中美鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范比較講座

中美鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范比較講座美國鋼構(gòu)造協(xié)會AISC1923年制定了第一本以容許應(yīng)力設(shè)計法(AllowableStressDesign，簡稱ASD)為設(shè)計準那么的鋼構(gòu)造設(shè)計標準。容許應(yīng)力設(shè)計法作為鋼構(gòu)造設(shè)計的根底延用了相當長的時間，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美國鋼構(gòu)造設(shè)計標準及抗震設(shè)計標準體系的開展概況1989年出版了最后一版ASD設(shè)計標準AISC(1989)；2001年對ASD又進展了局部修訂(AISC335-89s1)。

由Galambos、Ellingwood、MacGregor.t和Cornell等人開展的、以概率理論為根底的荷載準那么，促使美國國家標準化協(xié)會(AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI〕制訂了一本以概率理論為根底的國家標準ANSIA58.1-1982“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。它后來又以美國土木工程學會的標準7(ASCE7)出版發(fā)行，其最新版本為ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞。1986年，AISC的標準委員會(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)計標準(LoadandResistanceFactorDesign，簡稱荷載抗力系數(shù)設(shè)計法LRFD)。ASCE/SEI7-05是按概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么和構(gòu)造可靠度理論編制的，作為美國各種構(gòu)造設(shè)計標準統(tǒng)一的概率設(shè)計準那么和荷載取值依據(jù)〔包括地震作用的取值標準〕等，類似于我國的荷載標準，并包括了類似于我國抗震標準中的抗震設(shè)防標準、地震動參數(shù)及地震作用的取值標準等內(nèi)容。AISC的標準委員會在1986年繼ASD設(shè)計標準修訂版后，推出了LRFD設(shè)計標準，作為與ASD并行的設(shè)計標準，供設(shè)計人員選用。LRFD標準在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〕。由于美國國內(nèi)局部工程師對LRFD還不夠熟悉，而另一些資深工程師對LRFD尚有不同看法，使ASD設(shè)計法在美國仍較為流行，因而LRFD在較長時間內(nèi)可能還難以完全取代ASD。AISC充分考慮了工程界的現(xiàn)狀和實際需求，于2005年4月，由美國鋼構(gòu)造協(xié)會正式發(fā)布和出版了目前最新版的ANSI/AISC360-05?SpecificationforStructuralSteelBuildings?，該標準融合了ASD和LRFD兩種設(shè)計方法的理念，可以說是一本同時包括兩種設(shè)計方法的“統(tǒng)一〞和“單一〞的設(shè)計標準，設(shè)計人員可選擇兩種方法之一(ASD或LRFD〕進展設(shè)計。應(yīng)予說明的是，ANSI/AISC360-05僅涵蓋了鋼構(gòu)造的靜力設(shè)計，鋼構(gòu)造的抗震設(shè)計還應(yīng)遵循鋼構(gòu)造抗震設(shè)計標準ANSI/AISC341-05?SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings?的規(guī)定。ANSI/AISC341-05的抗震設(shè)計原那么和抗震設(shè)防標準主要依據(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)計提出了最低的抗震設(shè)防標準。美國工程構(gòu)造抗震設(shè)計的標準體系大體上分為國家標準、協(xié)會標準及地方標準〔洲或地區(qū)的標準〕。美國工程構(gòu)造抗震設(shè)計標準體系的開展歷程大體上經(jīng)歷了初創(chuàng)、開展、統(tǒng)一等幾個開展階段。

1.2美國工程構(gòu)造抗震設(shè)計的標準體系介紹1925年加州發(fā)生的SantaBarbara地震促成了美國第一個帶有建筑構(gòu)造抗震設(shè)計內(nèi)容的標準UBC“UniformBuildingCode〞〔?統(tǒng)一建筑標準?〕于1927年出版，UBC主要用于美國西部各州。這一階段的地方性工程構(gòu)造抗震設(shè)計標準除了上述的UBC之外，又相繼出現(xiàn)了NBC“NationalBuildingCode〞〔?國家建筑標準?〕和SBC“StandardBuildingCode〞〔?標準建筑標準?〕NBC主要用于美國東北部各州；SBC主要用于美國中南部各州。

20世紀末，美國人看到了將抗震標準統(tǒng)一起來的必要。1995年，UBC、NBC與SBC三本標準編制機構(gòu)成立了國際標準協(xié)會ICC〔InternationalCodeCouncil〕，開場推動建筑構(gòu)造設(shè)計標準的統(tǒng)一。1997年，SEAOC推出了最新版的UBC。

2000年，以1997NEHRPProvision為根底的IBC2000標準正式發(fā)布實施，取代了UBC、SBC和NBC等標準，從而使美國的抗震設(shè)計標準到達了統(tǒng)一。IBC每3年修訂一次，目前最新版本是IBC2021。可以把IBC視為一個標準門戶，由它通向各個專門標準。在抗震設(shè)計方面，IBC大多引用了屬于國家標準層面的ASCE/SEI7-05?MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures?〔?建筑物和其他構(gòu)造最小設(shè)計荷載?〕中的建議性條文。ASCE/SEI7是一個針對各種構(gòu)造形式的荷載標準，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、場地特性、設(shè)計地震作用、地震響應(yīng)計算方法、構(gòu)造體系與概念設(shè)計等抗震設(shè)計方面的內(nèi)容，至于構(gòu)造構(gòu)件抗震承載力驗算和抗震構(gòu)造規(guī)定等具體的抗震設(shè)計內(nèi)容，ASCE7那么援引到其他專門的標準，如混凝土構(gòu)造抗震設(shè)計還要求符合ACI318標準的規(guī)定；鋼構(gòu)造抗震設(shè)計還要求符合ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞〔?建筑鋼構(gòu)造抗震設(shè)計標準?〕的規(guī)定。ASCE/SEI7-05是按概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么和構(gòu)造可靠度理論編制的，統(tǒng)一了美國各種構(gòu)造設(shè)計標準的根本設(shè)計原那么和荷載取值標準〔包括地震作用的取值標準〕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準，并包括了類似于我國抗震標準中的抗震設(shè)防標準、地震動參數(shù)及地震作用的取值標準等內(nèi)容。

