此可推得GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)各設(shè)計(jì)階段的αmax值。GB50011-2001抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線見(jiàn)圖2-2。除有專門(mén)規(guī)定外，建筑構(gòu)造的阻尼比應(yīng)取0.05，地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)應(yīng)按1.0采用，形狀系數(shù)應(yīng)符合以下規(guī)定：〔1〕直線上升段，周期小于0.1s的區(qū)段?！?〕水平段，自0.1s至特征周期區(qū)段，應(yīng)取最大值〔αmax〕?！?〕曲線下降段，自特征周期至5倍特征周期區(qū)段，衰減指數(shù)應(yīng)取0.9?！?〕直線下降段，自5倍特征周期至6s區(qū)段，下降斜率調(diào)整系數(shù)應(yīng)取0.02。2.6.2ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計(jì)反響譜ASCE/SEI7-05直接給出了設(shè)計(jì)地震加速度曲線的抗震設(shè)計(jì)反響譜見(jiàn)圖2-3。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)反響譜的應(yīng)用：首先從ASCE/SEI7-05給出的地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖中查出短周期和1s周期的加速度值〔SS和S1〕；其次，考慮不同的場(chǎng)地分類，利用場(chǎng)地系數(shù)Fa、Fv對(duì)該值進(jìn)展修正，F(xiàn)a、Fv的關(guān)取值見(jiàn)表2-15~表2-16；最后，對(duì)該值乘以“2/3〞的系數(shù)，將“最大考慮地震〞下的地震反響譜加速度轉(zhuǎn)換到設(shè)計(jì)地震水準(zhǔn)下的地震反響譜加速度。具體的修正要求如下：〔1〕從地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖中，查得最大考慮地震下的短周期和1s周期加速度值SS和S1?！?〕利用場(chǎng)地系數(shù)Fa、Fv進(jìn)展修正，得到最大考慮地震下短周期和1s周期的反響譜加速度參數(shù)SMS、SM1：SMS=FaSS〔2-2〕SM1=FvS1〔2-3〕進(jìn)展上述變換的原因是ASCE/SEI7-05中給出的地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度只適用于B類場(chǎng)地，對(duì)于其他場(chǎng)地情況需要引入場(chǎng)地系數(shù)Fa或Fv進(jìn)展調(diào)整?！?〕乘以“2/3〞的調(diào)整系數(shù)，得到設(shè)計(jì)地震水準(zhǔn)下的反響譜加速度SDS、SD1：SDS=〔2/3〕SMS=〔2/3〕FaSS〔2-4〕SD1=〔2/3〕SM1=〔2/3〕FvS1〔2-5〕進(jìn)展上述變換的原因是ASCE/SEI7-05中的地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖是根據(jù)50年超越概率為2%的地震給出的地面運(yùn)動(dòng)加速度最大值，但ASCE/SEI7-05規(guī)定的設(shè)計(jì)地震為50年超越概率為10%的地震，因此，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)ASCE/SEI7-05給出的地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度等值線圖的加速度值進(jìn)展折減，即要乘以〔2/3〕的系數(shù)，從而得到ASCE/SEI7-05規(guī)定的設(shè)計(jì)地震條件下的設(shè)計(jì)反響譜加速度。在形式上，ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計(jì)反響譜與GB50011-2001的抗震設(shè)計(jì)反響譜曲線類似，同樣分為四個(gè)階段：〔1〕上升段，當(dāng)周期T小于T0時(shí)，設(shè)計(jì)反響譜加速度Sa應(yīng)按式〔2-6〕計(jì)算：Sa=SDS〔0.4+0.6T/T0〕〔2-6〕〔2〕水平段，當(dāng)周期T大于等于T0，小于等于TS時(shí)，設(shè)計(jì)反響譜加速度Sa應(yīng)取為SDS；〔3〕下降段之一，當(dāng)周期T大于等于TS，小于等于TL時(shí)，設(shè)計(jì)反響譜加速度Sa應(yīng)按式〔2-14〕計(jì)算：Sa=SD1/T〔2-7〕〔4〕下降段之二，當(dāng)周期T大于TL時(shí)，設(shè)計(jì)反響譜加速度Sa應(yīng)按式2-15計(jì)算：Sa=SD1TL/T2〔2-8〕構(gòu)造根本周期T，應(yīng)通過(guò)考慮構(gòu)造特性和變形特點(diǎn)后采用恰當(dāng)?shù)姆治龇椒ǖ玫健SCE/SEI7-05規(guī)定構(gòu)造的根本周期T不應(yīng)超過(guò)表2-17給出的計(jì)算周期〔Cu〕的上限，同時(shí)構(gòu)造的近似根本周期Ta可按式〔2-9〕計(jì)算。ASCE/SEI7-05同時(shí)規(guī)定在大多數(shù)條件下可以采用近似的根本周期Ta代替構(gòu)造的根本周期T：〔2-9〕其中，hn—構(gòu)造從底部到最高處的高度，單位ft；系數(shù)Ct和x參見(jiàn)表2-18。2.6.3中美標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)反響譜的比較抗震設(shè)計(jì)反響譜是計(jì)算地震作用的重要依據(jù)，GB50011-2001采用的設(shè)計(jì)反響譜以地震影響系數(shù)曲線的形式給出，ASCE/SEI7-05采用的設(shè)計(jì)反響譜以設(shè)計(jì)地震地面運(yùn)動(dòng)加速度曲線的形式給出。需要說(shuō)明的是，雖然GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計(jì)反響譜的形式比較相似，但由于GB50011-2001的抗震設(shè)計(jì)反響譜采用的是經(jīng)過(guò)調(diào)整后的相當(dāng)于“小震〞條件下的地震影響系數(shù)曲線，而ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計(jì)反響譜采用的是相當(dāng)于我國(guó)“中震〞條件下的設(shè)計(jì)地震加速度反響譜曲線，在進(jìn)展反響譜加速度值比較時(shí)，應(yīng)注意統(tǒng)一比較標(biāo)準(zhǔn)?！?〕反響譜曲線根本規(guī)定的比較為便于對(duì)反響譜曲線的根本規(guī)定進(jìn)展比較，現(xiàn)將GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)反響譜所考慮的各種因素總結(jié)于表2-19。由表2-19可以看出，GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計(jì)反響譜曲線具有一樣的特征，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(xiàn)在：①反響譜最長(zhǎng)周期。GB50011-2001抗震設(shè)計(jì)反響譜規(guī)定的最長(zhǎng)周期為6s，對(duì)于超高層建筑、大跨橋梁、海洋平臺(tái)以及大型儲(chǔ)油罐等自振周期有可能超過(guò)6s的構(gòu)造，GB50011-2001規(guī)定其地震影響系數(shù)應(yīng)專門(mén)研究。ASCE/SEI7-05給出了長(zhǎng)周期限值TL。②特征周期。GB50011-2001的水平段起始周期取為定值0.1s，終止周期Tg根據(jù)設(shè)計(jì)地震分組與場(chǎng)地類別確定。ASCE/SEI7-05的水平段起始周期T0和終止周期TS都隨著場(chǎng)地影響系數(shù)Fa、Fv以及地震動(dòng)參數(shù)的取值SS、S1的變化而變化。③設(shè)計(jì)反響譜曲線下降段。反響譜曲線下降段與反響譜加速度、阻尼比及場(chǎng)地類別有關(guān)。