中美混凝土抗震設(shè)計規(guī)范對比

中美混凝土抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)比照中美混凝土抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)比照系所：專業(yè)：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：目錄1概述 32荷載組合 42.1中國標(biāo)準(zhǔn)荷載組合 42.1.1承載能力極限狀態(tài)的荷載組合 42.1.2正常使用極限狀態(tài)的荷載組合 52.2美國標(biāo)準(zhǔn)荷載組合 62.1.1承載能力極限狀態(tài)的荷載組合 62.1.2正常使用極限狀態(tài)的荷載組合 72.3中美荷載組合比照 73抗震設(shè)計根本原那么 83.1抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn) 83.1.1我國抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn) 83.1.2美國抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn) 83.1.3中美抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)比照 93.2建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性 93.2.1我國建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性 103.2.2美國建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性[5] 113.1.3中美建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性比照 134抗震設(shè)計方法 134.1我國抗震設(shè)計方法 144.2美國抗震設(shè)計方法 144.3中美抗震設(shè)計方法比照 145抗震設(shè)計反響譜 155.1我國抗震設(shè)計反響譜 155.2美國抗震設(shè)計反響譜 165.3中美抗震設(shè)計反響譜比照 185.3.1反響譜處理比照 185.3.2反響譜曲線比擬 196地震作用計算方法 206.1地震作用計算方法的選定 206.1.1我國地震作用方法的選定 206.1.2美國地震作用方法的選定 216.1.3中美地震作用方法選定的比照 216.2底部剪力法〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕 216.2.1我國底部剪力法計算 226.2.2美國底部剪力法計算〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕 236.2.3中美標(biāo)準(zhǔn)底部剪力法計算比照 247結(jié)語 27參考文獻(xiàn) 281概述近來我國在國際上承當(dāng)?shù)墓こ坦こ淘絹碓蕉?，很多國家和地區(qū)都要求采用美國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，因此有必要學(xué)習(xí)美國標(biāo)準(zhǔn)，并了解美國標(biāo)準(zhǔn)與我國標(biāo)準(zhǔn)間的差異。本文比照了中美兩國標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于荷載組合、抗震設(shè)計根本原那么〔主要比照抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)、建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性這兩方面的內(nèi)容〕、抗震設(shè)計方法這三方面的內(nèi)容。比照的標(biāo)準(zhǔn)介紹如下：ASCE/SEI7-10：是按概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么和結(jié)構(gòu)可靠度理論編制的，統(tǒng)一了美國各種結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的根本設(shè)計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)的組合原那么和計算公式、荷載分項系數(shù)及組合系數(shù)的取值規(guī)定等，類似于我國的荷載標(biāo)準(zhǔn)，并包括了類似于我國抗震標(biāo)準(zhǔn)中的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、地震動參數(shù)及地震作用的取值標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。UBC97：UniformBuildingCode,UBC——?統(tǒng)一建筑標(biāo)準(zhǔn)?是美國第一個帶有建筑抗震內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，第一版于1927年出版，由“國際建筑官員協(xié)會〞〔InternationalConferenceofBuildingOfficials，即ICBO〕出版發(fā)行，主要用于美國西部各州，是被廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)之一。IBC-2023：IBC標(biāo)準(zhǔn)第一版于2000年公布，每三年修訂一次，自此,其他3本通用標(biāo)準(zhǔn)便不再更新,IBC標(biāo)準(zhǔn)逐漸成為了美國全國唯一的通用建筑標(biāo)準(zhǔn)。IBC標(biāo)準(zhǔn)的公布與實施，取代了UBC、SBC和NBC等標(biāo)準(zhǔn)，從而使美國的新建建筑標(biāo)準(zhǔn)到達(dá)了統(tǒng)一。在抗震設(shè)計方面，IBC大多引用了ASCE7-10的內(nèi)容?？梢园袸BC視為一個標(biāo)準(zhǔn)門戶，由它通向各個專門標(biāo)準(zhǔn)。?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕：?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，由中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主編。按該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計的建筑，其根本的抗震設(shè)防目標(biāo)是：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，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當(dāng)采用抗震性能化設(shè)計時，具有更具體或更高的抗震設(shè)防目標(biāo)。?建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50009-2023〕：?建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)?也是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，由中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主編。該標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及的作用應(yīng)包括直接作用(荷載)和間接作用，而該標(biāo)準(zhǔn)僅對荷載和溫度作用作出規(guī)定，有關(guān)可變荷載的規(guī)定同樣適用于溫度作用。2荷載組合通過閱讀美國標(biāo)準(zhǔn)?MinimumDesignLoadsforBuildingandOtherStructures?