中美抗震規(guī)范的比較與轉(zhuǎn)換.ppt

1、中美抗震規(guī)范的比較與轉(zhuǎn)換,中美抗震規(guī)范的比較與轉(zhuǎn)換,設(shè)備室：蔣小文 2013年10月,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,中美地震規(guī)范 建（構(gòu)）筑物設(shè)防類別（或風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別） 場(chǎng)地土類別 延性系數(shù) 設(shè)防目標(biāo)（包括重現(xiàn)期） 地震分組（震源類型） 周期 地震烈度（地震分區(qū)） 地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖） 反應(yīng)譜曲線 地震作用設(shè)計(jì)方法,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,中美地震規(guī)范,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,建（構(gòu)）筑物設(shè)防類別（或風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別）,* 結(jié)論：對(duì)于石油化工裝置直立設(shè)備，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，如采用中國(guó)規(guī)范，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類考慮）；如采用美國(guó)規(guī)范（無(wú)論是UBC，IBC還是ASCE7），重要性系數(shù)都取

2、I=1.00 。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,場(chǎng)地土類別,* 建（構(gòu)）筑物所在場(chǎng)地的土層軟硬程度和覆蓋層厚度，對(duì)判定場(chǎng)地土類型具有決定性的影響，從而導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物對(duì)同一地震烈度下的地震響應(yīng)有較大差別（不同場(chǎng)地土類別具有不同的特征周期）。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,場(chǎng)地土類別,* 結(jié)論：（1）中美規(guī)范中場(chǎng)地土類別的大致對(duì)應(yīng)關(guān)系可見(jiàn)下表，方便在地震參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)予以考慮； （2）ASCE7中指出“如果場(chǎng)地的土壤特性具體信息不充分，在不能確定場(chǎng)地的級(jí)別情況下，都可劃分為D類”,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,延性系數(shù),* 結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或構(gòu)件的某個(gè)截面從屈服開(kāi)始到達(dá)最大承 載能力或到達(dá)以后而承載

3、能力還沒(méi)有明顯下降期間的變形 能力，即為延性。延性指當(dāng)?shù)卣鹌仁菇Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大的非線 性變形時(shí)，結(jié)構(gòu)仍能維持其初始強(qiáng)度的能力，是結(jié)構(gòu)超過(guò) 彈性階段的變形能力，它是結(jié)構(gòu)抗震能力強(qiáng)弱的標(biāo)志。 延性系數(shù)也可理解為地震力降低系數(shù)。我國(guó)規(guī)范規(guī)定把設(shè) 防烈度地震作用降低約3（精確值為2.86） 倍來(lái)進(jìn)行承載 力設(shè)計(jì)，即設(shè)防烈度地震作用反應(yīng)譜除以地震承載力降低 系數(shù)3，而得到設(shè)計(jì)所用的反應(yīng)譜。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,延性系數(shù),* 結(jié)論： （1）中國(guó)規(guī)范沒(méi)有延性等級(jí)的劃分，對(duì)于所有的結(jié)構(gòu)，折減系數(shù)（延性系數(shù)）都為2.86； （2）美國(guó)規(guī)范中對(duì)于不同的的結(jié)構(gòu)具有不同延性等級(jí)，即折減系數(shù)（延性系數(shù)）不同，對(duì)

4、于石油化工鋼制直立設(shè)備：UBC中R=2.9，IBC/ASCE7中R=3.0。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,設(shè)防目標(biāo)（包括重現(xiàn)期）,* 超越概率：在一定時(shí)期內(nèi)（例如50年），工程場(chǎng)地可能遭遇大于或等于給定的地震烈度值或地震動(dòng)參數(shù)值的概率 重現(xiàn)期為n ，年發(fā)生概率 ，在年限T內(nèi)，發(fā)生地震烈 度超過(guò)給定地震烈度的概率 由上式可得到：,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,設(shè)防目標(biāo)（包括重現(xiàn)期）,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,設(shè)防目標(biāo)（包括重現(xiàn)期）,* 結(jié)論： （1）美國(guó)UBC規(guī)范采用單一水準(zhǔn)設(shè)防思想，重現(xiàn)期與中國(guó)規(guī)范基本烈度地震一樣，根據(jù)其設(shè)防目標(biāo)是為了防止倒塌，則相當(dāng)于中國(guó)規(guī)范中的“大震” ； （