GB50011-2001采用衰減指數(shù)γ考慮這種關(guān)系，但衰減指數(shù)γ卻只與阻尼比有關(guān)；ASCE/SEI7-05的衰減指數(shù)為常數(shù)1.0，但其提供了與場(chǎng)地類型有關(guān)的1s周期反響譜加速度設(shè)計(jì)值，以考慮反響譜下降段的衰減過(guò)程?！?〕場(chǎng)地分類對(duì)反響譜影響的比較地震時(shí)場(chǎng)地的最大地面運(yùn)動(dòng)加速度與場(chǎng)地類別有關(guān)，通過(guò)地類別對(duì)抗震設(shè)計(jì)反響譜影響的比較示意圖〔圖2-4〕可以看出：①GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)只考慮了場(chǎng)地類別對(duì)特征周期的影響，而未考慮場(chǎng)地類型對(duì)反響譜加速度最大值的影響，因此在一樣抗震設(shè)防烈度條件下，GB50011-2001的抗震設(shè)計(jì)反響譜只是隨場(chǎng)地類型從I類到IV類的變化，反響譜曲線的平臺(tái)寬度逐漸增大。②ASCE/SEI7-05采用如下的方法考慮不同的場(chǎng)地類型對(duì)反響譜加速度最大值的影響：以B類場(chǎng)地的反響譜加速度為基準(zhǔn)，用該加速度值乘以一個(gè)場(chǎng)地系數(shù)〔根據(jù)不同的場(chǎng)地分類以及地面運(yùn)動(dòng)加速度最大值SS確定〕，以考慮不同場(chǎng)地類型的影響，針對(duì)不同類型的場(chǎng)地，不僅反響譜曲線的平臺(tái)寬度不同，而且反響譜加速度最大值也會(huì)隨著場(chǎng)地類型的改變而變化。可見(jiàn)，ASCE/SEI7-05在考慮場(chǎng)地類型對(duì)抗震設(shè)計(jì)反響譜的影響方面，比GB50011-2001更為全面?！?〕反響譜值的比較為量化地比較GB50011-2001與ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計(jì)反響譜的差異，考慮中等場(chǎng)地類型，阻尼比為0.05的條件，并參考表2-2給出的中國(guó)抗震設(shè)防烈度與ASCE/SEI7-05中地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)兩本標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)反響譜值進(jìn)展比較，并采用MATLAB軟件，作出不同抗震設(shè)防烈度〔或地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕條件下，GB50011-2001與ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計(jì)反響譜的比較圖，如圖2-5~圖2-9所示，比較條件見(jiàn)表2-20。通過(guò)上述比較可以看出：①對(duì)于中等場(chǎng)地類型，阻尼比為0.05的條件，GB50011-2001與ASCE/SEI7-05的反響譜峰值均隨著抗震設(shè)防烈度〔或地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕的提高而增加。在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕條件下，GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)的反響譜峰值均低于ASCE/SEI7-05的反響譜峰值〔偏低約55.6%~15.3%〕，反響譜峰值的差距隨著抗震設(shè)防烈度的提高而逐漸縮小，見(jiàn)表2-21。②由于GB50011-2001的抗震設(shè)計(jì)反響譜的縱坐標(biāo)為無(wú)量綱的地震影響系數(shù)，而ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計(jì)反響譜的縱坐標(biāo)為設(shè)計(jì)反響譜加速度，在進(jìn)展比較時(shí)，統(tǒng)一將反響譜的縱坐標(biāo)調(diào)整為反響譜加速度，單位為g；③ASCE/SEI7-05在第22章中直接給出了TL區(qū)劃圖，按地理位置大致分為4s、6s、8s、12s以及16s，在本次比較中TL取其中位數(shù)，即TL=8s。需要說(shuō)明的是：①GB50011-2001的設(shè)計(jì)反響譜是考慮多遇地震〔50年超越概率63.2%〕條件下的反響譜，而ASCE/SEI7-05的設(shè)計(jì)反響譜是考慮設(shè)計(jì)地震〔50年超越概率10%〕條件下的反響譜，因此在比較中，需要將GB50011-2001的反響譜值進(jìn)展調(diào)整〔即縱坐標(biāo)取GB50011-2001的根本烈度地震條件下的加速度取值〕，以ASCE/SEI7-05設(shè)計(jì)地震條件下的反響譜為基準(zhǔn)，保證比較起點(diǎn)一致。②在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕條件下，GB50011-2001的反響譜平臺(tái)段長(zhǎng)度略長(zhǎng)于ASCE/SEI7-05的反響譜平臺(tái)段長(zhǎng)度，差距隨設(shè)防烈度的提高逐漸縮小，見(jiàn)表2-21。

③在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕條件下，在短周期段，GB50011-2001的反響譜值均小于ASCE/SEI7-05的反響譜值，隨著周期的增大，由于GB50011-2001反響譜下降指數(shù)較小，使得GB50011-2001的反響譜值在中長(zhǎng)周期段逐漸接近并超過(guò)ASCE/SEI7-05的反響譜值。2.7構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)的原那么和方法的比較中美標(biāo)準(zhǔn)均是采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么和分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)展抗震設(shè)計(jì)。但應(yīng)注意到與GB50011-2001采用兩階段設(shè)計(jì)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)不同，ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)設(shè)計(jì)地震〔相當(dāng)于我國(guó)的中震〕條件，采用單一階段設(shè)計(jì)步驟實(shí)現(xiàn)其設(shè)防目標(biāo)，考慮構(gòu)造的彈塑性性能〔通過(guò)引入構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R表達(dá)構(gòu)造的延性，該系數(shù)主要通過(guò)經(jīng)歷，根據(jù)不同構(gòu)造類型的延性要求確定〕，進(jìn)展截面抗震承載力驗(yàn)算和抗震變形驗(yàn)算。〔1〕GB50011-2001構(gòu)造抗震分析的原那么和方法GB50011-2001采用兩階段設(shè)計(jì)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)：1〕第一階段設(shè)計(jì)為小震下的截面抗震承載力驗(yàn)算，必要時(shí)驗(yàn)算小震下的彈性變形，即取第一水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)，計(jì)算構(gòu)造的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，按分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)展構(gòu)造構(gòu)件的截面抗震承載力驗(yàn)算，這樣既滿足了在第一水準(zhǔn)下具有必要的承載力可靠度，又滿足了第二水準(zhǔn)下?lián)p壞可修的目標(biāo)；2.7.1構(gòu)造抗震分析的原那么和方法的比較2〕第二階段設(shè)計(jì)為大震下的彈塑性變形驗(yàn)算。