〔ASCE/SEI7-10〕和中國標(biāo)準(zhǔn)?建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50009-2023〕、?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕關(guān)于荷載組合的規(guī)定，比照與分析中美荷載組合的異同，加深對中國標(biāo)準(zhǔn)荷載組合規(guī)定的理解，初步了解美國標(biāo)準(zhǔn)對荷載組合的相關(guān)規(guī)定。2.1中國標(biāo)準(zhǔn)荷載組合中國設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的荷載組合是根據(jù)現(xiàn)行〔GB50009-2023〕、?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合建筑的自身特點制定的。標(biāo)準(zhǔn)給出的荷載組合表達(dá)式都是以荷載與荷載效應(yīng)有線性關(guān)系為前提，并且要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，并應(yīng)取各自的最不利的組合進(jìn)行設(shè)計。2.1.1承載能力極限狀態(tài)的荷載組合對于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載的根本組合或偶然組合計算荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值，并應(yīng)采用以下設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計：式中：——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用；——荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值；——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定取值。根本組合荷載根本組合的效應(yīng)設(shè)計值，應(yīng)從以下荷載組合值中取最不利的效應(yīng)設(shè)計值確定：1〕由可變荷載控制的效應(yīng)設(shè)計值，按下式計算：式中：——第j個永久荷載的分項系數(shù)；——第i個可變荷載的分項系數(shù)；——第i個可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)，其中為主導(dǎo)可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)；——按第j個永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值；——按第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者；——第i個可變荷載的組合值系數(shù)；m——參與組合的永久荷載數(shù)；n——參與組合的可變荷載數(shù)。2〕由可變荷載控制的效應(yīng)設(shè)計值，按下式計算：3〕根本組合的荷載分項系數(shù)，應(yīng)按以下規(guī)定采用：a)永久荷載的分項系數(shù)應(yīng)符合以下規(guī)定：eq\o\ac(○,1)當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)?。?.2，對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1．35；

eq\o\ac(○,2)當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，不應(yīng)大于1．0。b)可變荷載的分項系數(shù)應(yīng)符合以下規(guī)定：

eq\o\ac(○,1)對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載，應(yīng)取1．3；

eq\o\ac(○,2)其他情況，應(yīng)取1．4。c)對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，荷載的分項系數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2、偶然組合中國標(biāo)準(zhǔn)指明對于偶然組合、偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù)；與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當(dāng)?shù)拇碇?；其次，對偶然設(shè)計狀況，不必同時考慮兩種偶然荷載；第三，設(shè)計時應(yīng)區(qū)分偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后的兩種不同設(shè)計狀況。2.1.2正常使用極限狀態(tài)的荷載組合正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是驗算結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的變形、裂縫、沉降、振幅、加速度或應(yīng)力等，并控制它們不超過限值，按下式進(jìn)行設(shè)計：式中：C——結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件到達(dá)正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、沉降、振幅、加速度或應(yīng)力等的限值，應(yīng)按各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采用。中國標(biāo)準(zhǔn)給出短期和長期兩種效應(yīng)的組合：當(dāng)考慮短期荷載效應(yīng)時，可根據(jù)不同的設(shè)計要求，分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合；當(dāng)考慮長期荷載效應(yīng)時，采用準(zhǔn)永久組合。荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的效應(yīng)設(shè)計值應(yīng)按下式計算：荷載頻遇組合的效應(yīng)設(shè)計值應(yīng)按下式計算：荷載準(zhǔn)永久組合的效應(yīng)設(shè)計值應(yīng)按下式計算：2.2美國標(biāo)準(zhǔn)荷載組合美國荷載標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于荷載組合的規(guī)定也是基于一階受力分析的根底上的，并且也要求結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計。2.1.1承載能力極限狀態(tài)的荷載組合1、根本組合美國標(biāo)準(zhǔn)給出了兩種根本荷載組合，分別為極限強度設(shè)計的荷載組合〔Combiningfactorloadsusingstrengthdesign〕以及容許強度設(shè)計的荷載組合〔Combiningnominalloadsusingallowablestressdesign〕。這兩種組合都可以用于結(jié)構(gòu)強度驗算，但需分別應(yīng)用于不同的設(shè)計方法：荷載抗力系數(shù)設(shè)計法〔LRFD〕和容許應(yīng)力設(shè)計法〔ASD〕。表1為美國的根本荷載組合的表達(dá)式：表1美國標(biāo)準(zhǔn)的荷載根本組合用于極限強度涉及到荷載根本組合用于容許強度設(shè)計的荷載根本組合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)用于極限強度涉及到荷載根本組合用于容許強度設(shè)計的荷載根本組合7)0.9D+1.0E+1.6H7)0.6D+W+H8)0.6D+0.7E+H其中：D為恒荷載；L為活荷載；Lr為屋頂活荷載；S為雪荷載；R為雨水荷載；W為風(fēng)荷載；E為地震荷載；F為有明確壓力及高度峰值的流體荷載；H為由土、地下水或大量材料產(chǎn)生的壓力；T為自應(yīng)變荷載。