本次講座基于從中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計規(guī)定的差異性的比較展開，其間列出美國ASCE/SEI7-05等標準中的一些重要抗震設(shè)計參數(shù)、公式及適用范圍的規(guī)定，供設(shè)計人員在應(yīng)用這些標準時參考。比較中所參考的主要標準和標準包括：1、ASCE/SEI7-05“MinimumDesignLoadsforBuildingsandOtherStructures〞；2、ANSI/AISC341-05“SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings〞；3、ANSI/AISC360-05“SpecificationforStructuralSteelBuildings〞；4、GB50011-2001?建筑抗震設(shè)計標準?〔2021年版〕；5、GB50017-2003?鋼構(gòu)造設(shè)計標準?。2中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計方法的比較2.1抗震設(shè)防目標的比較2.1.1GB50011-2001的抗震設(shè)防目標三水準設(shè)防目標和二階段設(shè)計步驟：三水準設(shè)防目標：〔1〕當遭受低于本地區(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修理即可繼續(xù)使用———“小震不壞〞；〔2〕當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用——“中震可修〞；〔3〕當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞——“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(xiàn)期〕來區(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。通過兩階段設(shè)計，即承載力驗算階段和彈塑性變形驗算階段來實現(xiàn)上述三個水準的設(shè)防目標。2.1.2ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防目標〔1〕設(shè)防目標：通過最小化地震風險，來為具有考慮保護公眾安康、平安、財產(chǎn)功能與使用要求的建筑物提供最低設(shè)計標準。針對設(shè)計地震等級，改善儲存大量危險材料的重要設(shè)施與構(gòu)造的性能，使其在震中和震后保持其功能?！?〕實現(xiàn)方法：美國標準通過對構(gòu)造考慮兩種強度等級的地震作用，“設(shè)計地震〞和“最大考慮地震〞，來實現(xiàn)構(gòu)造的抗震目標。1〕“最大考慮地震〞對應(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看，根本上對應(yīng)于我國標準的“大震〞水準；2〕“設(shè)計地震〞加速度為“最大考慮地震〞的2/3。從超越概率的角度來看，“設(shè)計地震〞強度水準大致與我國標準的“中震〞水準相當。ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防目標大致可以歸納為相當于二水準的設(shè)防目標，即對于50年超越概率為10%的設(shè)計地震，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?中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖?中的地震根本烈度〔或與設(shè)計根本地震加速度值對應(yīng)的烈度值〕。所謂“設(shè)計根本地震加速度值〞是指50年設(shè)計基準期超越概率10%的地震加速度設(shè)計取值；已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，可按批準的抗震設(shè)防烈度或設(shè)計地震動參數(shù)進展抗震設(shè)防。GB50011-2001將抗震設(shè)防烈度值、設(shè)計根本地震加速度值與中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖的地震動峰值加速度值，利用表2-1的對應(yīng)關(guān)系予以聯(lián)系和協(xié)調(diào)。表2-1中的設(shè)計根本地震加速度的取值與?中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖?所規(guī)定的“地震動峰值加速度〞相當，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，這兩個區(qū)分別與7度及8度地區(qū)相當。工程界大多承受地面運動最大加速度的大小對構(gòu)造反響起主要影響的觀點，抗震標準中通常把烈度指標用地震系數(shù)k=a/g〔a為地面運動峰值加速度，g為重力加速度〕表達。因此，表2-1中設(shè)計根本地震加速度中g(shù)前的系數(shù)亦稱為對應(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直接利用美國地質(zhì)調(diào)查局〔UntiedStatedGeologicalSurvey,USGS〕給出地震地面運動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的地震地面運動最大加速度等值線圖〔參見圖2-1〕。圖2-1ASCE/SEI7-05地震區(qū)劃圖例如〔局部〕設(shè)計時，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等地震動參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系見表2-2~表2-3，供參考。注：由于GB50011-2001的II類場地同時與ASCE/SEI7-05的C類或D類場地相對應(yīng)，故表2-2中IIC表示GB50011-2001的II類場地中相當于ASCE/SEI7-05C類場地的局部，表2-3中IID表示GB50011-2001的II類場地中相當于ASCE/SEI7-05D類場地的局部。2.3抗震設(shè)防標準的比較2.3.1GB50011-2001的抗震設(shè)防標準GB50011-2001規(guī)定，所有建筑的抗震設(shè)防類別和抗震設(shè)防標準應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB50223-2021?建筑工程抗震設(shè)防類別標準?的要求。GB50223-2021規(guī)定，建筑工程應(yīng)分為以下四個抗震設(shè)防類別：〔1〕特殊設(shè)防類〔甲類〕：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國家公共平安的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進展特殊設(shè)防的建筑。〔2〕重點設(shè)防類〔乙類〕：指地震時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)防標準的建筑?！?〕標準設(shè)防類〔丙類〕：指大量的除1、2、4款以外按標準要求設(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)防標準，見表2-4。2.3.2ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)防標準〔1〕建筑用途分類〔OccupancyCategory〕：I類、II類、III類、IV類共4種，參見表2-5。〔2〕按建筑用途分類和設(shè)計地震動參數(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，分類標準參見表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性的建筑或構(gòu)造的平安性。抗震重要性系數(shù)取值見表2-8，在地震作用的計算中要用到該參數(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)防標準，并作為構(gòu)造體系可以采取的地震作用計算方法與抗震構(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：滿足嚴格的抗震措施要求，要求按照動力分析方法進展地震作用計算〔如振型分解反響譜法等〕，構(gòu)造延性要求較高。