中美抗震規(guī)范的比較與轉換.ppt

1、中美抗震規(guī)范的比較與轉換,中美抗震規(guī)范的比較與轉換,設備室：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）筑物設防類別（或風險級別） 場地土類別 延性系數(shù) 設防目標（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)） 地震動參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖） 反應譜曲線 地震作用設計方法,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）筑物設防類別（或風險級別）,* 結論：對于石油化工裝置直立設備，在抗震設計時，如采用中國規(guī)范，按標準設防類（丙類考慮）；如采用美國規(guī)范（無論是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,場地土類別,* 建（構）筑物所在場地的土層軟硬程度和覆蓋層厚度，對判定場地土類型具有決定性的影響，從而導致建（構）筑物對同一地震烈度下的地震響應有較大差別（不同場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,場地土類別,* 結論：（1）中美規(guī)范中場地土類別的大致對應關系可見下表，方便在地震參數(shù)轉換時予以考慮； （2）ASCE7中指出“如果場地的土壤特性具體信息不充分，在不能確定場地的級別情況下，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),* 結構、構件或構件的某個截面從屈服開始到達最大承 載能力或到達以后而承載

3、能力還沒有明顯下降期間的變形 能力，即為延性。延性指當?shù)卣鹌仁菇Y構發(fā)生較大的非線 性變形時，結構仍能維持其初始強度的能力，是結構超過 彈性階段的變形能力，它是結構抗震能力強弱的標志。 延性系數(shù)也可理解為地震力降低系數(shù)。我國規(guī)范規(guī)定把設 防烈度地震作用降低約3（精確值為2.86） 倍來進行承載 力設計，即設防烈度地震作用反應譜除以地震承載力降低 系數(shù)3，而得到設計所用的反應譜。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,延性系數(shù),* 結論： （1）中國規(guī)范沒有延性等級的劃分，對于所有的結構，折減系數(shù)（延性系數(shù)）都為2.86； （2）美國規(guī)范中對于不同的的結構具有不同延性等級，即折減系數(shù)（延性系數(shù)）不同，對

4、于石油化工鋼制直立設備：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,設防目標（包括重現(xiàn)期）,* 超越概率：在一定時期內(nèi)（例如50年），工程場地可能遭遇大于或等于給定的地震烈度值或地震動參數(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,設防目標（包括重現(xiàn)期）,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,設防目標（包括重現(xiàn)期）,* 結論： （1）美國UBC規(guī)范采用單一水準設防思想，重現(xiàn)期與中國規(guī)范基本烈度地震一樣，根據(jù)其設防目標是為了防止倒塌，則相當于中國規(guī)范中的“大震” ； （

5、2）美國ASCE7，IBC采用兩水準設防思想，其對應的“設計地震”和“最大考慮地震”重現(xiàn)期與中國規(guī)范的基本烈度地震和罕遇地震一樣，即相當于中國規(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）,* 結論： （1）中國規(guī)范有明確的地震分組的概念，在美國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規(guī)范所有的地震場合，而美國UBC規(guī)范震源類型只適用于地震分區(qū)為4的場合； （2）美國IBC和ASCE7中沒有明確的地震分組或震源類型的概念，但其在抗震設計中針對震級和震中距對結構的影響是有所體現(xiàn)（體現(xiàn)在反應譜曲線上）； （3）對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,* 結論： （1）中國規(guī)范和美國UBC規(guī)范類似，都采用場地土特性與地震分組（對于UBC為地震分區(qū)）來確定特征周期； （2）IBC、ASCE7：以區(qū)劃圖的方式給出，類似于GB中的“中國地震動反應譜特征周期區(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：指一次地震所釋放的能量大小，震級越高釋放能量越大。國際通 常采用里氏震級作為度量，里氏震級共有十二級。 地震烈度：一次實際地震只有一個震級，但每次地震在地震影響區(qū)域的 不用地點其地面設施和設備破壞程度不盡相同。因此，把某一地區(qū)遭受