偶然組合美國標(biāo)準(zhǔn)提出特殊情況的荷載組合〔Loadcombinationsforextraordinaryevents，即對應(yīng)中國的偶然組合〕需要有適用的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)或權(quán)威部門的規(guī)定，結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定必須能夠抵抗特殊情況的荷載效應(yīng)如火災(zāi)、爆炸和沖擊荷載。對于偶然設(shè)計狀況，應(yīng)采用偶然組合。美國標(biāo)準(zhǔn)僅在條文說明中給出了建議的組合形式，其中偶然荷載的荷載系數(shù)也是取1.0。2.1.2正常使用極限狀態(tài)的荷載組合美國標(biāo)準(zhǔn)僅在附錄中提及關(guān)于正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些要求，并在條文說明中給出了相應(yīng)的組合形式。表2為美國標(biāo)準(zhǔn)的正常使用極限狀態(tài)的荷載組合情況：表2美國標(biāo)準(zhǔn)的正常使用極限狀態(tài)的荷載組合短期荷載效應(yīng)的組合長期荷載效應(yīng)的組合D+LD+0.5SD+0.5LD+0.5L+0.7W2.3中美荷載組合比照中國標(biāo)準(zhǔn)的荷載組合與美國標(biāo)準(zhǔn)的荷載組合在組合概念上是相似的，只是兩國標(biāo)準(zhǔn)組合中的具體荷載系數(shù)有差異。例如：1〕中國標(biāo)準(zhǔn)中考慮地震荷載的組合時，風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，一般結(jié)構(gòu)取0.0，風(fēng)荷載起控制作用的建筑采用0.2，其中風(fēng)荷載起控制作用指風(fēng)荷載和地震作用產(chǎn)生的總剪力和傾覆力矩相當(dāng)?shù)那闆r，而美國荷載標(biāo)準(zhǔn)那么明確指出地震作用和風(fēng)荷載可以不同時組合；2〕中國標(biāo)準(zhǔn)的荷載組合的設(shè)計值中采用了荷載分項系數(shù)的方式，荷載分項系數(shù)是根據(jù)荷載不同的變異系數(shù)和荷載的具體組合情況〔包括不同荷載的效應(yīng)比〕，以及與抗力有關(guān)的分項系數(shù)的取值水平等因素確定的，而美國標(biāo)準(zhǔn)中未提出“荷載分項系數(shù)〞的概念，但根據(jù)表2美國標(biāo)準(zhǔn)的荷載根本組合，我們可以得到類似荷載分項系數(shù)的荷載系數(shù)。[1]3抗震設(shè)計根本原那么抗震設(shè)計的根本原那么包括抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)、建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)分析、隔震和消能減震設(shè)計、結(jié)構(gòu)材料和施工等方面的要求。本文主要比照了中國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)在抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)、建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性這兩方面的異同。主要比照標(biāo)準(zhǔn)中：?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕、IBC-2023、UBC97。3.1抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)3.1.1我國抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)我國?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕〔以下稱“10抗震標(biāo)準(zhǔn)〞〕仍舊采用“三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，兩階段設(shè)計步驟〞的抗震設(shè)計思想，并明確規(guī)定“當(dāng)遭到低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需要修理可繼續(xù)使用；到遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需要修理仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。〞這個抗震設(shè)防目標(biāo)，簡稱“小震不壞，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％，重現(xiàn)期50年；設(shè)防烈度地震〔中震〕50年超越概率10％，重現(xiàn)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％，重現(xiàn)期為1640年～2400年。3.1.2美國抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)美國標(biāo)準(zhǔn)UBC97沒有明確給出分層次的抗震設(shè)防目標(biāo),僅提出“抗震設(shè)防目標(biāo)是防止結(jié)構(gòu)倒塌和人身傷亡，而不是限制結(jié)構(gòu)和保證結(jié)構(gòu)功能〞。美國標(biāo)準(zhǔn)在2000年以前的?統(tǒng)一建筑標(biāo)準(zhǔn)?UBC系列中,一直是以50年超越概率10%的地震地面運動作為設(shè)計地震；在2000年以后的?國際建筑標(biāo)準(zhǔn)?IBC系列中,那么是以50年超越概率2%定義的最大考慮地震MCE(MaximumConsid-eredEarthquake)進(jìn)行全國的地震動區(qū)劃,并以最大考慮地震的2/3作為設(shè)計地震(大體上相當(dāng)于50年超越概率為10%的地震)。美國標(biāo)準(zhǔn)雖然沒有明確的分層次抗震設(shè)防目標(biāo),它以單一水準(zhǔn)下的“大震〞(50年超越概率為2%的地震)作為代表,在進(jìn)行實際抗震設(shè)計時用2/3的系數(shù)將其折減為接近于“中震〞的設(shè)計地震(50年超越概率為10%),再選擇結(jié)構(gòu)的不同延性等級來滿足其抵抗各種水準(zhǔn)地震的要求,即在總體上仍然表達(dá)了分層次設(shè)防的原那么。美國IBC-2023的抗震目標(biāo)是“為設(shè)計、構(gòu)建抵抗地震的建筑物提供最低標(biāo)準(zhǔn)〞[2]，其采用的基準(zhǔn)設(shè)防地震作用可以歸納為以下幾點：1、假設(shè)所有地區(qū)均采用50年超越概率10％的地震作用作為基準(zhǔn)設(shè)防地震作用，將導(dǎo)致在強地震作用下，不同地區(qū)結(jié)構(gòu)倒塌的風(fēng)險存在明顯差異，2、采用2/3的最大考慮地震作用作為基準(zhǔn)設(shè)防地震作用保證了在全國范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)在所考慮的最大地震作用下具有大致相同的倒塌風(fēng)險；3、所考慮的最大地震作用，在美國中部和東部地區(qū)為對應(yīng)50年超越概率2％均值強度水準(zhǔn)的地震作用，在美國西部地區(qū)為對應(yīng)50年超越概率2％～5％不等的均值強度水準(zhǔn)的地震作用；4、基準(zhǔn)設(shè)防地震作用在美國中部和東部地區(qū)得到明顯提高，大致對應(yīng)50年超越概率5％均值強度水準(zhǔn)的地震作用，在美國西部地區(qū)那么大致對應(yīng)50年超越概率10％均值強度水準(zhǔn)的地震作用。