2.4地震作用的計算原那么和方法的比較2.4.1GB50011-2001地震作用的計算原那么和方法中國標準按中震烈度(50年超越概率10％)對全國進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％)水平計算地震作用，進展構(gòu)造構(gòu)件的抗震承載力驗算和彈性變形驗算，必要時還要計算罕遇地震〔大震〕的地震作用，進展彈塑性變形驗算。GB50011-2001規(guī)定，各類建筑構(gòu)造的抗震計算，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較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點體系的構(gòu)造，可采用底部剪力法等簡化方法?！?〕除〔1〕款外的建筑構(gòu)造，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2-9所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進展多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反響譜法計算結(jié)果的較大值。〔4〕計算罕遇地震下構(gòu)造的變形，可采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法。2.4.2ASCE/SEI7-05地震作用的計算原那么和方法〔1〕美國標準“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，這與中國標準的大震重現(xiàn)期相當?！?〕設(shè)計時，需將“最大考慮地震〞地面運動加速度乘以2/3，折減至“設(shè)計地震〞水平進展抗震設(shè)計計算。其地震水平對應(yīng)的50年超越概率為5％～10％，其中美國西部強震地區(qū)接近5％，中東部弱震地區(qū)約為10％，這與中國標準的中震水平大致相當?！?〕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，再次對地震作用進展折減，并以此地震作用效應(yīng)進展抗震設(shè)計計算?！?〕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(yīng)〕計算；當SDS小于或等于0.125g時，或采用式〔2-1〕進展荷載效應(yīng)組合時，可以不考慮豎向地震作用。U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-1〕2.4.3中美標準地震作用計算方法適用范圍的比較中美標準地震作用計算方法適用范圍的比照見表2-10。2.5場地分類的比較GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05均考慮了場地條件對地震作用的影響。分類時，GB50011-2001考慮土層平均剪切波速與場地土覆蓋深度，將場地土分為I類~IV類；ASCE/SEI7-05考慮平均剪切波速、平均標準貫入錘擊數(shù)以及平均不排水剪切強度等參數(shù)，將場地土分為A類~F類〔共6類〕。表2-11給出中美標準抗震設(shè)計場地分類規(guī)定對照表。根據(jù)具體的分類標準，現(xiàn)將GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05的場地分類規(guī)定總結(jié)于表2-12進展比較。由表2-12可以看出：〔1〕GB50011-2001場地分類為I類的場地與ASCE/SEI7-05場地分類為A、B、C類的場地相近；〔2〕GB50011-2001場地分類為II類的場地與ASCE/SEI7-05場地分類為C、D類的場地相近；〔3〕GB50011-2001場地分類為III類的場地與ASCE/SEI7-05場地分類為D類的場地相近；〔4〕GB50011-2001場地分類為IV類的場地與ASCE/SEI7-05場地分類為E類的場地相近。2.6抗震設(shè)計反響譜的比較2.6.1GB50011-2001的抗震設(shè)計反響譜GB50011-2001標準采用的抗震設(shè)計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、場地類別、設(shè)計地震分組和構(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的理想簡化的單質(zhì)點體系的構(gòu)造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(shù)k〔地震動峰值加速度與重力加速度之比〕和構(gòu)造體系加速度的動力系數(shù)β〔構(gòu)造反響加速度與地震動最大加速度之比〕，即，α〔T〕=Sa〔T〕=k×β〔T〕，Sa〔T〕為加速度設(shè)計反響譜，k=a/g，為地震動峰值加速度，β〔T〕為動力系數(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)場地類別和設(shè)計地震分組按表2-14采用，計算8、9度罕遇地震時，特征周期應(yīng)增加0.05s。對于周期大于6.0s的建筑構(gòu)造所采用的地震影響系數(shù)應(yīng)專門研究；對于已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，應(yīng)允許按批準的設(shè)計地震動參數(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，利用動力系數(shù)β和地震系數(shù)k確定的。按二階段設(shè)計要求，第一階段進展構(gòu)造抗震承載力與彈性變形驗算時采用多遇烈度地震，其k值相當于抗震設(shè)防烈度〔根本烈度〕所對應(yīng)k值的1/2.8。第二階段進展構(gòu)造彈塑性變形驗算時采用罕遇烈度地震，其k值相當于抗震設(shè)防烈度〔根本烈度〕所對應(yīng)k值的1.5~2.0倍〔烈度越高，k值越小〕。由此可推得GB50011-2001標準各設(shè)計階段的αmax值。GB50011-2001抗震標準規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線見圖2-2。除有專門規(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)計反響譜ASCE/SEI7-05直接給出了設(shè)計地震加速度曲線的抗震設(shè)計反響譜見圖2-3。美國標準抗震設(shè)計反響譜的應(yīng)用：首先從ASCE/SEI7-05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1s周期的加速度值〔SS和S1〕；其次，考慮不同的場地分類，利用場地系數(shù)Fa、Fv對該值進展修正，F(xiàn)a、Fv的關(guān)取值見表2-15~表2-16；最后，對該值乘以“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)計地震水準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1s周期加速度值SS和S1。〔2〕利用場地系數(shù)Fa、Fv進展修正，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〕進展上述變換的原因是ASCE/SEI7-05中給出的地震地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要引入場地系數(shù)Fa或Fv進展調(diào)整?！?