對(duì)于大多數(shù)構(gòu)造，可只進(jìn)展第一階段設(shè)計(jì)，而通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施來(lái)滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求；對(duì)于有特殊要求建筑、地震時(shí)易倒塌的構(gòu)造以及有明顯薄弱層的不規(guī)那么構(gòu)造，除應(yīng)進(jìn)展第一階段設(shè)計(jì)外，還應(yīng)進(jìn)展構(gòu)造薄弱部位的彈塑性變形驗(yàn)算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)設(shè)防要求。GB50011-2001關(guān)于構(gòu)造抗震分析的原那么和方法的具體規(guī)定如下：1〕除本標(biāo)準(zhǔn)特別規(guī)定者外，建筑構(gòu)造應(yīng)進(jìn)展多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析，此時(shí)，可假定構(gòu)造與構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)，內(nèi)力和變形分析可采用線性靜態(tài)計(jì)算方法或線性動(dòng)力方法。多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析是GB50011-2001對(duì)構(gòu)造地震反響、截面抗震承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算最根本要求。不規(guī)那么且具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致地震時(shí)嚴(yán)重破壞的建筑構(gòu)造，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)展罕遇地震作用下的彈塑性變形分析〔即非線性分析〕。此時(shí)，可根據(jù)構(gòu)造特點(diǎn)采用靜力彈塑性分析或彈塑性時(shí)程分析方法?？紤]到非線性分析的難度較大，GB50011-2001只限于對(duì)特別不規(guī)那么并具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致重大地震破壞，特別是有嚴(yán)重的變形集中可能導(dǎo)致地震倒塌的構(gòu)造，應(yīng)進(jìn)展罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。GB50011-2001推薦了兩種非線性分析方法：靜力的非線性分析〔推覆分析〕和動(dòng)力非線性分析〔彈塑性時(shí)程分析〕。靜力的非線性分析是：沿構(gòu)造高度施加按一定形式分布的模擬地震作用的等效側(cè)力，并從小到大逐步增加側(cè)力的強(qiáng)度，使構(gòu)造由彈性工作狀態(tài)逐步進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)，最終到達(dá)并超過(guò)規(guī)定的彈塑性位移。這是目前較為實(shí)用的簡(jiǎn)化彈塑性分析技術(shù)，比動(dòng)力非線性分析節(jié)省計(jì)算工作量，但也有一定使用局限性和適用性，對(duì)計(jì)算結(jié)果需要工程經(jīng)歷判斷。2〕動(dòng)力非線性分析，即彈塑性時(shí)程分析，是較為嚴(yán)格的分析方法，需要較好的計(jì)算機(jī)軟件和很好的工程經(jīng)歷判斷才能得到有用的結(jié)果，是難度較大的一種方法。GB50011-2001還允許采用簡(jiǎn)化的彈塑性分析技術(shù)，如鋼筋混凝土框架等的彈塑性分析簡(jiǎn)化方法?！?〕ASCE/SEI7-05構(gòu)造抗震分析的原那么和方法ASCE/SEI7-05規(guī)定構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)采用單一階段設(shè)計(jì)法，主要針對(duì)設(shè)計(jì)地震進(jìn)展抗震驗(yàn)算。抗震分析采用彈塑性反響譜理論，通過(guò)構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)〔ResponseModificationCoetficient〕R考慮不同構(gòu)造類型的延性性能，假定構(gòu)造處于彈塑性工作狀態(tài)，內(nèi)力和變形分析可采用線性靜力計(jì)算方法、線性動(dòng)力計(jì)算方法或非線性動(dòng)力計(jì)算方法；對(duì)于抗震設(shè)防類別為D、E、F類，表2-10規(guī)定的其他情況的構(gòu)造不應(yīng)采用線性靜力計(jì)算方法進(jìn)展內(nèi)力和變形分析。除了根據(jù)構(gòu)造體系類型本身的延性性能區(qū)分相應(yīng)的構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R值外，如承重墻體體系、框架體系、抗彎框架體系、雙重構(gòu)造體系、框架-剪力墻構(gòu)造體系，ASCE/SEI7-05還對(duì)同一構(gòu)造類型設(shè)定了幾個(gè)不同的延性等級(jí)：“普通〔Ordinary〕〞、“中等〔Intermediate〕〞、“特殊〔Special〕〞由不同的設(shè)計(jì)參數(shù)和抗震措施保證此三個(gè)等級(jí)構(gòu)造的延性性能依次遞增，三者的構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R依次增大，設(shè)計(jì)地震作用依次降低?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者可以選用不同的延性等級(jí)，對(duì)于強(qiáng)震區(qū)〔相當(dāng)于我國(guó)8度半與9度地區(qū)〕只能使用“特殊〞等級(jí)，對(duì)中震區(qū)〔約相當(dāng)于我國(guó)7度至8度地區(qū)〕可以選用“特殊〞或“中等〞等級(jí)，對(duì)低震區(qū)〔相當(dāng)于我國(guó)6、7度地區(qū)〕可以三者任選。構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R是對(duì)構(gòu)造延性性能和其超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后的性能的定量表達(dá)，主要根據(jù)類似構(gòu)造在以往地震中的表現(xiàn)，通過(guò)經(jīng)歷確定。作為例如，表2-22給出ASCE/SEI7-05中主要與鋼構(gòu)造有關(guān)的C類構(gòu)造體系的構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R。R較高意味著構(gòu)造延性要求較高，相應(yīng)的設(shè)計(jì)地震作用的折減也較多。GB50011-2001與ASCE/SEI7-05在構(gòu)造抗震分析原那么方面的最大差異是所考慮的地震作用條件不同，GB50011-2001分別考慮的是“小震〞條件下與“大震〞條件下的構(gòu)造抗震分析，而ASCE/SEI7-05考慮的是在設(shè)計(jì)地震〔相當(dāng)于我國(guó)的中震〕條件下的構(gòu)造抗震分析。〔1〕GB50011-2001的重力荷載取值及組合值系數(shù)GB50011-2001的重力荷載取值及組合值系數(shù)見(jiàn)表2-23。2.7.2重力荷載取值及組合值系數(shù)的比較〔2〕ASCE/SEI7-05的重力荷載取值及組合值系數(shù)ASCE/SEI7-05的重力荷載取值及組合值系數(shù)見(jiàn)表2-24。由表2-23與表2-24可以看出，GB50011-2001的重力荷載取值水平比ASCE/SEI7-05略大。