3.1.3中美抗震設(shè)防目標(biāo)和水準(zhǔn)比照美國標(biāo)準(zhǔn)正由單一設(shè)防水準(zhǔn)向多級設(shè)防水準(zhǔn)轉(zhuǎn)變，由于不同地區(qū)地震作用的影響不同，因而對不同地區(qū)采取了不同設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。但美國標(biāo)準(zhǔn)在采取多級設(shè)防水準(zhǔn)的同時卻并未采用多級設(shè)防目標(biāo)。相比美國標(biāo)準(zhǔn)，10抗震標(biāo)準(zhǔn)采用了多級設(shè)防目標(biāo)，在抗震設(shè)計概念上比美國標(biāo)準(zhǔn)更為明確；且10抗震標(biāo)準(zhǔn)還對“小震〞條件下的抗震設(shè)防水準(zhǔn)和目標(biāo)有所要求。但10抗震標(biāo)準(zhǔn)依然對全國不同地區(qū)采用相同的設(shè)防水準(zhǔn)，這樣的規(guī)定很大程度上會造成某些地區(qū)建筑物的抗震能力缺乏，而另一些地區(qū)建筑物的抗震能力過。[3]比照10抗震標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)可知，美國標(biāo)準(zhǔn)的要求相當(dāng)于我國抗震標(biāo)準(zhǔn)“不倒〞的要求；對于基準(zhǔn)設(shè)防地震，我國的要求是“中震可修〞。在設(shè)防目標(biāo)上，10抗震標(biāo)準(zhǔn)的要求要比美國標(biāo)準(zhǔn)高一個級別，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，10抗震標(biāo)準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)的地震作用和抗震構(gòu)造措施的要求比美國標(biāo)準(zhǔn)的要求相應(yīng)高一個級別。3.2建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性建筑結(jié)構(gòu)平、立面的規(guī)那么性布置是抗震設(shè)計中首要注重的問題，因為震害說明簡單、對稱的結(jié)構(gòu)在地震時較不容易產(chǎn)生破壞。原因很清楚，簡單、對稱的結(jié)構(gòu)容易估算其地震反響，且容易采取抗震構(gòu)造措施。為保證結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師需要共同協(xié)調(diào)、相互配合，才能設(shè)計出具有良好抗震性能的建筑。3.2.1我國建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性10抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)那么、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)那么，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，防止抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變〞。表3和表4分別給出了平面不規(guī)那么和豎向不規(guī)那么的類型。表3平面不規(guī)那么的主要類型表4豎向不規(guī)那么的主要類型將不規(guī)那么結(jié)構(gòu)在抗震上的不利因素歸結(jié)起來，有以下2條：1、對合理有效的布置抗側(cè)力構(gòu)件產(chǎn)生不利的影響，減弱或甚至嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力；2、對合理有效的結(jié)構(gòu)計算模型產(chǎn)生不利的影響，以致不能正確估算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的實際受力狀況及變形情況，往往低估了結(jié)構(gòu)某些部位的實際應(yīng)力和變形，特別是應(yīng)力集中和變形集中部位。為此，10標(biāo)準(zhǔn)第3.4.4條規(guī)定對于建筑形體及其構(gòu)件布置不規(guī)那么時，應(yīng)按以下要求進(jìn)行地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施：1、平面不規(guī)那么而豎向規(guī)那么的建筑，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，并應(yīng)符合以下要求：1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么時，應(yīng)計入扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍，當(dāng)最大層間位移遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值時，可適當(dāng)放寬；2)凹凸不規(guī)那么或樓板局部不連續(xù)時，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型；高烈度或不規(guī)那么程度較大時，宜計入樓板局部變形的影響；3)平面不對稱且凹凸不規(guī)那么或局部不連續(xù)，可根據(jù)實際情況分塊計算扭轉(zhuǎn)位移比，對扭轉(zhuǎn)較大的部位應(yīng)采用局部的內(nèi)力增大系數(shù)。2、平面規(guī)那么而豎向不規(guī)那么的建筑，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，剛度小的樓層的地震剪力應(yīng)乘以不小于1.15的增大系數(shù)，其薄弱層應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析，并應(yīng)符合以下要求：1)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時，該構(gòu)件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)根據(jù)烈度上下和水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的類型、受力情況、幾何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系數(shù)；2)側(cè)向剛度不規(guī)那么時，相鄰層的側(cè)向剛度比應(yīng)依據(jù)其結(jié)構(gòu)類型符合本標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)章節(jié)的規(guī)定；3)樓層承載力突變時，薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于相鄰上一樓層的65％。3、平面不規(guī)那么且豎向不規(guī)那么的建筑，應(yīng)根據(jù)不規(guī)那么類型的數(shù)量和程度，有針對性地采取不低于本條1、2款要求的各項抗震措施。特別不規(guī)那么的建筑，應(yīng)經(jīng)專門研究，采取更有效的加強措施或?qū)Ρ∪醪课徊捎孟鄳?yīng)的抗震性能化設(shè)計方法。