〕乘以“2/3〞的調(diào)整系數(shù)，得到設(shè)計地震水準下的反響譜加速度SDS、SD1：SDS=〔2/3〕SMS=〔2/3〕FaSS〔2-4〕SD1=〔2/3〕SM1=〔2/3〕FvS1〔2-5〕進展上述變換的原因是ASCE/SEI7-05中的地震地面運動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動加速度最大值，但ASCE/SEI7-05規(guī)定的設(shè)計地震為50年超越概率為10%的地震，因此，抗震設(shè)計時，需要對ASCE/SEI7-05給出的地震地面運動最大加速度等值線圖的加速度值進展折減，即要乘以〔2/3〕的系數(shù)，從而得到ASCE/SEI7-05規(guī)定的設(shè)計地震條件下的設(shè)計反響譜加速度。在形式上，ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計反響譜與GB50011-2001的抗震設(shè)計反響譜曲線類似，同樣分為四個階段：〔1〕上升段，當周期T小于T0時，設(shè)計反響譜加速度Sa應(yīng)按式〔2-6〕計算：Sa=SDS〔0.4+0.6T/T0〕〔2-6〕〔2〕水平段，當周期T大于等于T0，小于等于TS時，設(shè)計反響譜加速度Sa應(yīng)取為SDS；〔3〕下降段之一，當周期T大于等于TS，小于等于TL時，設(shè)計反響譜加速度Sa應(yīng)按式〔2-14〕計算：Sa=SD1/T〔2-7〕〔4〕下降段之二，當周期T大于TL時，設(shè)計反響譜加速度Sa應(yīng)按式2-15計算：Sa=SD1TL/T2〔2-8〕構(gòu)造根本周期T，應(yīng)通過考慮構(gòu)造特性和變形特點后采用恰當?shù)姆治龇椒ǖ玫?。ASCE/SEI7-05規(guī)定構(gòu)造的根本周期T不應(yīng)超過表2-17給出的計算周期〔Cu〕的上限，同時構(gòu)造的近似根本周期Ta可按式〔2-9〕計算。ASCE/SEI7-05同時規(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參見表2-18。2.6.3中美標準抗震設(shè)計反響譜的比較抗震設(shè)計反響譜是計算地震作用的重要依據(jù)，GB50011-2001采用的設(shè)計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)計反響譜以設(shè)計地震地面運動加速度曲線的形式給出。需要說明的是，雖然GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計反響譜的形式比較相似，但由于GB50011-2001的抗震設(shè)計反響譜采用的是經(jīng)過調(diào)整后的相當于“小震〞條件下的地震影響系數(shù)曲線，而ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計反響譜采用的是相當于我國“中震〞條件下的設(shè)計地震加速度反響譜曲線，在進展反響譜加速度值比較時，應(yīng)注意統(tǒng)一比較標準?！?〕反響譜曲線根本規(guī)定的比較為便于對反響譜曲線的根本規(guī)定進展比較，現(xiàn)將GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標準抗震設(shè)計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反響譜最長周期。GB50011-2001抗震設(shè)計反響譜規(guī)定的最長周期為6s，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周期有可能超過6s的構(gòu)造，GB50011-2001規(guī)定其地震影響系數(shù)應(yīng)專門研究。ASCE/SEI7-05給出了長周期限值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)計地震分組與場地類別確定。ASCE/SEI7-05的水平段起始周期T0和終止周期TS都隨著場地影響系數(shù)Fa、Fv以及地震動參數(shù)的取值SS、S1的變化而變化。③設(shè)計反響譜曲線下降段。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，但其提供了與場地類型有關(guān)的1s周期反響譜加速度設(shè)計值，以考慮反響譜下降段的衰減過程?！?〕場地分類對反響譜影響的比較地震時場地的最大地面運動加速度與場地類別有關(guān)，通過地類別對抗震設(shè)計反響譜影響的比較示意圖〔圖2-4〕可以看出：①GB50011-2001標準只考慮了場地類別對特征周期的影響，而未考慮場地類型對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)計反響譜只是隨場地類型從I類到IV類的變化，反響譜曲線的平臺寬度逐漸增大。②ASCE/SEI7-05采用如下的方法考慮不同的場地類型對反響譜加速度最大值的影響：以B類場地的反響譜加速度為基準，用該加速度值乘以一個場地系數(shù)〔根據(jù)不同的場地分類以及地面運動加速度最大值SS確定〕，以考慮不同場地類型的影響，針對不同類型的場地，不僅反響譜曲線的平臺寬度不同，而且反響譜加速度最大值也會隨著場地類型的改變而變化。可見，ASCE/SEI7-05在考慮場地類型對抗震設(shè)計反響譜的影響方面，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)計反響譜的差異，考慮中等場地類型，阻尼比為0.05的條件，并參考表2-2給出的中國抗震設(shè)防烈度與ASCE/SEI7-05中地震地面運動最大加速度值的對應(yīng)關(guān)系，對兩本標準的抗震設(shè)計反響譜值進展比較，并采用MATLAB軟件，作出不同抗震設(shè)防烈度〔或地震地面運動最大加速度〕條件下，GB50011-2001與ASCE/SEI7-05抗震設(shè)計反響譜的比較圖，如圖2-5~圖2-9所示，比較條件見表2-20。通過上述比較可以看出：①對于中等場地類型，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〔或地震地面運動最大加速度〕的提高而增加。在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運動最大加速度〕條件下，GB50011-2001標準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，見表2-21。②由于GB50011-2001的抗震設(shè)計反響譜的縱坐標為無量綱的地震影響系數(shù)，而ASCE/SEI7-05的抗震設(shè)計反響譜的縱坐標為設(shè)計反響譜加速度，在進展比較時，統(tǒng)一將反響譜的縱坐標調(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。需要說明的是：①GB50011-2001的設(shè)計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)計反響譜是考慮設(shè)計地震〔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的反響譜值進展調(diào)整〔即縱坐標取GB50011-2001的根本烈度地震條件下的加速度取值〕，以ASCE/SEI7-05設(shè)計地震條件下的反響譜為基準，保證比較起點一致。②在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運動最大加速度〕條件下，GB50011-2001的反響譜平臺段長度略長于ASCE/SEI7-05的反響譜平臺段長度，差距隨設(shè)防烈度的提高逐漸縮小，見表2-21。