〔1〕GB50011-2001規(guī)定，構(gòu)造構(gòu)件的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的根本組合，應(yīng)按下式計(jì)算：S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψwγwSwk〔2-10〕式中，S—構(gòu)造構(gòu)件的地震作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；γG—重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般情況一般情況應(yīng)采用1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件承載能力有利時(shí)，不應(yīng)大于1.0；2.7.3地震作用效應(yīng)組合的比較γEh、γEv—分別為水平和豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按表2-27采用；γw—風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)采用1.4；SGE—重力荷載代表值的效應(yīng)，有吊車(chē)時(shí)，尚應(yīng)包括懸吊物重力標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；SEhk—水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；SEvk—豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；Swk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；ψw—風(fēng)荷載組合值系數(shù)，一般構(gòu)造取0.0，風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2。GB50011-2001給出的需要計(jì)算豎向地震作用的條件是：抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)的高層建筑；抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂構(gòu)造。GB50011-2001的條文說(shuō)明中指出：在設(shè)防烈度的地震作用下，構(gòu)造構(gòu)件承載力的可靠指標(biāo)β是負(fù)值，難于按GB50068-2001分析，GB50011-2001第一階段的抗震設(shè)計(jì)取相當(dāng)于眾值烈度下的彈性地震作用作為額定指標(biāo)，此時(shí)的設(shè)計(jì)表達(dá)式可按GB50068-2001處理。關(guān)于地震作用分項(xiàng)系數(shù)，GB50011-2001的條文說(shuō)明中指出，在眾值烈度下的地震作用，應(yīng)視為可變作用而不是偶然作用。這樣，根據(jù)GB50068-2001確定直接作用〔荷載〕分項(xiàng)系數(shù)的方法，通過(guò)綜合比較，GB50011-2001對(duì)水平地震作用，確定γEh=1.3，至于豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)，那么參照水平地震作用，也取γEv=1.3。當(dāng)豎向與水平地震作用同時(shí)考慮時(shí)，根據(jù)加速度峰值記錄和反響譜的分析，二者的組合比為1：0.4，故此時(shí)γEh=1.3，γEv=0.4×1.3≈0.5?！?〕ASCE/SEI7-05規(guī)定，對(duì)于地震作用效應(yīng)組合，按照荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，考慮恒荷載對(duì)構(gòu)造不利的情況，應(yīng)按下式計(jì)算：U=1.2D+1.0E+L+0.2S〔2-11〕考慮恒荷載對(duì)構(gòu)造有利的情況，應(yīng)按下式計(jì)算：U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-12〕其中，U—所需強(qiáng)度〔荷載效應(yīng)組合值〕；D—恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；L—活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；S—雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；H—側(cè)向土壓力或側(cè)向水壓力的效應(yīng)；E—地震荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。當(dāng)按式〔2-11〕計(jì)算時(shí)取E=Eh+Ev，當(dāng)按照式〔2-12〕計(jì)算時(shí)取E=Eh-Ev；Eh為水平地震作用效應(yīng)，Ev為豎向地震作用效應(yīng)；Eh=QE，為可靠性系數(shù)，QE為水平地震作用效應(yīng)〔根據(jù)設(shè)計(jì)基底剪力V計(jì)算〕；Ev=0.2SDSD，SDS為短周期設(shè)計(jì)反響譜加速度參數(shù)，根據(jù)ASCE/SEI7-05給出的抗震設(shè)計(jì)反響譜計(jì)算，當(dāng)SDS小于或等于0.125時(shí)，或采用式〔2-12〕進(jìn)展荷載效應(yīng)組合時(shí)，可以不考慮豎向地震作用。ASCE/SEI7-05關(guān)于可靠性系數(shù)的規(guī)定如下：可靠性系數(shù)是考慮構(gòu)造體系贅余性和可靠性的系數(shù)，在以下情況應(yīng)取為1.0：①抗震設(shè)防類別為B類和C類的構(gòu)造；②側(cè)移計(jì)算以及考慮P-Δ效應(yīng)時(shí)；③非構(gòu)造構(gòu)件的設(shè)計(jì)；④非建筑類構(gòu)造的設(shè)計(jì)；⑤考慮地震力放大系數(shù)的連接組件的接頭設(shè)計(jì)；⑥要求采用地震力放大系數(shù)的接頭設(shè)計(jì)；⑦計(jì)算樓層水平分布力時(shí)；⑧效能減震構(gòu)造體系的設(shè)計(jì)。對(duì)于抗震設(shè)防類別為D、E、F類的構(gòu)造，一般情況下應(yīng)取為1.3，但以下兩類情況可取為1.0：①每一個(gè)樓層都需要抵抗超過(guò)35%的基底剪力的情況；②構(gòu)造所有樓層的平面規(guī)那么，并且在任一樓層的任一方向的抗側(cè)力體系至少有兩個(gè)開(kāi)間都需要抵抗超過(guò)35%的基底剪力的情況。與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相比，在地震作用效應(yīng)組合方面的主要差異是：①美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算地震力時(shí)，水平地震作用和豎向地震作用總是同時(shí)考慮的。而中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)只有8度和9度時(shí)的大跨構(gòu)造、長(zhǎng)懸臂構(gòu)造、煙囪和類似高聳構(gòu)造以及9度時(shí)的高層建筑，才考慮豎向地震作用。②美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)還引入了考慮構(gòu)造體系贅余性和可靠性的可靠性系數(shù)。地震作用分項(xiàng)系數(shù)那么隨的變化而變化?！?〕GB50011-2001采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么，按分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)展設(shè)計(jì)。GB50011-2001截面的抗震承載力驗(yàn)算針對(duì)小震條件〔50年超越概率為63.2%的地震〕采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么，按分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)展設(shè)計(jì)：S≤R/γRE〔2-13〕式中：S—構(gòu)造構(gòu)件的地震作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；R—構(gòu)造構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；γRE—承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除GB50011-2001另有2.7.3截面抗震承載力驗(yàn)算的比較規(guī)定外，應(yīng)按表2-26采用。當(dāng)僅計(jì)算豎向地震作用時(shí)，各類構(gòu)造構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)均宜采用1.0。