中美混凝土抗震设计规范对比.docx

1、中美混凝土抗震设计规范对比系所：专业： 学号： 姓名： 指导教师： 中美混凝土抗震设计规范对比1目录1 概述 .32 荷载组合 .42.1 中国规范荷载组合 .42.1.1 承载能力极限状态的荷载组合 .42.1.2 正常使用极限状态的荷载组合 .52.2 美国规范荷载组合 .62.1.1 承载能力极限状态的荷载组合 .62.1.2 正常使用极限状态的荷载组合 .72.3 中美荷载组合对比 .73 抗震设计基本原则 .83.1 抗震设防目标和水准 .83.1.1 我国抗震设防目标和水准 .83.1.2 美国抗震设防目标和水准 .83.1.3 中美抗震设防目标和水准对比 .93.2 建筑设计和建

2、筑结构的规则性 .93.2.1 我国建筑设计和建筑结构的规则性 .103.2.2 美国建筑设计和建筑结构的规则性 5 .113.1.3 中美建筑设计和建筑结构的规则性对比 .134 抗震设计方法 .134.1 我国抗震设计方法 .144.2 美国抗震设计方法 .144.3 中美抗震设计方法对比 .145 抗震设计反应谱 .155.1 我国抗震设计反应谱 .155.2 美国抗震设计反应谱 .165.3 中美抗震设计反应谱对比 .18中美混凝土抗震设计规范对比25.3.1 反应谱处理对比 .185.3.2 反应谱曲线比较 .196 地震作用计算方法 .206.1 地震作用计算方法的选定 .206.

3、1.1 我国地震作用方法的选定 .206.1.2 美国地震作用方法的选定 .216.1.3 中美地震作用方法选定的对比 .216.2 底部剪力法（ASCE ： equivalent lateral force procedure） .216.2.1 我国底部剪力法计算 .226.2.2 美国底部剪力法计算（ASCE：equivalent lateral force procedure）.236.2.3 中美规范底部剪力法计算对比 .247 结语 .27参考文献 .28中美混凝土抗震设计规范对比31 概述近来我国在国际上承担的工程项目越来越多，很多国家和地区都要求采用美国规范设计，因此有必要学习

4、美国规范，并了解美国规范与我国规范间的差异。本文对比了中美两国规范中关于荷载组合、抗震设计基本原则（主要对比抗震设防目标和水准、建筑设计和建筑结构的规则性这两方面的内容）、抗震设计方法这三方面的内容。对比的规范介绍如下：1、 ASCE/SEI 7-10：是按概率极限状态设计原则和结构可靠度理论编制的，统一了美国各种结构设计规范的基本设计原则和荷载取值标准(包括地震作用的取值标准)及荷载效应的组合原则和计算公式、荷载分项系数及组合系数的取值规定等，类似于我国的荷载规范，并包括了类似于我国抗震规范中的抗震设防标准、地震动参数及地震作用的取值标准等内容。2、 UBC 97：Uniform Build

5、ing Code, UBC统一建筑规范是美国第一个带有建筑抗震内容的规范，第一版于 1927 年出版，由“国际建筑官员协会”（International Conference of Building Officials，即 ICBO）出版发行，主要用于美国西部各州，是被广泛采用的规范之一。3、 IBC-2003：IBC 规范第一版于 2000 年颁布，每三年修订一次，自此, 其他 3 本通用规范便不再更新 , IBC 规范逐渐成为了美国全国唯一的通用建筑规范。IBC 规范的颁布与实施，取代了 UBC、SBC 和 NBC 等规范，从而使美国的新建建筑规范达到了统一。在抗震设计方面，IBC 大多引

6、用了 ASCE 7-10 的内容。可以把 IBC 视为一个规范门户，由它通向各个专门规范。4、 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）：建筑抗震设计规范是中华人民共和国国家标准，由中华人民共和国住房和城乡建设部主编。按该规范进行抗震设计的建筑，其基本的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体

7、或更高的抗震设防目标。5、 建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）：建筑结构荷载规范也是中华人民共和国国家标准，由中华人民共和国住房和城乡建设部主编。该规范适用于建筑工程的结构设计，建筑结构设计中涉及的作用应包括直接作用(荷载)和间接作用，而该规范仅对荷载和温度作用作出规定，有关可变荷载的规定同样适用于温度作用。中美混凝土抗震设计规范对比42 荷载组合通过阅读美国标准Minimum Design Loads for Building and Other Structures（ASCE/SEI 7-10）和中国标准建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）、建筑抗震设计规范（GB 5

8、0011-2010）关于荷载组合的规定，对比与分析中美荷载组合的异同，加深对中国规范荷载组合规定的理解，初步了解美国规范对荷载组合的相关规定。2.1 中国规范荷载组合中国设计规范中的荷载组合是根据现行（GB 50009-2012）、建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）的有关规定，结合建筑的自身特点制定的。规范给出的荷载组合表达式都是以荷载与荷载效应有线性关系为前提，并且要求建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的组合进行设计。2.1.1 承载能力极限状态的荷载组合对于承载能力极限状态，应按荷载的