5、2）美國(guó)ASCE7，IBC采用兩水準(zhǔn)設(shè)防思想，其對(duì)應(yīng)的“設(shè)計(jì)地震”和“最大考慮地震”重現(xiàn)期與中國(guó)規(guī)范的基本烈度地震和罕遇地震一樣，即相當(dāng)于中國(guó)規(guī)范中的“中震”和“大震”。 ,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震分組（震源類型）,* 結(jié)論： （1）中國(guó)規(guī)范有明確的地震分組的概念，在美國(guó)UBC規(guī)范中也有類似的概念（震源類型）。地震分組適用于中國(guó)規(guī)范所有的地震場(chǎng)合，而美國(guó)UBC規(guī)范震源類型只適用于地震分區(qū)為4的場(chǎng)合； （2）美國(guó)IBC和ASCE7中沒(méi)有明確的地震分組或震源類型的概念，但其在抗震設(shè)計(jì)中針對(duì)震級(jí)和震中距對(duì)結(jié)構(gòu)的影響是有所體現(xiàn)（體現(xiàn)在反應(yīng)譜曲線上）； （3）對(duì)于地震分組或震源類型，中美規(guī)范

6、不具有可比。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,周期,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,周期,* 結(jié)論： （1）中國(guó)規(guī)范和美國(guó)UBC規(guī)范類似，都采用場(chǎng)地土特性與地震分組（對(duì)于UBC為地震分區(qū)）來(lái)確定特征周期； （2）IBC、ASCE7：以區(qū)劃圖的方式給出，類似于GB中的“中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)圖”。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震烈度（地震分區(qū)）,GB： 震級(jí)：指一次地震所釋放的能量大小，震級(jí)越高釋放能量越大。國(guó)際通 常采用里氏震級(jí)作為度量，里氏震級(jí)共有十二級(jí)。 地震烈度：一次實(shí)際地震只有一個(gè)震級(jí)，但每次地震在地震影響區(qū)域的 不用地點(diǎn)其地面設(shè)施和設(shè)備破壞程度不盡相同。因此，把某一地區(qū)遭受

7、 了地震的工程設(shè)施和設(shè)備宏觀破壞程度稱之為地震烈度。 目前，地震烈度 是按宏觀破壞情況進(jìn)行評(píng)定，并把宏觀破壞現(xiàn)象與烈度對(duì)應(yīng)起來(lái)形成表 格，即為國(guó)際通行的麥卡里烈度表。麥卡里烈度表把地震烈度分為12度 地震基本烈度：地震基本烈度是具有一定發(fā)生概率的烈度值，是某一地 區(qū)多年地震統(tǒng)計(jì)的最高地震烈度（一個(gè)概率統(tǒng)計(jì)的烈度） 抗震設(shè)防烈度：抗震設(shè)防烈度是對(duì)建（構(gòu)）筑物的抗震性能的要求，它 不僅和當(dāng)?shù)氐牡卣鸹玖叶扔嘘P(guān)，還和建（構(gòu)）筑物本身的要求有關(guān)。 甲級(jí)、乙級(jí)、丙、丁級(jí)設(shè)防烈度是不同的。一般情況下，抗震設(shè)防烈 度可采用基本烈度。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震烈度（地震分區(qū)）,GB： GB5001

8、1適用于設(shè)防烈度為6、7、8、9度地區(qū)建（構(gòu)）筑工程的抗震 設(shè)計(jì)以及隔震、消能減震設(shè)計(jì)；抗震設(shè)防烈度大于9度地區(qū)建（構(gòu)） 筑工程以及行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)按有關(guān)專門規(guī)定 執(zhí)行。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震烈度（地震分區(qū)）,UBC： UBC中將地震分區(qū)（類似中國(guó)規(guī)范中抗震設(shè)防烈度），且分為（0）、1、 2A、2B、3、4區(qū)，見(jiàn)下表。每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)一地震分區(qū)系數(shù)Z， Z實(shí)際上可 理解為地震加速度的峰值。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震烈度（地震分區(qū)）,ASCE7/IBC： 對(duì)于地震設(shè)計(jì)類別根據(jù)建筑物風(fēng)險(xiǎn)類別以及該建筑物所處地的設(shè)計(jì)地震 下加速度反應(yīng)譜值 ，分為A、B、C

9、、D、E、F五類。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震烈度（地震分區(qū)）,* 結(jié)論： （1）根據(jù)地震加速度值，GB中的設(shè)防烈度與UBC中的地震分區(qū)有如下基本對(duì)應(yīng)關(guān)系，但不是絕對(duì)地能一一對(duì)應(yīng)。,（2）UBC地震分區(qū)與IBC地震類別的對(duì)應(yīng)關(guān)系,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* 地震動(dòng)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問(wèn)解答中對(duì)地震動(dòng)的解釋 ：,中國(guó)規(guī)范與美國(guó)ASCE7/IBC都提供了地震動(dòng)的參數(shù)區(qū)劃圖，只有提供這些參數(shù)，才能依此繪制出用來(lái)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的反應(yīng)譜曲線或地震影響系數(shù)曲線。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* GB中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖GB1

10、8306-2001中給出了兩張區(qū)劃圖：中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖和中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖。 中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖 中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖,* UBC美國(guó)UBC規(guī)范中沒(méi)有地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，但提供了一張全美國(guó)的地震分區(qū)圖。 地震分區(qū)圖 值得提出的是美國(guó)UBC規(guī)范以附錄的形式給出了美國(guó)之外的世界各主要城市的地震UBC分區(qū),第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* ASCE7/IBCASCE7與IBC的地震動(dòng)區(qū)劃圖完全一樣。 ASCE7中的22章詳細(xì)描述了此規(guī)范用到的地震動(dòng)區(qū)劃圖。 區(qū)劃圖由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局USGS(United States Geolog

11、ical Survey)、 建設(shè)地震安全委員會(huì)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程評(píng)估組以及美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)地震 分委員會(huì)共同完成。 圖22-122-6為最大考慮地震動(dòng)參數(shù)和的區(qū)劃圖； 圖22-1222-16為長(zhǎng)周期過(guò)渡周期的區(qū)劃圖； 圖22-722-11為B類場(chǎng)地土的最大考慮地震地面運(yùn)動(dòng)加速度 峰值區(qū)劃圖（單位g/100）。 美國(guó)本土可從軟件上查詢?；蛘邚拿绹?guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站在線查詢： /hazards/apps/gis/ 美國(guó)之外的國(guó)家或其聯(lián)邦(海外)領(lǐng)地的地震動(dòng)參數(shù)： /secure/designmaps/ww

12、/application.php,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,* GB 地震影響系數(shù)最大值 : 建（構(gòu)）物最大加速度絕對(duì)值和重力加速度的比值?？紤]建（構(gòu)）物動(dòng)力放大系數(shù)，建（構(gòu)）物的最大加速度絕對(duì)值 ， 為最大地面動(dòng)加速度。因此， 中國(guó)規(guī)范中：,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,* GB GB中的反應(yīng)譜曲線是以結(jié)構(gòu)的阻尼比為5%， 建立的，我們稱之為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜（對(duì)于某一給定的設(shè)計(jì)基本地震加速度，共有12條標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線）。反應(yīng)譜曲線分為上升段、平臺(tái)段、指數(shù)下降段和直線下降段。對(duì)于阻尼比不等于5%的結(jié)構(gòu)，對(duì)反應(yīng)譜進(jìn)行調(diào)整。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,*

13、 UBC 反應(yīng)譜曲線只有上升段、平臺(tái)段、指數(shù)下降段。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,* ASCE7/IBC,Fa，F(xiàn)v與場(chǎng)地土類別有關(guān)的系數(shù),第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,* ASCE7/IBC,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應(yīng)譜曲線,* 結(jié)論 （1）建立反應(yīng)譜的基準(zhǔn)一樣，阻尼比5%，對(duì)于石油化工直立設(shè)備，按 JB/T4710-2005一階振型的阻尼比為1%3%。 （2）反應(yīng)譜曲線的形狀基本一樣,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震作用設(shè)計(jì)方法,* GB GB50011中對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的方法有:,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震作用設(shè)計(jì)方法,* UBC 結(jié)

14、構(gòu)地震作用計(jì)算方法有：靜態(tài)側(cè)向力計(jì)算法和動(dòng)態(tài)側(cè)向力計(jì)算法。 靜態(tài)側(cè)向力計(jì)算法基底總水平地震力計(jì)算公式:,* IBC/ASCE7 結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算方法有：靜態(tài)算法（等效側(cè)力法，按12.8）和動(dòng)態(tài)算法（模態(tài)分析法，按12.9；線性時(shí)程響應(yīng)法，按16.1；非線性時(shí)程響應(yīng)法，按16.2）。 靜態(tài)算法基底總地震剪力公式：,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震作用設(shè)計(jì)方法,* 結(jié)論 （1）當(dāng)都采用靜態(tài)算法中的底部剪力法時(shí)，GB，UBC,IBC/ASCE7規(guī)范具 有可比較性; (2)石油化工直立設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)采用的動(dòng)態(tài)算法中的振型分解反應(yīng)譜 法（JB/T4710),中美規(guī)范如何比較？,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換