GB50011-2001的條文說(shuō)明中指出：構(gòu)造在設(shè)防烈度下的抗震驗(yàn)算根本上應(yīng)該是彈塑性變形驗(yàn)算，但為減少計(jì)算工作量并符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，對(duì)大局部構(gòu)造，將變形驗(yàn)算轉(zhuǎn)換為眾值烈度地震作用下構(gòu)件承載力驗(yàn)算的形式來(lái)表現(xiàn)。按照GB50068-2001?建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?的原那么，89標(biāo)準(zhǔn)與78標(biāo)準(zhǔn)在眾值烈度下有根本一樣的可靠指標(biāo)，GB50011-2001略有提高?；诖饲疤?，在確定地震作用分項(xiàng)系數(shù)的同時(shí)，那么可得到與抗力標(biāo)準(zhǔn)值Rk相應(yīng)的最優(yōu)抗力分項(xiàng)系數(shù)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為抗震的抗力函數(shù)〔即抗震承載力設(shè)計(jì)值RdE〕，使抗力分項(xiàng)系數(shù)取1.0或不出現(xiàn)?，F(xiàn)階段大局部構(gòu)造構(gòu)件截面抗震承載力驗(yàn)算時(shí)，采用了各有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的承載力設(shè)計(jì)值Rd，因此，抗震設(shè)計(jì)的抗力分項(xiàng)系數(shù)，就相應(yīng)地變?yōu)槌休d力設(shè)計(jì)值的抗震調(diào)整系數(shù)γRE，即γRE=Rd/RdE或RdE=Rd/γRE?！?〕ASI/AISC341-05按照美國(guó)鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AISC360-05的規(guī)定，既可采用荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法LRFD，也可采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法ASD。LRFD法與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的一樣，也是采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原那么，按分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)展設(shè)計(jì)；ASD法為傳統(tǒng)的單一平安系數(shù)的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，ASD與LRFD的平安度設(shè)置水平大體一樣，設(shè)計(jì)人員可在兩種方法中選擇其一進(jìn)展設(shè)計(jì)，但不能混用。1〕ANSI/AISC360-05的設(shè)計(jì)表達(dá)式LRFD：設(shè)計(jì)強(qiáng)度≥需要強(qiáng)度〔2-14〕或φRn≥UL〔2-15〕ASD：容許強(qiáng)度≥需要強(qiáng)度〔2-16〕或ΩRn≥UA〔2-17〕其中，φ為抗力系數(shù)；UL為考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)后的荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值，即需要強(qiáng)度；Ω為平安系數(shù)；UA為利用ASD法確定的荷載組合計(jì)算得到的需要強(qiáng)度。Rn為名義強(qiáng)度。有關(guān)φ及Ω的取值如表2-27所示。ANSI/AISC360-05建立了同類構(gòu)件的強(qiáng)度折減系數(shù)Ω〔ASD〕與抗力分項(xiàng)系數(shù)Φ〔LRFD〕之間的關(guān)系：

〔2-18〕1〕LRFD與ASD的目標(biāo)可靠指標(biāo)β通過(guò)可靠度校準(zhǔn)分析，LRFD與ASD對(duì)應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)β的要求見(jiàn)表2-28。2〕ANSI/AISC360-05的荷載組合根據(jù)ASCE/SEI7-05的規(guī)定，ANSI/AISC360-05采用的荷載組合見(jiàn)表2-293〕LRFD與ASD的平安度設(shè)置水平的比較以軸心受拉構(gòu)件為例加以說(shuō)明。用LRFD設(shè)計(jì)，抗力系數(shù)Φ=0.9，有：1.2D+1.6L=0.9Rn〔2-19〕或 1.33D+1.78L=Rn 〔LRFD〕〔2-20〕用ASD設(shè)計(jì)，軸心受拉構(gòu)件的平安系數(shù)為1.67，得：〔2-21〕或 1.67D+1.67L=Rn 〔ASD〕〔2-22〕可得： 〔2-23〕對(duì)于L/D接近于“0〞的情況，那么有：1.4D=0.90Rn〔2-24〕1.56D=Rn〔LRFD〕〔2-25〕 〔2-26〕上述公式計(jì)算結(jié)果的比較見(jiàn)圖2-10。由圖2-10可以看出：當(dāng)ρQ<3.0時(shí)，采用LRFD法進(jìn)展設(shè)計(jì)較為經(jīng)濟(jì)，或者說(shuō)采用ASD法進(jìn)展設(shè)計(jì)那么顯得過(guò)于保守；在ρQ=3.0時(shí)，ASD與LRFD的相當(dāng)平安系數(shù)相等；在ρQ>3.0時(shí)，LRFD比ASD的相當(dāng)平安系數(shù)要稍大，但兩者差距不大，采用LRFD進(jìn)展設(shè)計(jì)更為合理?！?〕GB50011-2001以及ANSI/AISC341-05進(jìn)展抗震驗(yàn)算的水準(zhǔn)不同，GB50011-2001針對(duì)的是“小震〞條件下的抗震承載力驗(yàn)算，而ANSI/AISC341-05針對(duì)的是相當(dāng)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“中震〞條件下的抗震承載力驗(yàn)算。〔1〕GB50011-2001關(guān)于抗震變形驗(yàn)算的規(guī)定1〕以下構(gòu)造如鋼筋混凝土框架、鋼筋混凝土框架-剪力墻、板柱-剪力墻、框架-核心筒、鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒、鋼筋混凝土框支層、多高層鋼構(gòu)造應(yīng)進(jìn)展多遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算，其樓層內(nèi)最大的彈性層間位移應(yīng)符合GB50011-2001的規(guī)定。GB50011-2001的條文說(shuō)明中指出：彈性變形驗(yàn)算屬于正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，各作用分項(xiàng)系數(shù)均取1.0。鋼筋混凝土構(gòu)造構(gòu)件的剛度，2.7.5抗震變形驗(yàn)算一般可取彈性剛度；當(dāng)計(jì)算的變形較大時(shí)，宜適當(dāng)考慮截面開(kāi)裂的剛度折減，如取0.85EcI0。2〕構(gòu)造在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算，應(yīng)符合以下要求：以下構(gòu)造應(yīng)進(jìn)展彈塑性變形驗(yàn)算：①8度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地和9度時(shí)，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架；②7～9度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架構(gòu)造；③高度大于150m的鋼構(gòu)造；④甲類建筑和9度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土構(gòu)造和鋼構(gòu)造；⑤采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)的構(gòu)造。