3.2.2美國建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性[5]UBC97及IBC-2023關(guān)于不規(guī)那么結(jié)構(gòu)的規(guī)定相似，均對對建筑平面和豎向的規(guī)那么性提出了要求，IBC-2023還作了補充〔補充內(nèi)容為表5的1b項及表6的1b項〕，其具體規(guī)定見表5、表6：表5結(jié)構(gòu)平面不規(guī)那么〔IBC-2023〕不規(guī)那么形式與定義1a扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么——非柔性橫隔板在結(jié)構(gòu)一端垂直于軸線的樓層側(cè)移大于結(jié)構(gòu)兩端樓層側(cè)移平均值的1.2倍時，可認(rèn)為存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么，計算中包括附加扭轉(zhuǎn)1b極度扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么——非柔性橫隔板在結(jié)構(gòu)一端垂直于軸線的樓層側(cè)移大于結(jié)構(gòu)兩端樓層側(cè)移平均值的1.4倍時，可認(rèn)為極度扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么，計算中包括附加扭轉(zhuǎn)2凹角結(jié)構(gòu)在兩個方向投影超出凹角邊長度局部大于所考慮方向結(jié)構(gòu)平面尺寸的15％時，結(jié)構(gòu)的平面及其抗側(cè)力體系存在凹角不規(guī)那么3橫隔板不聯(lián)系橫隔板在剛度上有突變或不連續(xù)局部，包括其切口或開口面積大于橫隔板總面積的50％，或從一層到下一層有效橫隔板剛度改變超50％4平面外偏置側(cè)力傳遞路線不連續(xù)，如豎向構(gòu)件偏置在平面外5非平行體系豎向的側(cè)力承載構(gòu)件或抗側(cè)力構(gòu)件對于抗側(cè)力體系的主正交軸不平行或不對稱表6結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)那么〔IBC-2023〕不規(guī)那么形式與定義1a剛度不規(guī)那么——軟層該層的側(cè)向剛度小于其上一層樓層側(cè)向剛度的70％或小于其上3層樓層平均側(cè)向剛度的80％1b剛度不規(guī)那么——極度軟層該層的側(cè)向剛度小于其上一層樓層側(cè)向剛度的60％或小于其上3層樓層平均側(cè)向剛度的70％2重量〔質(zhì)量〕不規(guī)那么任何一層的有效質(zhì)量為相鄰層的有效質(zhì)量150％以上，可視為質(zhì)量不規(guī)那么，但屋頂下一層的質(zhì)量大于屋頂層150％時，不視為不規(guī)那么3豎向幾何不規(guī)那么任何一層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的水平尺寸為相鄰層的130％以上，可視為豎向幾何不規(guī)那么，單層突出屋面的小房間不考慮在內(nèi)不規(guī)那么形式與定義〔續(xù)〕4豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件在平面內(nèi)不連續(xù)抗側(cè)力荷載構(gòu)件在平面內(nèi)的偏置局部，其長度大于這些構(gòu)件的長度5承載力不連續(xù)——弱層改層的承載力小于其上一層承載力的80％時，成為弱層。樓層承載力是指在所考慮方向承受樓層剪力的所有抗震構(gòu)件的承載力之和3.1.3中美建筑設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)那么性比照比照中美兩國抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對于平面和豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)那么的定義，明顯可見兩國標(biāo)準(zhǔn)間的差異。1、平面不規(guī)那么的主要差異：1〕關(guān)于“扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么〞：美國標(biāo)準(zhǔn)分為扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么和極度扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么兩類，明確提出是針對剛性隔板〔非柔性樓板〕；而10抗震標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么，其標(biāo)準(zhǔn)與美國標(biāo)準(zhǔn)的扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么規(guī)定相同；2〕關(guān)于“凹凸不規(guī)那么〞：美國標(biāo)準(zhǔn)那么規(guī)定“大于所考慮方向結(jié)構(gòu)平面尺寸的15％〞，而10抗震標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定是“大于相應(yīng)投影方向的30％〞；3〕關(guān)于“樓板局部不連續(xù)〞：美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“切口或開口面積大于隔板總面積的50％〞，10抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“有效樓板寬度小于該樓層樓板典型寬度的50％，開洞面積大于該樓層樓面面積的30％〞，或較大的樓層錯層；4〕關(guān)于“平面外偏置〞和“非平行體系〞，10抗震標(biāo)準(zhǔn)無相關(guān)規(guī)定。2、豎向不規(guī)那么的主要差異：1〕關(guān)于“側(cè)向剛度不規(guī)那么〞：10抗震標(biāo)準(zhǔn)沒有采用美國標(biāo)準(zhǔn)“極度軟層〞的規(guī)定，其它相同；2〕關(guān)于“重量〔質(zhì)量〕不規(guī)那么〞，10抗震標(biāo)準(zhǔn)無相關(guān)規(guī)定。通過比照分析可見，10抗震標(biāo)準(zhǔn)中“規(guī)那么性的標(biāo)準(zhǔn)〞明顯要低于美國標(biāo)準(zhǔn)，這有可能造成我國建筑結(jié)構(gòu)抗震能力缺乏。4抗震設(shè)計方法中美兩國抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所針對的根本設(shè)計地震具有相同水準(zhǔn)——50年超越概率10%的“中震〞(IBC-2023名義上取〞大震〞,但進(jìn)行了折減),但其設(shè)計方法的差異也是明顯的。主要比照標(biāo)準(zhǔn)中：?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕、IBC-2023。4.1我國抗震設(shè)計方法我國抗震標(biāo)準(zhǔn)GB50011-2023總那么中做了相應(yīng)規(guī)定：采用統(tǒng)一折減后〔小震烈度約比根本烈度低1.55度,相當(dāng)于對根本烈度考慮地震發(fā)生概率時按2.8的折減系數(shù)進(jìn)行折減〕的“小震〞彈性反響譜進(jìn)行截面抗震承載力驗算和彈性變形驗算，對于不同的設(shè)計對象，設(shè)計者均采用相同的設(shè)計地震力。4.2美國抗震設(shè)計方法美國抗震標(biāo)準(zhǔn)IBC-2023直接針對“中震〞進(jìn)行設(shè)計計算,依據(jù)于“彈塑性反響譜理論〞,針對不同體系的塑性變形能力——表達(dá)延性系數(shù)u,根據(jù)彈塑譜的R-u關(guān)系,得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)影響系數(shù)(或稱〞反響修正系數(shù)〞)R,將彈性分析得到的地震力進(jìn)行折減,得到體系所需的設(shè)計強度。因此，在設(shè)計地震作用下，允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性工作階段，可以有輕微的損壞，并通過結(jié)構(gòu)反響調(diào)整系數(shù)R來折減彈性地震作用，即考慮了結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力在彈性反響譜中的折減。