7、 了地震的工程設施和設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行評定，并把宏觀破壞現(xiàn)象與烈度對應起來形成表 格，即為國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)計的最高地震烈度（一個概率統(tǒng)計的烈度） 抗震設防烈度：抗震設防烈度是對建（構）筑物的抗震性能的要求，它 不僅和當?shù)氐牡卣鸹玖叶扔嘘P，還和建（構）筑物本身的要求有關。 甲級、乙級、丙、丁級設防烈度是不同的。一般情況下，抗震設防烈 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適用于設防烈度為6、7、8、9度地區(qū)建（構）筑工程的抗震 設計以及隔震、消能減震設計；抗震設防烈度大于9度地區(qū)建（構） 筑工程以及行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑，抗震設計應按有關專門規(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)（類似中國規(guī)范中抗震設防烈度），且分為（0）、1、 2A、2B、3、4區(qū)，見下表。每個分區(qū)對應一地震分區(qū)系數(shù)Z， Z實際上可 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： 對于地震設計類別根據(jù)建筑物風險類別以及該建筑物所處地的設計地震 下加速度反應譜值 ，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)）,* 結論： （1）根據(jù)地震加速度值，GB中的設防烈度與UBC中的地震分區(qū)有如下基本對應關系，但不是絕對地能一一對應。,（2）UBC地震分區(qū)與IBC地震類別的對應關系,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震動參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* 地震動建筑抗震設計規(guī)范疑問解答中對地震動的解釋 ：,中國規(guī)范與美國ASCE7/IBC都提供了地震動的參數(shù)區(qū)劃圖，只有提供這些參數(shù)，才能依此繪制出用來進行抗震設計的反應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,地震動參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* GB中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖GB1

10、8306-2001中給出了兩張區(qū)劃圖：中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖和中國地震動反應譜特征周期區(qū)劃圖。 中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖 中國地震動反應譜特征周期區(qū)劃圖,* UBC美國UBC規(guī)范中沒有地震動參數(shù)區(qū)劃圖，但提供了一張全美國的地震分區(qū)圖。 地震分區(qū)圖 值得提出的是美國UBC規(guī)范以附錄的形式給出了美國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,地震動參數(shù)區(qū)劃圖（地震分區(qū)圖）,* ASCE7/IBCASCE7與IBC的地震動區(qū)劃圖完全一樣。 ASCE7中的22章詳細描述了此規(guī)范用到的地震動區(qū)劃圖。 區(qū)劃圖由美國地質調(diào)查局USGS(United States Geolog

11、ical Survey)、 建設地震安全委員會抗震設計過程評估組以及美國土木工程師學會地震 分委員會共同完成。 圖22-122-6為最大考慮地震動參數(shù)和的區(qū)劃圖； 圖22-1222-16為長周期過渡周期的區(qū)劃圖； 圖22-722-11為B類場地土的最大考慮地震地面運動加速度 峰值區(qū)劃圖（單位g/100）。 美國本土可從軟件上查詢。或者從美國地質調(diào)查局網(wǎng)站在線查詢： /hazards/apps/gis/ 美國之外的國家或其聯(lián)邦(海外)領地的地震動參數(shù)： /secure/designmaps/ww

12、/application.php,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,* GB 地震影響系數(shù)最大值 : 建（構）物最大加速度絕對值和重力加速度的比值?？紤]建（構）物動力放大系數(shù)，建（構）物的最大加速度絕對值 ， 為最大地面動加速度。因此， 中國規(guī)范中：,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,* GB GB中的反應譜曲線是以結構的阻尼比為5%， 建立的，我們稱之為標準反應譜（對于某一給定的設計基本地震加速度，共有12條標準反應譜曲線）。反應譜曲線分為上升段、平臺段、指數(shù)下降段和直線下降段。對于阻尼比不等于5%的結構，對反應譜進行調(diào)整。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,*

13、 UBC 反應譜曲線只有上升段、平臺段、指數(shù)下降段。,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,* ASCE7/IBC,Fa，F(xiàn)v與場地土類別有關的系數(shù),第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,* ASCE7/IBC,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,反應譜曲線,* 結論 （1）建立反應譜的基準一樣，阻尼比5%，對于石油化工直立設備，按 JB/T4710-2005一階振型的阻尼比為1%3%。 （2）反應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,地震作用設計方法,* GB GB50011中對于結構抗震計算的方法有:,第一部分 地震規(guī)范基本概念介紹,地震作用設計方法,* UBC 結