③在各種設(shè)防烈度〔或地震地面運動最大加速度〕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的反響譜值在中長周期段逐漸接近并超過ASCE/SEI7-05的反響譜值。2.7構(gòu)造抗震設(shè)計的原那么和方法的比較中美標準均是采用的概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么和分項系數(shù)設(shè)計表達式進展抗震設(shè)計。但應(yīng)注意到與GB50011-2001采用兩階段設(shè)計步驟來實現(xiàn)三水準的設(shè)防目標不同，ASCE/SEI7-05標準只針對設(shè)計地震〔相當于我國的中震〕條件，采用單一階段設(shè)計步驟實現(xiàn)其設(shè)防目標，考慮構(gòu)造的彈塑性性能〔通過引入構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R表達構(gòu)造的延性，該系數(shù)主要通過經(jīng)歷，根據(jù)不同構(gòu)造類型的延性要求確定〕，進展截面抗震承載力驗算和抗震變形驗算?！?〕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)計步驟來實現(xiàn)三水準的設(shè)防目標：1〕第一階段設(shè)計為小震下的截面抗震承載力驗算，必要時驗算小震下的彈性變形，即取第一水準的地震動參數(shù)，計算構(gòu)造的彈性地震作用標準值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng)，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進展構(gòu)造構(gòu)件的截面抗震承載力驗算，這樣既滿足了在第一水準下具有必要的承載力可靠度，又滿足了第二水準下?lián)p壞可修的目標；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)計為大震下的彈塑性變形驗算。對于大多數(shù)構(gòu)造，可只進展第一階段設(shè)計，而通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿足第三水準的設(shè)防要求；對于有特殊要求建筑、地震時易倒塌的構(gòu)造以及有明顯薄弱層的不規(guī)那么構(gòu)造，除應(yīng)進展第一階段設(shè)計外，還應(yīng)進展構(gòu)造薄弱部位的彈塑性變形驗算并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，實現(xiàn)第三水準設(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〕除本標準特別規(guī)定者外，建筑構(gòu)造應(yīng)進展多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析，此時，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)計算方法或線性動力方法。多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析是GB50011-2001對構(gòu)造地震反響、截面抗震承載力驗算和變形驗算最根本要求。不規(guī)那么且具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致地震時嚴重破壞的建筑構(gòu)造，應(yīng)按本標準有關(guān)規(guī)定進展罕遇地震作用下的彈塑性變形分析〔即非線性分析〕。此時，可根據(jù)構(gòu)造特點采用靜力彈塑性分析或彈塑性時程分析方法?？紤]到非線性分析的難度較大，GB50011-2001只限于對特別不規(guī)那么并具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致重大地震破壞，特別是有嚴重的變形集中可能導(dǎo)致地震倒塌的構(gòu)造，應(yīng)進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〕和動力非線性分析〔彈塑性時程分析〕。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)力的強度，使構(gòu)造由彈性工作狀態(tài)逐步進入彈塑性工作狀態(tài)，最終到達并超過規(guī)定的彈塑性位移。這是目前較為實用的簡化彈塑性分析技術(shù)，比動力非線性分析節(jié)省計算工作量，但也有一定使用局限性和適用性，對計算結(jié)果需要工程經(jīng)歷判斷。2〕動力非線性分析，即彈塑性時程分析，是較為嚴格的分析方法，需要較好的計算機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)計采用單一階段設(shè)計法，主要針對設(shè)計地震進展抗震驗算?？拐鸱治霾捎脧椝苄苑错懽V理論，通過構(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算方法、線性動力計算方法或非線性動力計算方法；對于抗震設(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)采用線性靜力計算方法進展內(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還對同一構(gòu)造類型設(shè)定了幾個不同的延性等級：“普通〔Ordinary〕〞、“中等〔Intermediate〕〞、“特殊〔Special〕〞由不同的設(shè)計參數(shù)和抗震措施保證此三個等級構(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)計地震作用依次降低。抗震設(shè)計時，設(shè)計者可以選用不同的延性等級，對于強震區(qū)〔相當于我國8度半與9度地區(qū)〕只能使用“特殊〞等級，對中震區(qū)〔約相當于我國7度至8度地區(qū)〕可以選用“特殊〞或“中等〞等級，對低震區(qū)〔相當于我國6、7度地區(qū)〕可以三者任選。構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R是對構(gòu)造延性性能和其超過設(shè)計強度后的性能的定量表達，主要根據(jù)類似構(gòu)造在以往地震中的表現(xiàn)，通過經(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)計地震〔相當于我國的中震〕條件下的構(gòu)造抗震分析?！?〕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)計值；γG—重力荷載分項系數(shù)，一般情況一般情況應(yīng)采用1.2，當重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力有利時，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系數(shù)，應(yīng)按表2-27采用；γw—風荷載分項系數(shù)，應(yīng)采用1.4；SGE—重力荷載代表值的效應(yīng)，有吊車時，尚應(yīng)包括懸吊物重力標準值的效應(yīng)；SEhk—水平地震作用標準值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；SEvk—豎向地震作用標準值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；Swk—風荷載標準值的效應(yīng)；ψw—風荷載組合值系數(shù)，一般構(gòu)造取0.0，風荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2。GB50011-2001給出的需要計算豎向地震作用的條件是：抗震設(shè)防烈度為9度時的高層建筑；抗震設(shè)防烈度為8度和9度時的大跨度和長懸臂構(gòu)造。GB50011-2001的條文說明中指出：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β是負值，難于按GB50068-2001分析，GB50011-2001第一階段的抗震設(shè)計取相當于眾值烈度下的彈性地震作用作為額定指標，此時的設(shè)計表達式可按GB50068-2001處理。