由于結(jié)構(gòu)反響調(diào)整系數(shù)與結(jié)構(gòu)的位移延性有關(guān)，因此，并不需要按設(shè)計地震水準(zhǔn)下的峰值反響加速度來確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計地震力，而是取不同的結(jié)構(gòu)自振周期段的結(jié)構(gòu)反響調(diào)整系數(shù)R，以降低后的峰值反響加速度作為設(shè)計峰值反響加速度，并由此確定設(shè)計地震力。4.3中美抗震設(shè)計方法比照GB50011—2023通過“小震〞這一地震作用進(jìn)行完全彈性的驗算，結(jié)構(gòu)在小震下保持彈性狀態(tài)，使主要的計算過程完全依據(jù)彈性理論，抗震計算主要進(jìn)行承載力控制，不涉及結(jié)構(gòu)的塑性耗能要求，而層間位移的控制驗算只保證結(jié)構(gòu)不開裂，滿足彈性假定。結(jié)構(gòu)的塑性耗能要求由內(nèi)力調(diào)整與抗震措施考慮，這樣做的好處是設(shè)計者計算時不用像美國抗震標(biāo)準(zhǔn)那樣區(qū)分各種不同的結(jié)構(gòu)類型，簡化了計算過程，而其抗震措施的目標(biāo)對設(shè)計者來說也相對隱含，從而降低了設(shè)計者理解、掌握標(biāo)準(zhǔn)的難度。另一方面,由于在“小震〞下進(jìn)行的是彈性分析,結(jié)構(gòu)未到達(dá)屈服強度,因此從可靠度的角度結(jié)構(gòu)的平安性成立。美國標(biāo)準(zhǔn)利用彈塑性地震計算理論——彈塑性反響譜理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震承載力驗算和變形驗算，在計算地震作用時就考慮了結(jié)構(gòu)的塑性耗能要求。朱文靜等得出如下結(jié)論“這樣的地震設(shè)計，使得地震作用計算與抗震構(gòu)造措施設(shè)計結(jié)合得更加緊密，整個設(shè)計過程始終同時控制力與塑性耗能能力，抗震構(gòu)造措施設(shè)計與相應(yīng)的地震作用計算直接掛鉤，設(shè)計目標(biāo)明確;同時也增加了設(shè)計的靈巧性，設(shè)計者可以采取不同的設(shè)計地震力延性組合(強震區(qū)例外)。這樣做存在的問題是:結(jié)構(gòu)的延性要求隱含在力和承載力的表達(dá)式里，增加了設(shè)計者理解標(biāo)準(zhǔn)的難度，應(yīng)用起來也相對復(fù)雜。〞[4]5抗震設(shè)計反響譜主要比照標(biāo)準(zhǔn)為ASCE/SEI7-10和?建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50009-2023〕。5.1我國抗震設(shè)計反響譜GB50011-2023中將抗震設(shè)計用的加速度反響譜稱為地震影響系數(shù)曲線，如圖1所示：圖1地震影響系數(shù)曲線相應(yīng)的參數(shù)取值如下：除有專門規(guī)定外，建筑結(jié)構(gòu)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，形狀參數(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。2)水平段，自0.1s至特征周期區(qū)段，應(yīng)取最大值(αmax)。3)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。4)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。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比按有關(guān)規(guī)定不等于0.05時，地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)和形狀參數(shù)應(yīng)符合以下規(guī)定：曲線下降段的衰減指數(shù)應(yīng)按下式確定：γγ曲線下降段的衰減指數(shù)；ζ阻尼比直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù)應(yīng)按下式確定：ηη13)阻尼調(diào)整系數(shù)應(yīng)按下式確定：ηη2其中水平地震影響系數(shù)最大值和特征周期值可從下表中查出標(biāo)準(zhǔn)值：表7水平地震影響系數(shù)最大值注：括號中數(shù)值分別用于設(shè)計根本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。表8特征周期值〔s〕5.2美國抗震設(shè)計反響譜ASCE7-10中Designresponsespectrum曲線如以下圖所示：圖2DesignResponseSpectrum相應(yīng)的參數(shù)取值如下：周期小于T0，地震反響譜加速度周期大于等于T0，小于等于Ts周期大于Ts時，小于等于TL:周期大于TL時:其中：T=thefundamentalperiodofthestructure結(jié)構(gòu)自震周期TLSDs(thedesignspectralresponseaccelerationparameteratshortperiods)短周期設(shè)計SSD1〔thedesignspectralresponseaccelerationparameterat1-speriod〕周期為1s的設(shè)計反響譜加速度。SSs，S1分別為短周期和1s周期的變換譜加速度?？梢圆檎鸷Α睩a和FV：場地系數(shù)，分別列在表9和表表9場地系數(shù)值Fa和短周期變換加速度反響表10場地系數(shù)值FV和短周期變換加速度反響5.3中美抗震設(shè)計反響譜比照5.3.1反響譜處理比照反響譜是進(jìn)行地震作用計算的重要依據(jù)，通過對其進(jìn)行比擬，可以反映標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的地震作用的大小。對反響譜的比擬需要在統(tǒng)一的基準(zhǔn)上完成，由于美國標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計譜是考慮結(jié)構(gòu)塑性性能的非線性譜，而我國標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計普為小震的彈性譜，二者不具有直接的可比性。我國標(biāo)準(zhǔn)采用多遇和罕遇地震作為設(shè)計地震動參數(shù)，罕遇地震相當(dāng)于50年超越概率為2%-3%的抗震設(shè)防水準(zhǔn)，與美國地震動參數(shù)區(qū)劃圖中提供的2500年重現(xiàn)期的譜加速度的抗震設(shè)防譜加速度進(jìn)行比照。設(shè)防水平?、鞫取?.1g〕和Ⅷ〔0.2g〕2種情況。美國ASCE標(biāo)準(zhǔn)的雙參數(shù)中的Ss，按照中國標(biāo)準(zhǔn)Ⅶ度〔0.1g〕和Ⅷ〔0.2g〕罕遇地震下的最大地震作用取值，分別為0.5g和0.9g;而從美國雙參數(shù)區(qū)劃圖中可得到相對應(yīng)與Ss等于0.5g的參數(shù)S1取值在0.15g-0.25g之間，對應(yīng)于Ss等于0.9g的參數(shù)S1取值在0.25g-0.4g之間，此處較為保守的取為0.25g和0.4g。中國GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)按保守值取設(shè)計地震分組的第三組,那么特征周期為0.3s，ASCE標(biāo)準(zhǔn)中長周期過度周期TL根據(jù)地震級一次取為Ⅶ度4s表11和表12分別是GB50011-2023和ASCE7-10中的場地類別分類標(biāo)準(zhǔn)：表11各類建筑場地的覆蓋層厚度〔m〕表12SiteClassification由上表可知中國I0類場地對應(yīng)美國B類場地，對應(yīng)ASCE巖石剪切波速760m/s≤Vs≤1520m/s。中國Ⅳ類場地對應(yīng)美國E類場地，對應(yīng)ASCE巖石剪切波速Vs≤180m/s。