以下構(gòu)造宜進(jìn)展彈塑性變形驗(yàn)算：①高度超限且豎向不規(guī)那么的高層建筑構(gòu)造；②7度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地和8度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土構(gòu)造和鋼構(gòu)造；③板柱-抗震墻構(gòu)造和底部框架磚房；④高度不大于150m的高層鋼構(gòu)造?！?〕ASCE/SEI7-05抗震變形驗(yàn)算的規(guī)定ASCE/SEI7-05在抗震變形驗(yàn)算的規(guī)定方面，以許用樓層位移Δa為控制變量，給出了設(shè)計(jì)地震條件下的抗震變形驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2-30。注：a：hsx為x層的樓層高度；b：抗震設(shè)防類別為D、E、F類的由單一抗彎框架構(gòu)成的抗側(cè)力體系，其許用樓層位移還應(yīng)滿足如下要求，即任一樓層的設(shè)計(jì)樓層位移Δ，不應(yīng)超過(guò)Δa/；〔即前文所述的可靠性系數(shù)〕c：沒(méi)有位移限制的帶有填充墻、隔墻、吊頂、圍護(hù)墻的單層構(gòu)造，應(yīng)按此樓層位移進(jìn)展設(shè)計(jì)；d：由砌體剪力墻組成的根本構(gòu)造體系，該剪力墻按照從根底伸出的豎向懸臂構(gòu)造設(shè)計(jì)，即剪力墻上的彎矩不能忽略的情況。在抗震變形驗(yàn)算方面，根據(jù)GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05的相關(guān)規(guī)定，相關(guān)比較結(jié)論如下：①GB50011-2001給出了構(gòu)造在“小震〞條件下，采用樓層內(nèi)最大彈性層間位移的控制指標(biāo)，進(jìn)展抗震變形驗(yàn)算的標(biāo)準(zhǔn)，以及“大震〞條件下，采用彈塑性層間位移的控制指標(biāo)，進(jìn)展薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算的標(biāo)準(zhǔn)；②ASCE/SEI7-05在設(shè)計(jì)地震條件下，針對(duì)不同構(gòu)造形式及建筑用途分類〔I類~IV類〕，采用許用樓層位移的控制指標(biāo)，給出了構(gòu)造抗震變形驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。地震作用的計(jì)算方法主要分為靜力計(jì)算方法和動(dòng)力計(jì)算方法兩類，其中底部剪力法〔ASCE/SEI7-05稱為“等效側(cè)向力法〞〔EquivalentLateralForceProcedure〕〕是常用的水平地震作用的靜力計(jì)算方法，也是GB50011-2001與ASCE/SEI7-05推薦采用的水平地震作用的計(jì)算方法之一。GB50011-2001規(guī)定，底部剪力法適用于高度不超過(guò)40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的構(gòu)造，而ASCE/SEI7-05等效側(cè)向力法的適用于抗震設(shè)防類別為B、C類的所有構(gòu)造以及抗震設(shè)防類別為D、E、F類的構(gòu)造。3中美抗震標(biāo)準(zhǔn)水平地震作用取值的比較本章擬在統(tǒng)一的“小震〞條件下，對(duì)GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)的水平地震作用取值進(jìn)展比較。3.1中美標(biāo)準(zhǔn)水平地震作用的計(jì)算方法3.1.1GB50011-2001水平地震作用的計(jì)算方法GB50011-2001規(guī)定底部剪力法適用于高度不超過(guò)40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的構(gòu)造，底部剪力法的計(jì)算公式為：FEk=α1Geq〔3-1〕式中：FEk—構(gòu)造總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；α1—相應(yīng)于構(gòu)造根本自振周期的水平地震影響系數(shù)，多層砌體房屋、底層框架和多層內(nèi)框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；Geq—構(gòu)造等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)可取總重力荷載代表值的0.85，即對(duì)于多質(zhì)點(diǎn)體系，式3-1應(yīng)變?yōu)镕Ek=0.85α1Geq。水平地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、設(shè)計(jì)地震分組和構(gòu)造自振周期以及阻尼比確定。水平地震影響系數(shù)α1針對(duì)“小震〞條件和“大震〞條件分別給出，其最大值αmax應(yīng)按表3-1采用，其他值應(yīng)按照?qǐng)D3-1所示的地震影響系數(shù)曲線確定；特征周期應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組按表3-2采用，計(jì)算8、9度罕遇地震作用時(shí)，特征周期應(yīng)增加0.05s。ASCE/SEI7-05規(guī)定的水平地震作用的靜力計(jì)算方法為等效側(cè)向力法〔EquivalentLateralForceProcedure〕，除抗震設(shè)防類別為D、E、F類的復(fù)雜構(gòu)造外，均可采用該方法計(jì)算地震作用。計(jì)算的設(shè)計(jì)基底剪力相當(dāng)于GB50011-2001的構(gòu)造總水平地震作用，設(shè)計(jì)基底剪力V應(yīng)按照下式計(jì)算：V=CS·W〔3-2〕式中，CS—為地震反響系數(shù)，應(yīng)按式〔3-3〕計(jì)算；W—為等效重力荷載，取值見(jiàn)表2-28。CS=SDS/〔R/I〕〔3-3〕3.1.2ASCE/SEI7-05水平地震作用的計(jì)算方法式中，SDS—為短周期設(shè)計(jì)反響譜加速度參數(shù)；R—為構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)，取值見(jiàn)表2-22；I—為抗震重要性系數(shù)，取值見(jiàn)表2-8。ASCE/SEI7-05規(guī)定CS不應(yīng)超過(guò)式〔3-4〕和式〔3-5〕規(guī)定的限值：CS≤SD1/T〔R/I〕當(dāng)T≤TL時(shí)〔3-4〕CS≤SD1TL/T2〔R/I〕當(dāng)T>TL時(shí)〔3-5〕式中，T—構(gòu)造根本周期；TL—長(zhǎng)周期限值，取值參見(jiàn)ASCE/SEI7-05第22章中TL分布圖；SD1—周期為1秒的設(shè)計(jì)反響譜加速度參數(shù)。同時(shí)CS不應(yīng)小于0.01，對(duì)位于S1大于0.6g地區(qū)的構(gòu)造，CS不應(yīng)小于0.5S1/〔R/I〕。比較式〔3-1〕與式〔3-2〕，GB50011-2001與ASCE/SEI7-05采用底部剪力法〔等效側(cè)向力法〕計(jì)算水平地震作用時(shí)，計(jì)算公式的形式是一致的，主要涉及4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)〔α1、Geq與CS、W〕，作為水平地震作用取值比較的前提，現(xiàn)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)展簡(jiǎn)要分析?！?〕對(duì)于等效重力荷載〔Geq或W〕的取值，在進(jìn)展水平地震作用取值的比較分析方面，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，可假定GB50011-2001與ASCE/SEI7-05的等效重力荷載取值水平根本一致；3.1.3水平地震作用計(jì)算公式相關(guān)參數(shù)的分析〔2〕GB50011-2001的水平地震影響系數(shù)α1，針對(duì)“小震〞條件和“大震〞條件分別給出，一般情況下應(yīng)按照?qǐng)D3-1的地震影響系數(shù)曲線確定，水平地震影響系數(shù)最大值αmax應(yīng)按表3-1采用；〔3〕ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS，針對(duì)設(shè)計(jì)地震〔相當(dāng)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的中震〕條件給出，考慮短周期設(shè)計(jì)反響譜加速度參數(shù)SDS、構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R、抗震重要性系數(shù)I計(jì)算得到。