關(guān)于地震作用分項系數(shù)，GB50011-2001的條文說明中指出，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〕分項系數(shù)的方法，通過綜合比較，GB50011-2001對水平地震作用，確定γEh=1.3，至于豎向地震作用分項系數(shù)，那么參照水平地震作用，也取γEv=1.3。當豎向與水平地震作用同時考慮時，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γEh=1.3，γEv=0.4×1.3≈0.5?！?〕ASCE/SEI7-05規(guī)定，對于地震作用效應(yīng)組合，按照荷載抗力系數(shù)設(shè)計法進展設(shè)計時，考慮恒荷載對構(gòu)造不利的情況，應(yīng)按下式計算：U=1.2D+1.0E+L+0.2S〔2-11〕考慮恒荷載對構(gòu)造有利的情況，應(yīng)按下式計算：U=0.9D+1.0E+1.6H〔2-12〕其中，U—所需強度〔荷載效應(yīng)組合值〕；D—恒荷載標準值的效應(yīng)；L—活荷載標準值的效應(yīng)；S—雪荷載標準值的效應(yīng)；H—側(cè)向土壓力或側(cè)向水壓力的效應(yīng)；E—地震荷載標準值的效應(yīng)。當按式〔2-11〕計算時取E=Eh+Ev，當按照式〔2-12〕計算時取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)計基底剪力V計算〕；Ev=0.2SDSD，SDS為短周期設(shè)計反響譜加速度參數(shù)，根據(jù)ASCE/SEI7-05給出的抗震設(shè)計反響譜計算，當SDS小于或等于0.125時，或采用式〔2-12〕進展荷載效應(yīng)組合時，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)移計算以及考慮P-Δ效應(yīng)時；③非構(gòu)造構(gòu)件的設(shè)計；④非建筑類構(gòu)造的設(shè)計；⑤考慮地震力放大系數(shù)的連接組件的接頭設(shè)計；⑥要求采用地震力放大系數(shù)的接頭設(shè)計；⑦計算樓層水平分布力時；⑧效能減震構(gòu)造體系的設(shè)計。對于抗震設(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每一個樓層都需要抵抗超過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)力體系至少有兩個開間都需要抵抗超過35%的基底剪力的情況。與中國標準相比，在地震作用效應(yīng)組合方面的主要差異是：①美國標準在計算地震力時，水平地震作用和豎向地震作用總是同時考慮的。而中國標準只有8度和9度時的大跨構(gòu)造、長懸臂構(gòu)造、煙囪和類似高聳構(gòu)造以及9度時的高層建筑，才考慮豎向地震作用。②美國標準還引入了考慮構(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)計原那么，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進展設(shè)計。GB50011-2001截面的抗震承載力驗算針對小震條件〔50年超越概率為63.2%的地震〕采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進展設(shè)計：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)計值；R—構(gòu)造構(gòu)件承載力設(shè)計值；γRE—承載力抗震調(diào)整系數(shù)，除GB50011-2001另有2.7.3截面抗震承載力驗算的比較規(guī)定外，應(yīng)按表2-26采用。當僅計算豎向地震作用時，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的條文說明中指出：構(gòu)造在設(shè)防烈度下的抗震驗算根本上應(yīng)該是彈塑性變形驗算，但為減少計算工作量并符合設(shè)計習慣，對大局部構(gòu)造，將變形驗算轉(zhuǎn)換為眾值烈度地震作用下構(gòu)件承載力驗算的形式來表現(xiàn)。按照GB50068-2001?建筑構(gòu)造可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準?的原那么，89標準與78標準在眾值烈度下有根本一樣的可靠指標，GB50011-2001略有提高?；诖饲疤?，在確定地震作用分項系數(shù)的同時，那么可得到與抗力標準值Rk相應(yīng)的最優(yōu)抗力分項系數(shù)，并進一步轉(zhuǎn)換為抗震的抗力函數(shù)〔即抗震承載力設(shè)計值RdE〕，使抗力分項系數(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算時，采用了各有關(guān)標準的承載力設(shè)計值Rd，因此，抗震設(shè)計的抗力分項系數(shù)，就相應(yīng)地變?yōu)槌休d力設(shè)計值的抗震調(diào)整系數(shù)γRE，即γRE=Rd/RdE或RdE=Rd/γRE?！?〕ASI/AISC341-05按照美國鋼構(gòu)造設(shè)計標準ANSI/AISC360-05的規(guī)定，既可采用荷載抗力系數(shù)設(shè)計法LRFD，也可采用容許應(yīng)力設(shè)計法ASD。LRFD法與中國標準的一樣，也是采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原那么，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進展設(shè)計；ASD法為傳統(tǒng)的單一平安系數(shù)的容許應(yīng)力設(shè)計法，ASD與LRFD的平安度設(shè)置水平大體一樣，設(shè)計人員可在兩種方法中選擇其一進展設(shè)計，但不能混用。1〕ANSI/AISC360-05的設(shè)計表達式LRFD：設(shè)計強度≥需要強度〔2-14〕或φRn≥UL〔2-15〕ASD：容許強度≥需要強度〔2-16〕或ΩRn≥UA〔2-17〕其中，φ為抗力系數(shù)；UL為考慮荷載分項系數(shù)后的荷載效應(yīng)組合設(shè)計值，即需要強度；Ω為平安系數(shù)；UA為利用ASD法確定的荷載組合計算得到的需要強度。Rn為名義強度。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)件的強度折減系數(shù)Ω〔ASD〕與抗力分項系數(shù)Φ〔LRFD〕之間的關(guān)系：

〔2-18〕1〕LRFD與ASD的目標可靠指標β通過可靠度校準分析，LRFD與ASD對應(yīng)的目標可靠指標β的要求見表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)件為例加以說明。用LRFD設(shè)計，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，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〕上述公式計算結(jié)果的比較見圖2-10。由圖2-10可以看出：當ρQ<3.0時，采用LRFD法進展設(shè)計較為經(jīng)濟，或者說采用ASD法進展設(shè)計那么顯得過于保守；在ρQ=3.0時，ASD與LRFD的相當平安系數(shù)相等；在ρQ>3.0時，LRFD比ASD的相當平安系數(shù)要稍大，但兩者差距不大，采用LRFD進展設(shè)計更為合理?！?〕GB50011-2001以及ANSI/AISC341-05進展抗震驗算的水準不同，GB50011-2001針對的是“小震〞條件下的抗震承載力驗算，而ANSI/AISC341-05針對的是相當于我國標準“中震〞條件下的抗震承載力驗算?！?