綜上所述，罕遇地震情況下，可取得如下的比照參數(shù)表：表13罕遇地震情況下中美標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比照表中國GB50011-2023中相應(yīng)規(guī)定ASCE：Ss〔罕遇地震下，短周期變換譜加速度ASCE：S1〔罕遇地震下，1S周期變換譜加速度〕ASCE：長周期過度周期TASCE：場地類別7度〔0.1g〕，場地類別I0類0.5g0.15g-0.25g4SB類場地8度〔0.2g〕，Ⅳ類場地0.9g0.25g-0.4g6SE類場地5.3.2反響譜曲線比擬中美兩國設(shè)計地震反響譜具有相同的根本特征。由于反響譜長周期段譜值較小，且位移、速度對地震作用的影響加大，為了能得到用于工程設(shè)計的設(shè)計普，各標(biāo)準(zhǔn)都對反響譜的長周期段做了處理，GB50011-2023在長周期段采用直線下降段，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為速度控制段與位移控制段的過度周期，標(biāo)準(zhǔn)中直接給出了TL圖，按照地理位置大致分為4s、6s、8s、12s和16s。1、我國反響譜周期最大值為6s，根本滿足了我國絕大多數(shù)高層建筑和長周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計需要。超高層建筑、大跨橋梁、海洋平臺以及大型儲油罐等結(jié)構(gòu)，其自振周期有可能超過6s。自振周期超過6s的結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計問題，已經(jīng)越來越引起人們的關(guān)注。美國標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定最長周期，對任何結(jié)構(gòu)都可以用，似乎更方便合理和有長遠(yuǎn)意義；2、我國標(biāo)準(zhǔn)反響譜周期在0~0.1s之間為斜直線，與美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在0~T0〔其平臺起始段根據(jù)天然地基等級取值不同而不同〕之間為斜直線相比，顯得過于主觀，依據(jù)缺乏，這對工程中大量短周期結(jié)構(gòu)以及重力壩、核電站等影響較大，應(yīng)進(jìn)一步研究；[113、對于不同阻尼比我國反響譜均可以使用，而美國標(biāo)準(zhǔn)的反響譜僅可用于阻尼比為0.05的結(jié)構(gòu)；4、從上表7可見，10抗震標(biāo)準(zhǔn)中的地震影響系數(shù)仍按照烈度劃分，而烈度只是一個宏觀的、綜合的、粗略的等級。由上表10可知美國是按照地震分區(qū)直接規(guī)定地震動加速度，考慮了場地影響系數(shù)Fａ、Fｖ對譜形的影響。表7沒有考慮場地條件的影響，大量工程實踐說明，場地條件是影響反響譜最大值的主要因素；5、特征周期的比擬，中國標(biāo)準(zhǔn)平臺起始段取值為0.1s，終止周期Tg根據(jù)設(shè)計地震分組〔考慮近遠(yuǎn)震及震源機制〕與場地類別確定。美國ASCE7-10,起始平臺段起始周期T0=0.2S6地震作用計算方法對于地震作用的計算，目前采用的方法大致如下：靜力方法主要指“底部剪力法〞，或相當(dāng)于“底部剪力法〞的方法美國標(biāo)準(zhǔn)中稱為等效側(cè)力法〔equivalentlateralforceprocedure〕。動力方法主要指“振型分解反響譜法〞，或相當(dāng)于此的方法美國標(biāo)準(zhǔn)中稱為振型反響譜分析〔Modalresponsespectrumanalysis〕；動力方法還包括各種時程分析法線性或非線性。中美標(biāo)準(zhǔn)都使用上述兩種方法。對于振型分解反響譜法中美標(biāo)準(zhǔn)選取的計算模型和計算過程的理論推導(dǎo)式根本是相一致的，故不做比照分析，下面將詳細(xì)比照中美標(biāo)準(zhǔn)的底部剪力法計算。6.1地震作用計算方法的選定6.1.1我國地震作用方法的選定GB50011-2023各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算，應(yīng)采用以下方法：1、高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比擬均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法；2、除1款外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反響譜法；3、特別不規(guī)那么的建筑、甲類建筑和表5.1.2-1〔GB50011-2023〕所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補充計算；當(dāng)取三組加速度時程曲線輸入時，計算結(jié)果宜取時程法的包絡(luò)值和振型分解反響譜法的較大值；當(dāng)取七組及七組以上的時程曲線時，計算結(jié)果可取時程法的平均值和振型分解反響譜法的較大值。6.1.2美國地震作用方法的選定ASCE:各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算方法，應(yīng)表14所定規(guī)程選用：表14PermittedAnalyticalProcedures6.1.3中美地震作用方法選定的比照GB50011-2023對靜力法與動力方法的選用主要依據(jù)于結(jié)構(gòu)本身的特點，包括結(jié)構(gòu)的體系特點、規(guī)那么性、高度實際上對應(yīng)振型的復(fù)雜度。這是一種相對而言更符合動力學(xué)理論分析的處理方法，因為根據(jù)動力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)是否可用底部剪力法，實際上恰恰決定于結(jié)構(gòu)本身的振動要素。美國標(biāo)準(zhǔn)的條件那么比擬詳細(xì)，對更多的因素加以考慮如場地類型，建筑物的類型。從靜力方法的適用范圍來看，美國標(biāo)準(zhǔn)的范圍更大。根本上在低設(shè)防烈度區(qū)，美國標(biāo)準(zhǔn)可以不受建筑高度限制的使用靜力方法，而其它區(qū)的50m(160ft)以下規(guī)那么建筑，也可以使用靜力方法，超過50m〔160ft〕的規(guī)那么建筑，只要T<0.35TS，也可以使用底部剪力法；而GB50011抗震標(biāo)準(zhǔn)中靜力方法的適用范圍那么較小，根本上只用于規(guī)那么建筑，限制建筑高度要在40m6.2底部剪力法〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕常用的地震作用計算方法有靜態(tài)計算方法和動態(tài)計算方法,其中底部剪力法(ASCE7-10中稱等效側(cè)力法)是中美兩國抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用的靜態(tài)計算方法。底部剪力法的根本思路是:結(jié)構(gòu)底部的剪力等于其總水平地震作用,由反響譜法得到,而地震作用沿高度的分布那么根據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)移假定。圖3結(jié)構(gòu)水平地震作用計算簡圖6.2.1我國底部剪力法計算圖3結(jié)構(gòu)水平地震作用計算簡圖1〕結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕規(guī)定：采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按以下公式確定〔如圖3所示〕：FEK=α1GeqFi=GiH?FnFEKα1相應(yīng)于結(jié)構(gòu)根本自振周期的水平地震影響系數(shù)值，應(yīng)按?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕第5.1.4、5.1.5條確定，多層砌體房屋、底部框架砌體房屋，宜取水平地震影響系數(shù)最大值；Geq結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點應(yīng)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點可取總重力荷載代表值的85％；Fi質(zhì)點Gi,Gj分別為集中于質(zhì)點i、j的重力荷載代表值，應(yīng)按?