14、構地震作用計算方法有：靜態(tài)側向力計算法和動態(tài)側向力計算法。 靜態(tài)側向力計算法基底總水平地震力計算公式:,* IBC/ASCE7 結構地震作用計算方法有：靜態(tài)算法（等效側力法，按12.8）和動態(tài)算法（模態(tài)分析法，按12.9；線性時程響應法，按16.1；非線性時程響應法，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,地震作用設計方法,* 結論 （1）當都采用靜態(tài)算法中的底部剪力法時，GB，UBC,IBC/ASCE7規(guī)范具 有可比較性; (2)石油化工直立設備的抗震設計采用的動態(tài)算法中的振型分解反應譜 法（JB/T4710),中美規(guī)范如何比較？,第二部分 地震參數(shù)轉換

15、,為什么要轉換,整體引進基礎設計的國內(nèi)項目要求,國內(nèi)項目中引進設備的抗震驗算要求,涉外工程的要求,第二部分 地震參數(shù)轉換,基本假設,* 結論 假設對于石油化工裝置直立設備，都按規(guī)范靜態(tài)算法中的底部剪力法進行抗震設計（與JB/T4710-2005考慮不同）；且對于直立設備這樣的多質點體系，規(guī)范的重力載荷如 ， 都以設備的操作重計入。,第二部分 地震參數(shù)轉換,GBUBC,* 轉換原則 設備底截面的總水平地震力： 比較可知，由于重力載荷都為設備操 作重，因此要使得兩個規(guī)范計算的設備底截面的總水平地震力相當，則必須使得轉換后的 （或 ）能夠包絡住 （或 ）,* 轉換參數(shù) GB： 重現(xiàn)期、地震烈度、設計

16、基本地震加速度、設計地震分組、場地土類別 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、場地土類別,* 轉換示例 GBUBC： 以北京為例（GB50011上的參數(shù)：抗震設防烈度為8度、設計基本地震加速度為0.2g、設計地震分組為：第一組、II類場地土（標準場地土） 轉換后UBC參數(shù)為：2B區(qū)，場地土類別Sd,第二部分 地震參數(shù)轉換,GBIBC/ASCE7,* 轉換原則 設備底截面的總水平地震力： 比較可知，由于重力載荷都為設備操 作重，因此要使得兩個規(guī)范計算的設備底截面的總水平地震力相當，則必須使得轉換后的 （或 ）能夠包絡住 （或 ）,* 轉換參數(shù) GB： 重現(xiàn)期、地震

17、烈度、設計基本地震加速度、設計地震分組、場地土類別 ASCE7：重現(xiàn)期、 Ss 、 S1 、 TL 、地震設計類別、場地土類別,第二部分 地震參數(shù)轉換,GBIBC/ASCE7,不同重現(xiàn)期換算 GB：以重現(xiàn)期為475年的地震地面運動峰值加速度為基準，其它重現(xiàn)期地震地面運動峰值加速度與之的比值定義為 ，則對應于不同的地震烈度 可見下表：,各重現(xiàn)期地震地面運動峰值加速度比值,第二部分 地震參數(shù)轉換,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， 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 ，則對應于美國不同城市的 見下表（部分城市）：,美國不同城市,第二部分 地震參數(shù)轉換,GBIBC/ASCE7,GBASCE7/IBC 對于給定的某中國城市，地震烈度、設計基本地震加速度、設計地震分組、場地土類別是一定的，即設計基本地震加速度 （也即基本烈度對應的地面運動峰值加速度），場地土類別，特征周期 確定，則對應的ASCE7/IBC地震動參數(shù)由下面式確定：,* 轉換示例 GBASCE7/IBC： 以北京為例（GB50011上的參數(shù)：抗震設防烈度為8度、設計基本地震加速度為0.2g、設計地震分組為：第一組、I類場地土）。 轉換后ASCE7/IBC參數(shù)為： 類， ，,第二部分 地震參數(shù)轉換,GBIBC/ASCE7,ASCE7/IBCGB 某對于給定的某美國城市，最大考慮地震下的 、 以及場地土類別是確定的，由此 ， 也確定，則由下式可確定中國規(guī)范中的地震動參數(shù)：,* 轉換示例 ASCE7/IBCGB 以美國舊金山為例（ 、 ，標準場地土 ，則 ， ）。 轉換后GB參數(shù)為：(III類場地土，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.30g， 設計地震分組為：第二組),第三部分 存在問題與展望,世界其它主要經(jīng)濟體（國家）抗震設計規(guī)范,第三部分 存在問題與展望,儲罐抗震的設計規(guī)范的差異,石油化工裝置中的大罐是一類比較特殊的設備：一方面其