〕GB50011-2001關(guān)于抗震變形驗算的規(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)進展多遇地震作用下的抗震變形驗算，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的條文說明中指出：彈性變形驗算屬于正常使用極限狀態(tài)的驗算，各作用分項系數(shù)均取1.0。鋼筋混凝土構(gòu)造構(gòu)件的剛度，2.7.5抗震變形驗算一般可取彈性剛度；當計算的變形較大時，宜適當考慮截面開裂的剛度折減，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算，應(yīng)符合以下要求：以下構(gòu)造應(yīng)進展彈塑性變形驗算：①8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架；②7～9度時樓層屈服強度系數(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)計的構(gòu)造。以下構(gòu)造宜進展彈塑性變形驗算：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類場地和8度時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抗震變形驗算的規(guī)定ASCE/SEI7-05在抗震變形驗算的規(guī)定方面，以許用樓層位移Δa為控制變量，給出了設(shè)計地震條件下的抗震變形驗算標準，見表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)計樓層位移Δ，不應(yīng)超過Δa/；〔即前文所述的可靠性系數(shù)〕c：沒有位移限制的帶有填充墻、隔墻、吊頂、圍護墻的單層構(gòu)造，應(yīng)按此樓層位移進展設(shè)計；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，即剪力墻上的彎矩不能忽略的情況。在抗震變形驗算方面，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，進展抗震變形驗算的標準，以及“大震〞條件下，采用彈塑性層間位移的控制指標，進展薄弱層的彈塑性變形驗算的標準；②ASCE/SEI7-05在設(shè)計地震條件下，針對不同構(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，給出了構(gòu)造抗震變形驗算標準。地震作用的計算方法主要分為靜力計算方法和動力計算方法兩類，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算方法，也是GB50011-2001與ASCE/SEI7-05推薦采用的水平地震作用的計算方法之一。GB50011-2001規(guī)定，底部剪力法適用于高度不超過40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點體系的構(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中美抗震標準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GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標準的水平地震作用取值進展比較。3.1中美標準水平地震作用的計算方法3.1.1GB50011-2001水平地震作用的計算方法GB50011-2001規(guī)定底部剪力法適用于高度不超過40m以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的構(gòu)造，以及近似于單質(zhì)點體系的構(gòu)造，底部剪力法的計算公式為：FEk=α1Geq〔3-1〕式中：FEk—構(gòu)造總水平地震作用標準值；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)點取總重力荷載代表值，多質(zhì)點可取總重力荷載代表值的0.85，即對于多質(zhì)點體系，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、場地類別、設(shè)計地震分組和構(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“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)按照圖3-1所示的地震影響系數(shù)曲線確定；特征周期應(yīng)根據(jù)場地類別和設(shè)計地震分組按表3-2采用，計算8、9度罕遇地震作用時，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，均可采用該方法計算地震作用。計算的設(shè)計基底剪力相當于GB50011-2001的構(gòu)造總水平地震作用，設(shè)計基底剪力V應(yīng)按照下式計算：V=CS·W〔3-2〕式中，CS—為地震反響系數(shù)，應(yīng)按式〔3-3〕計算；W—為等效重力荷載，取值見表2-28。CS=SDS/〔R/I〕〔3-3〕3.1.2ASCE/SEI7-05水平地震作用的計算方法式中，SDS—為短周期設(shè)計反響譜加速度參數(shù)；R—為構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)，取值見表2-22；I—為抗震重要性系數(shù)，取值見表2-8。ASCE/SEI7-05規(guī)定CS不應(yīng)超過式〔3-4〕和式〔3-5〕規(guī)定的限值：CS≤SD1/T〔R/I〕當T≤TL時〔3-4〕CS≤SD1TL/T2〔R/I〕當T>TL時〔3-5〕式中，T—構(gòu)造根本周期；TL—長周期限值，取值參見ASCE/SEI7-05第22章中TL分布圖；SD1—周期為1秒的設(shè)計反響譜加速度參數(shù)。同時CS不應(yīng)小于0.01，對位于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〕計算水平地震作用時，計算公式的形式是一致的，主要涉及4個關(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)對這些參數(shù)進展簡要分析?！?〕對于等效重力荷載〔Geq或W〕的取值，在進展水平地震作用取值的比較分析方面，為使問題簡化，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“小震〞條件和“大震〞條件分別給出，一般情況下應(yīng)按照圖3-1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，針對設(shè)計地震〔相當于我國標準的中震〕條件給出，考慮短周期設(shè)計反響譜加速度參數(shù)SDS、構(gòu)造反響調(diào)整系數(shù)R、抗震重要性系數(shù)I計算得到。其中設(shè)計反響譜加速度參數(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各針對不同的地震作用條件給出，在進展相關(guān)比較時，應(yīng)注意統(tǒng)一比較標準?！?〕假定GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標準進展水平地震作用計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“小震〞和“大震〞條件分別給出，ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS針對設(shè)計地震條件給出，為了保證水平地震作用取值比較3.2中美標準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“小震〞和“大震〞條件分別給出，ASCE/SEI7-05的地震反響系數(shù)CS針對設(shè)計地震條件給出，為了保證水平地震作用取值比較的起點一致，需要對ASCE/SEI7-05水平地震作用的計算結(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標準的水平地震作用取值在相當于我國“小震〞條件下進展比較。