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023Hi,Hj——分別為質(zhì)點i、j的計算高度；δn頂部附加地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按表15采用，其他房屋可采用0.0?Fn——表15頂部附加作用系數(shù)注：T1為結(jié)構(gòu)根本自振周期2〕水平地震剪力的限值?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕第5.2.5規(guī)定：抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：VVEKi第i層對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力λ剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表16規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對豎向不規(guī)那么結(jié)構(gòu)的薄弱層，表中數(shù)值尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)；Gj——第j層的重力荷載代表值。表16樓層最小地震剪力系數(shù)值3〕對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的考慮?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕第5.2.3中規(guī)定：規(guī)那么結(jié)構(gòu)不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀各構(gòu)件，其地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用；當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度較小時，周邊各構(gòu)件宜按不小于1.3采用。角部構(gòu)件宜同時乘以兩個方向各自的增大系數(shù)。另外JGJ3-2023中規(guī)定，考慮5%偶然偏心扭矩的影響。6.2.2美國底部剪力法計算〔ASCE：equivalentlateralforceprocedure〕美國標(biāo)準(zhǔn)ASCE7-10對底部剪力法的計算做了如下規(guī)定:V=CsWCs=SCs≤SDICs≤Cs≥0.044SDSIE≥0.01對于場地類型的S1≥0.6g時:Cs≥對于5層或低于5層且自振周期不超過0.5s的規(guī)那么建筑物，計算Cs的值時Ss和S1可分別取1.5和0.6〔12.8.1.3〕。式中：Cs地震響應(yīng)系數(shù)〔Seismicresponsecoefficient(s)IE為重要性系數(shù)；T結(jié)構(gòu)自振周期；hn為樓層n到結(jié)構(gòu)底部的高度(m)；W為等效重力荷載;R地震反響修正系數(shù)SDS短周期譜加速度〔SDI1sTL1〕地震剪力的垂直分布：FC其中：CvxFx——xwx、wihi,hx——k——與結(jié)構(gòu)根本周期T相關(guān)的指數(shù)，當(dāng)T≤0.5s時，k=1；當(dāng)T≥2.5s時，k=2；當(dāng)0.5s＜T＜2.5s時，k在1、2之間線性取值，或直接取2。2〕地震剪力的水平分布：V其中：Vx—任一層抗震設(shè)計層間剪力。Fi——i3〕對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的考慮美國ASCE7-10對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)做了如下處理：對剛性隔板考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭矩為層剪力乘以質(zhì)心一剛心距加上下述偶然偏心扭矩:考慮5%的偶然質(zhì)量偏心作用.對地震性能分類C、D、E、F的建筑，乘以增大系數(shù)Ax對存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么的建筑，每層的偶然偏心矩應(yīng)乘以修正系數(shù).Ax=(δmax1.2δavg)2≤3.0注意系數(shù)Ax=(δmax1.2δavg)2的含義：扭轉(zhuǎn)不規(guī)那么的界限值為δmax與δavg之比為1.2，此時系數(shù)人為6.2.3中美標(biāo)準(zhǔn)底部剪力法計算比照從上述比照知：中國標(biāo)準(zhǔn)中，對于單質(zhì)點體系:FEK=α1Geq；對于多質(zhì)點體系：FEK=α1Geq=0.85α1W.。美國標(biāo)準(zhǔn)V=CsW?？梢娭忻纼蓢卣鹱饔糜嬎愎紽EK，V具有相同的意義,即對于單質(zhì)點體系：FEK=α1W=CsW=V；對于多質(zhì)點體系FEK=α1Geq=0.85α1W=CsW=V。顯然,中美兩國計算公式的差異主要集中在水平地震影響系數(shù)Cs和重力荷載W上?！?.85是考慮高振型影響的系數(shù)〕[4]。按照中美標(biāo)準(zhǔn)所介紹的方法分別計算下例，再進(jìn)行比照分析：例：某三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，如圖4所示，結(jié)構(gòu)阻尼比ξ=0.05，設(shè)防烈度為7度，建筑場地為I0類，設(shè)計地震分組為第三組，求其水平地震作用。圖4解：〔1〕按?建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔GB50011-2023〕求解計算罕遇地震作用下的水平地震作用，那么maxα=0.50；當(dāng)Ⅰ0類場地，設(shè)計地震分組為第三組時，那么Tg=0.30s；因阻尼比ξ=0.05，那么γ=0.9，η1=0.02，η2=1，故畫出地震影響系數(shù)曲線，如圖5。圖5地震影響系數(shù)曲線頂點位移法求自振周期：對于質(zhì)量和剛度沿高度分布比擬均勻的框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，其根本自振周期可按下式計算：T式中：T1——結(jié)構(gòu)根本自振周期〔s〕uT——假想的結(jié)構(gòu)頂點水平位移〔m〕ΨT——考慮非承重墻剛度對結(jié)構(gòu)自振周期影響的折減系數(shù)，框架結(jié)構(gòu)可取0.6~0.7uT又T1<1.4Tg，故所以：FEK=α1Geq=0.5×各層水平地震作用:F1=F2=F3各層層間剪力：V1=FEKV3=F3〔2〕按美國標(biāo)準(zhǔn)求解：設(shè)防烈度為7度，該結(jié)構(gòu)處于Ⅰ0類場地，根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)場地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，美國標(biāo)準(zhǔn)按B類場地計算；ASC7-10中規(guī)定：對于地面上不超過12層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)樓層的高度至少為3米時：Ta=0.1N=0.3s，處于平臺段，Sa=0.5。查標(biāo)準(zhǔn)ASCE表12.2-1知：對鋼筋混凝土對于普通鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)〔Ordinaryreinforcedconcretemomentframes〕查出反響譜修正系數(shù)為R=3；結(jié)構(gòu)按照地震使用分組Ⅲ計算，查下表知SeismicImportance故地震反響系數(shù)：Cs=SDS[結(jié)構(gòu)底部剪力:V=CsW=0.208豎向分配系數(shù)：由于周期T=0.3s<0.5s.與結(jié)構(gòu)根本周期T相關(guān)的指數(shù)k=1.各層的豎向分配系數(shù):