其中設(shè)計(jì)反響譜加速度參數(shù)SDS的取值和構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R的取值及抗震重要性系數(shù)I的取值見(jiàn)前述；〔4〕GB50011-2001的水平地震影響系數(shù)α1與ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS各針對(duì)不同的地震作用條件給出，在進(jìn)展相關(guān)比較時(shí)，應(yīng)注意統(tǒng)一比較標(biāo)準(zhǔn)?！?〕假定GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展水平地震作用計(jì)算所考慮的重力荷載取值是根本一樣的?！?〕GB50011-2001的水平地震影響系數(shù)α1針對(duì)“小震〞和“大震〞條件分別給出，ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS針對(duì)設(shè)計(jì)地震條件給出，為了保證水平地震作用取值比較3.2中美標(biāo)準(zhǔn)水平地震作用取值的比較分析〔2〕GB50011-2001的水平地震影響系數(shù)α1針對(duì)“小震〞和“大震〞條件分別給出，ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS針對(duì)設(shè)計(jì)地震條件給出，為了保證水平地震作用取值比較的起點(diǎn)一致，需要對(duì)ASCE/SEI7-05水平地震作用的計(jì)算結(jié)果乘以“1/2.8〞的系數(shù)，相應(yīng)選取GB50011-2001小震條件下的水平地震影響系數(shù)α1，以保證GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)的水平地震作用取值在相當(dāng)于我國(guó)“小震〞條件下進(jìn)展比較。〔3〕本章選取GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05兩本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，相當(dāng)于GB50011-2001小震條件下的水平地震作用最大值進(jìn)展比較分析?？紤]GB50011-2001抗震設(shè)防烈度為7度~9度，抗震設(shè)防類別為丙類，場(chǎng)地類別為II類的條件，相應(yīng)ASCE/SEI7-05的短周期地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度SS為0.55g~1.58g，〔見(jiàn)表3-3〕，建筑用途分類為II類，場(chǎng)地類別為D類的條件，以及抗彎框架體系中3種有代表性的構(gòu)造體系：特殊的鋼抗彎框架、中等的鋼抗彎框架、普通的鋼抗彎框架。兩本標(biāo)準(zhǔn)的水平地震作用取值的比較計(jì)算條件見(jiàn)表3-4。按照前述計(jì)算條件，分別計(jì)算GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標(biāo)準(zhǔn)的水平地震作用，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-5。前面已假定GB50011-2001與ASCE/SEI7-05的等效重力荷載取值水平根本一致，即Geq=W，進(jìn)而得到圖3-2。由表3-5及圖3-2可以看出：〔1〕在統(tǒng)一的“小震〞條件下，GB50011-2001的水平地震作用取值明顯大于ASCE/SEI7-05的水平地震作用取值，隨著抗震設(shè)防烈度〔或短周期地震地面運(yùn)動(dòng)最大加速度〕的提高，差距逐漸增大?？拐鹪O(shè)防烈度為7度〔0.10g〕時(shí)，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大44.4%；抗震設(shè)防烈度為7度〔0.15g〕時(shí)，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大51.0%；抗震設(shè)防烈度為8度〔0.20g〕時(shí)，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大58.8%；抗震設(shè)防烈度為8度〔0.30g〕時(shí)，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大67.2%；抗震設(shè)防烈度為9度〔0.40g〕時(shí)，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大71.7%?！?〕本文只針對(duì)水平地震作用峰值進(jìn)展了比較，假設(shè)考慮不同特征周期構(gòu)造的水平地震作用取值，特別是考慮長(zhǎng)周期構(gòu)造的水平地震作用取值時(shí)，所得結(jié)論會(huì)有一些變化。

分別運(yùn)用中美抗震標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某20層中心支撐鋼框架構(gòu)造進(jìn)展設(shè)計(jì)分析，該建筑位于北京某地區(qū)，設(shè)防烈度為8度，地面設(shè)計(jì)加速度為0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為III類，特征周期Tg為0.25s。構(gòu)造詳細(xì)信息見(jiàn)表4-1所示。4.1根本計(jì)算參數(shù)4.1.1設(shè)計(jì)條件4中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)平安度設(shè)置水平的比較為初步反映中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)平安度設(shè)置水平，擬分別利用中美標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某中心支撐鋼框架構(gòu)造進(jìn)展分析。表4-1構(gòu)造計(jì)算模型簡(jiǎn)介為便于比較，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取建筑的重要性系數(shù)為1.0；中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取建筑的設(shè)防類別為丙類，地震作用和抗震措施均按本地區(qū)設(shè)防烈度進(jìn)展設(shè)計(jì)。4.1.2構(gòu)造重要性的統(tǒng)一如前所述，中美兩國(guó)抗震標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地土類別對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-2所示。由于該建筑位于北京某地區(qū)的場(chǎng)地類別為Ⅲ類，對(duì)應(yīng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地類別為D類。4.1.3場(chǎng)地類別的統(tǒng)一表4-2兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等效剪切波速與場(chǎng)地類別劃分比照4.1.4地震作用參數(shù)的統(tǒng)一如前所述，中國(guó)地震分區(qū)與ASCE/SEI7-05中的譜加速度值〔g〕存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，表4-3為場(chǎng)地類別為III類條件下〔對(duì)應(yīng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地類別為D類〕，中國(guó)地震分區(qū)在ASCE/SEI7-05中的譜加速度值〔g〕。從表中可以看出，對(duì)應(yīng)設(shè)防烈度為8度，地面設(shè)計(jì)加速度為0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組的條件下。