15、,為什么要轉(zhuǎn)換,整體引進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)項(xiàng)目要求,國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中引進(jìn)設(shè)備的抗震驗(yàn)算要求,涉外工程的要求,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,基本假設(shè),* 結(jié)論 假設(shè)對(duì)于石油化工裝置直立設(shè)備，都按規(guī)范靜態(tài)算法中的底部剪力法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)（與JB/T4710-2005考慮不同）；且對(duì)于直立設(shè)備這樣的多質(zhì)點(diǎn)體系，規(guī)范的重力載荷如 ， 都以設(shè)備的操作重計(jì)入。,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBUBC,* 轉(zhuǎn)換原則 設(shè)備底截面的總水平地震力： 比較可知，由于重力載荷都為設(shè)備操 作重，因此要使得兩個(gè)規(guī)范計(jì)算的設(shè)備底截面的總水平地震力相當(dāng)，則必須使得轉(zhuǎn)換后的 （或 ）能夠包絡(luò)住 （或 ）,* 轉(zhuǎn)換參數(shù) GB： 重現(xiàn)期、地震烈度、設(shè)計(jì)

16、基本地震加速度、設(shè)計(jì)地震分組、場(chǎng)地土類別 UBC：重現(xiàn)期、地震分區(qū)、震源類型（類似于GB的地震分組）、震中距、場(chǎng)地土類別,* 轉(zhuǎn)換示例 GBUBC： 以北京為例（GB50011上的參數(shù)：抗震設(shè)防烈度為8度、設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g、設(shè)計(jì)地震分組為：第一組、II類場(chǎng)地土（標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地土） 轉(zhuǎn)換后UBC參數(shù)為：2B區(qū)，場(chǎng)地土類別Sd,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBIBC/ASCE7,* 轉(zhuǎn)換原則 設(shè)備底截面的總水平地震力： 比較可知，由于重力載荷都為設(shè)備操 作重，因此要使得兩個(gè)規(guī)范計(jì)算的設(shè)備底截面的總水平地震力相當(dāng)，則必須使得轉(zhuǎn)換后的 （或 ）能夠包絡(luò)住 （或 ）,* 轉(zhuǎn)換參數(shù) GB： 重現(xiàn)期、地震

17、烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度、設(shè)計(jì)地震分組、場(chǎng)地土類別 ASCE7：重現(xiàn)期、 Ss 、 S1 、 TL 、地震設(shè)計(jì)類別、場(chǎng)地土類別,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBIBC/ASCE7,不同重現(xiàn)期換算 GB：以重現(xiàn)期為475年的地震地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度為基準(zhǔn)，其它重現(xiàn)期地震地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度與之的比值定義為 ，則對(duì)應(yīng)于不同的地震烈度 可見(jiàn)下表：,各重現(xiàn)期地震地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度比值,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBIBC/ASCE7,不同重現(xiàn)期換算 ASCE7/IBC：以50年超越概率為10%（重現(xiàn)期475年）的短周期（0.2秒）譜加速度為基準(zhǔn)， 50年超越概率為2%（重現(xiàn)期2475年）的短周期（0.2秒）譜加

18、速度與之的比值定義為 ，則對(duì)應(yīng)于美國(guó)不同城市的 見(jiàn)下表（部分城市）：,美國(guó)不同城市,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBIBC/ASCE7,GBASCE7/IBC 對(duì)于給定的某中國(guó)城市，地震烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度、設(shè)計(jì)地震分組、場(chǎng)地土類別是一定的，即設(shè)計(jì)基本地震加速度 （也即基本烈度對(duì)應(yīng)的地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度），場(chǎng)地土類別，特征周期 確定，則對(duì)應(yīng)的ASCE7/IBC地震動(dòng)參數(shù)由下面式確定：,* 轉(zhuǎn)換示例 GBASCE7/IBC： 以北京為例（GB50011上的參數(shù)：抗震設(shè)防烈度為8度、設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g、設(shè)計(jì)地震分組為：第一組、I類場(chǎng)地土）。 轉(zhuǎn)換后ASCE7/IBC參數(shù)為： 類， ，,第二部分 地震參數(shù)轉(zhuǎn)換,GBIBC/ASCE7,ASCE7/IBCGB 某對(duì)于給定的某美國(guó)城市，最大考慮地震下的 、 以及場(chǎng)地土類別是確定的，由此 ， 也確定，則由下式可確定中國(guó)規(guī)范中的地震動(dòng)參數(shù)：,* 轉(zhuǎn)換示例 ASCE7/IBCGB 以美國(guó)舊金山為例（ 、 ，標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地土 ，則 ， ）。 轉(zhuǎn)換后GB參數(shù)為：(III類場(chǎng)地土，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.30g， 設(shè)計(jì)地震分組為：第二組),第三部分 存在問(wèn)題與展望,世界其它主要經(jīng)濟(jì)體（國(guó)家）抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,第三部分 存在問(wèn)題與展望,儲(chǔ)罐抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范的差異,石油化工裝置中的大罐是一類比較特殊的設(shè)備：一方面其