〔3〕本章選取GB50011-2001以及ASCE/SEI7-05兩本標準規(guī)定的，相當于GB50011-2001小震條件下的水平地震作用最大值進展比較分析?？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，場地類別為II類的條件，相應(yīng)ASCE/SEI7-05的短周期地震地面運動最大加速度SS為0.55g~1.58g，〔見表3-3〕，建筑用途分類為II類，場地類別為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。兩本標準的水平地震作用取值的比較計算條件見表3-4。按照前述計算條件，分別計算GB50011-2001與ASCE/SEI7-05標準的水平地震作用，計算結(jié)果見表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動最大加速度〕的提高，差距逐漸增大。抗震設(shè)防烈度為7度〔0.10g〕時，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，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，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，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，GB50011-2001的水平地震作用取值比ASCE/SEI7-05的偏大71.7%?！?〕本文只針對水平地震作用峰值進展了比較，假設(shè)考慮不同特征周期構(gòu)造的水平地震作用取值，特別是考慮長周期構(gòu)造的水平地震作用取值時，所得結(jié)論會有一些變化。

分別運用中美抗震標準對某20層中心支撐鋼框架構(gòu)造進展設(shè)計分析，該建筑位于北京某地區(qū)，設(shè)防烈度為8度，地面設(shè)計加速度為0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為III類，特征周期Tg為0.25s。構(gòu)造詳細信息見表4-1所示。4.1根本計算參數(shù)4.1.1設(shè)計條件4中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計標準平安度設(shè)置水平的比較為初步反映中美鋼構(gòu)造抗震設(shè)計標準平安度設(shè)置水平，擬分別利用中美標準對某中心支撐鋼框架構(gòu)造進展分析。表4-1構(gòu)造計算模型簡介為便于比較，美國標準取建筑的重要性系數(shù)為1.0；中國標準取建筑的設(shè)防類別為丙類，地震作用和抗震措施均按本地區(qū)設(shè)防烈度進展設(shè)計。4.1.2構(gòu)造重要性的統(tǒng)一如前所述，中美兩國抗震標準的場地土類別對應(yīng)關(guān)系如表4-2所示。由于該建筑位于北京某地區(qū)的場地類別為Ⅲ類，對應(yīng)美國標準的場地類別為D類。4.1.3場地類別的統(tǒng)一表4-2兩國標準等效剪切波速與場地類別劃分比照4.1.4地震作用參數(shù)的統(tǒng)一如前所述，中國地震分區(qū)與ASCE/SEI7-05中的譜加速度值〔g〕存在一定對應(yīng)關(guān)系，表4-3為場地類別為III類條件下〔對應(yīng)美國標準的場地類別為D類〕，中國地震分區(qū)在ASCE/SEI7-05中的譜加速度值〔g〕。從表中可以看出，對應(yīng)設(shè)防烈度為8度，地面設(shè)計加速度為0.2g，設(shè)計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“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，這與中國標準大震的重現(xiàn)期相當。在設(shè)計時，“最大考慮地震〞地面運動加速度乘以2/3，折減至“設(shè)計地震〞水平，其地震水平對應(yīng)的50年超越概率為5%～10%，與中國標準的中震水平大致相當。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再次對地震作用折減后進展構(gòu)造設(shè)計。中國標準按中震烈度(50年超越概率10%)對全國進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%)水平進展構(gòu)造設(shè)計。ASCE/SEI7-05通過場地調(diào)整系數(shù)反映場地土軟硬對構(gòu)造地震作用的影響，該建筑位于北京某地區(qū)的場地類別為III類，結(jié)合表4-1可知，對應(yīng)美國標準的場地類別為D類。查表4-4和表4-5，D類場地系數(shù)Fa和Fv分別為1.1和1.6。由此得到本算例中對應(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)計反響譜曲線，在按上述計算得到SDS和SD1后，對應(yīng)圖4-2可以確定相應(yīng)其它與抗震設(shè)計反響譜曲線有關(guān)的參數(shù)，如T0、TS等。4.1.5構(gòu)造延性的統(tǒng)一美國ASCE/SEI7-05把地震作用折減至設(shè)計地震水平以后，還要按照構(gòu)造的延性和耗能能力再進展一次折減。一般來說，構(gòu)造延性等級可分為普通(Odinary)、中等(Intermediate)和特殊(Special)三個等級，這三者代表構(gòu)造的延性和耗能能力依次增強。美國標準允許設(shè)計人員通過一定的抗震構(gòu)造措施，對同一構(gòu)造類型實現(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)。中國標準直接按照“小震〞地震烈度進展彈性設(shè)計。“小震〞地震烈度相當于通過“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。中國標準沒有延性等級的劃分，從對構(gòu)造延性的要求和構(gòu)造的構(gòu)造措施看，中國的構(gòu)造體系與美國的普通抗彎構(gòu)造體系相近。應(yīng)該指出，ASCE/SEI7-05規(guī)定直接按照設(shè)計地震條件〔與我國“中震〞水準相當〕計算地震作用，為了保證水平地震作用取值的起點一致，需要對ASCE/SEI7-05水平地震作用的計算結(jié)果乘以“1/2.8〞的系數(shù)，以保證地震作用相當于在我國標準的“小震〞條件下進展設(shè)計。

綜上，在本算例中采用美國標準計算得到的地震反響系數(shù)最大值Cs〔相當于我國標準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標準規(guī)定設(shè)防烈度為8度且地面設(shè)計加速度為0.2g時的地震影響系數(shù)最大值αmax為0.16g。4.2兩國標準地震作用計算結(jié)合上述根本計算參數(shù)，對本算例按照兩國標準分別進展地震作用計算，計算結(jié)果見圖4-3；同時給出當其它條件不變，該建筑處于堅硬場地下〔對應(yīng)我國標準為I類場地，對應(yīng)美國標準為B類場地〕時，采用兩國標準得到的中心支撐抗彎框架層間剪力值，計算結(jié)果見圖4-4。從以上數(shù)據(jù)可以看出：1〕軟弱場地條件下，利用美國標準計算的普通中心支撐抗彎框架的地震總剪力相當于中國標準計算值的22%。2〕堅硬場地條件下，利用美國標準計算的普通中心支撐抗彎框架地震總剪力相當于中國標準計算值的13.5%。3〕按中國標準計算結(jié)果，對此20層中心支撐框架建筑，III類場地地震總剪力比I類場地計算結(jié)果增長約22%，而按美國標準計算的D類場地的地震總剪力比B類場地計算結(jié)果增長約83%，遠遠超過中國標準計算結(jié)果的增幅。4〕從計算結(jié)果看，場地土變軟后，兩國標準計算的地震力均增大，但美國標準計算結(jié)果相對中國標