相應(yīng)在ASCE/SEI7-05中的短周期反響譜加速度SS及1s周期反響譜加速度S1分別為1.04g和0.28g。美國(guó)“最大考慮地震〞Ss的50年超越概率為2%，地震重現(xiàn)期為2475年，這與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大震的重現(xiàn)期相當(dāng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，“最大考慮地震〞地面運(yùn)動(dòng)加速度乘以2/3，折減至“設(shè)計(jì)地震〞水平，其地震水平對(duì)應(yīng)的50年超越概率為5%～10%，與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的中震水平大致相當(dāng)。最后根據(jù)不同構(gòu)造的延性考慮構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R，ASCE/SEI7-05再次對(duì)地震作用折減后進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)按中震烈度(50年超越概率10%)對(duì)全國(guó)進(jìn)展地震危害程度劃分，然后折減大約1.55度至小震(50年超越概率63.2%)水平進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)。ASCE/SEI7-05通過(guò)場(chǎng)地調(diào)整系數(shù)反映場(chǎng)地土軟硬對(duì)構(gòu)造地震作用的影響，該建筑位于北京某地區(qū)的場(chǎng)地類別為III類，結(jié)合表4-1可知，對(duì)應(yīng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地類別為D類。查表4-4和表4-5，D類場(chǎng)地系數(shù)Fa和Fv分別為1.1和1.6。由此得到本算例中對(duì)應(yīng)的短周期反響譜加速度SDS和1s周期反響譜加速度設(shè)計(jì)值SD1分別為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〕圖4-2為ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計(jì)反響譜曲線，在按上述計(jì)算得到SDS和SD1后，對(duì)應(yīng)圖4-2可以確定相應(yīng)其它與抗震設(shè)計(jì)反響譜曲線有關(guān)的參數(shù)，如T0、TS等。4.1.5構(gòu)造延性的統(tǒng)一美國(guó)ASCE/SEI7-05把地震作用折減至設(shè)計(jì)地震水平以后，還要按照構(gòu)造的延性和耗能能力再進(jìn)展一次折減。一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)造延性等級(jí)可分為普通(Odinary)、中等(Intermediate)和特殊(Special)三個(gè)等級(jí)，這三者代表構(gòu)造的延性和耗能能力依次增強(qiáng)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)人員通過(guò)一定的抗震構(gòu)造措施，對(duì)同一構(gòu)造類型實(shí)現(xiàn)不同的延性水平。表4-6是局部鋼構(gòu)造建筑的反響修正系數(shù)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)直接按照“小震〞地震烈度進(jìn)展彈性設(shè)計(jì)?！靶≌皎暤卣鹆叶认喈?dāng)于通過(guò)“中震〞地震烈度除以統(tǒng)一的折減系數(shù)C得到，C值約為2.8。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有延性等級(jí)的劃分，從對(duì)構(gòu)造延性的要求和構(gòu)造的構(gòu)造措施看，中國(guó)的構(gòu)造體系與美國(guó)的普通抗彎構(gòu)造體系相近。應(yīng)該指出，ASCE/SEI7-05規(guī)定直接按照設(shè)計(jì)地震條件〔與我國(guó)“中震〞水準(zhǔn)相當(dāng)〕計(jì)算地震作用，為了保證水平地震作用取值的起點(diǎn)一致，需要對(duì)ASCE/SEI7-05水平地震作用的計(jì)算結(jié)果乘以“1/2.8〞的系數(shù)，以保證地震作用相當(dāng)于在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的“小震〞條件下進(jìn)展設(shè)計(jì)。

綜上，在本算例中采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的地震反響系數(shù)最大值Cs〔相當(dāng)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的水平地震影響系數(shù)最大值αmax〕為Cs=1/2.8SDS/〔R/I〕=1/2.8×0.76/〔5/1.0〕=0.054〔4-9〕依據(jù)GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)防烈度為8度且地面設(shè)計(jì)加速度為0.2g時(shí)的地震影響系數(shù)最大值αmax為0.16g。4.2兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)地震作用計(jì)算結(jié)合上述根本計(jì)算參數(shù)，對(duì)本算例按照兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)展地震作用計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4-3；同時(shí)給出當(dāng)其它條件不變，該建筑處于堅(jiān)硬場(chǎng)地下〔對(duì)應(yīng)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為I類場(chǎng)地，對(duì)應(yīng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為B類場(chǎng)地〕時(shí)，采用兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)得到的中心支撐抗彎框架層間剪力值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4-4。從以上數(shù)據(jù)可以看出：1〕軟弱場(chǎng)地條件下，利用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的普通中心支撐抗彎框架的地震總剪力相當(dāng)于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值的22%。2〕堅(jiān)硬場(chǎng)地條件下，利用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的普通中心支撐抗彎框架地震總剪力相當(dāng)于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值的13.5%。3〕按中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果，對(duì)此20層中心支撐框架建筑，III類場(chǎng)地地震總剪力比I類場(chǎng)地計(jì)算結(jié)果增長(zhǎng)約22%，而按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的D類場(chǎng)地的地震總剪力比B類場(chǎng)地計(jì)算結(jié)果增長(zhǎng)約83%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果的增幅。4〕從計(jì)算結(jié)果看，場(chǎng)地土變軟后，兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的地震力均增大，但美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果相對(duì)中國(guó)標(biāo)