9、基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计： 0rdsR式中： 结构重要性系数，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用；0r荷载组合的效应设计值；ds结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定取R值。1、 基本组合荷载基本组合的效应设计值 ，应从下列荷载组合值中取最不利的效应设ds计值确定：1）由可变荷载控制的效应设计值，按下式计算： 112jj iimndGkQLkQLckj iSrrSrS式中： 第j个永久荷载的分项系数；jGr第i个可变荷载的分项系数；iQ第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中 为主导可iLr 1Lr中美混凝土抗震设计规范

10、对比5变荷载 考虑设计使用年限的调整系数；1Q按第j个永久荷载标准值 计算的荷载效应值；jGkSjkG按第i个可变荷载标准值 计算的荷载效应值，其中 为诸可iQ iQ1QkS变荷载效应中起控制作用者；第i个可变荷载的组合值系数；icm参与组合的永久荷载数；n参与组合的可变荷载数。2）由可变荷载控制的效应设计值，按下式计算： 12jjiimndGkQLckjiSrrS3）基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：a)永久荷载的分项系数应符合下列规定：当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 11.2，对由永久荷载效应控制的组合应取135； 当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1

11、0。 2b)可变荷载的分项系数应符合下列规定： 对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取13； 1其他情况，应取14。 2c)对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应满足有关的建筑结 构设计规范的规定。2、偶然组合中国规范指明对于偶然组合、偶然荷载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值；其次，对偶然设计状况，不必同时考虑两种偶然荷载；第三，设计时应区分偶然事件发生时和发生后的两种不同设计状况。2.1.2 正常使用极限状态的荷载组合正常使用极限状态的结构设计主要是验算结构在正常使用条件下的变形、裂缝、沉降、振幅、加速度或

12、应力等，并控制它们不超过限值，按下式进行设计： dsC式中：C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、沉降、振幅、加速度或应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。中美混凝土抗震设计规范对比6中国规范给出短期和长期两种效应的组合：当考虑短期荷载效应时，可根据不同的设计要求，分别采用荷载的标准组合或频遇组合；当考虑长期荷载效应时，采用准永久组合。1、 荷载标准组合的效应设计值 应按下式计算：ds112j imnGkQcQkj iSS2、 荷载频遇组合的效应设计值 应按下式计算：ds112j imndGkiQkqQkj iSS3、 荷载准永久组合的效应设计值 应按下式计

13、算：ds11jimndGkqQkjiSS2.2 美国规范荷载组合美国荷载规范关于荷载组合的规定也是基于一阶受力分析的基础上的，并且也要求结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。2.1.1 承载能力极限状态的荷载组合1、基本组合美国规范给出了两种基本荷载组合，分别为极限强度设计的荷载组合（Combining factor load susing strength design）以及容许强度设计的荷载组合（Combining nominal loads using allowablestress

14、 design）。这两种组合都可以用于结构强度验算，但需分别应用于不同的设计方法：荷载抗力系数设计法（LRFD）和容许应力设计法（ASD）。表1为美国的基本荷载组合的表达式：表1 美国规范的荷载基本组合用于极限强度涉及到荷载基本组合 用于容许强度设计的荷载基本组合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

15、) 1.2D+1.0E+L+0.2S 5) D+H+F+(W或0.7E)6)0.9D+1.6W+1.6H 6) D+H+F+0.75(W或0.7E)+0.75L+0.75( Lr或S或R)中美混凝土抗震设计规范对比7用于极限强度涉及到荷载基本组合 用于容许强度设计的荷载基本组合7)0.9D+1.0E+1.6H 7) 0.6D+W+H8) 0.6D+0.7E+H其中：D为恒荷载；L为活荷载；Lr为屋顶活荷载；S为雪荷载；R为雨水荷载；W为风荷载；E为地震荷载；F为有明确压力及高度峰值的流体荷载；H为由土、地下水或大量材料产生的压力；T为自应变荷载。2、 偶然组合美国规范提出特殊情况的荷载组合（L

16、oadcombinations for extraordinary events，即对应中国的偶然组合）需要有适用的规范和标准或权威部门的规定，结构强度和稳定必须能够抵抗特殊情况的荷载效应如火灾、爆炸和冲击荷载。对于偶然设计状况，应采用偶然组合。美国规范仅在条文说明中给出了建议的组合形式，其中偶然荷载的荷载系数也是取1.0。2.1.2 正常使用极限状态的荷载组合美国规范仅在附录中提及关于正常使用极限状态结构设计的一些要求，并在条文说明中给出了相应的组合形式。表2为美国规范的正常使用极限状态的荷载组合情况：表2 美国规范的正常使用极限状态的荷载组合短期荷载效应的组合 长期荷载效应的组合D+LD+

17、0.5S D+0.5LD+0.5L+0.7W2.3 中美荷载组合对比中国规范的荷载组合与美国规范的荷载组合在组合概念上是相似的，只是两国规范组合中的具体荷载系数有差别。例如：1）中国规范中考虑地震荷载的组合时，风荷载的组合值系数，一般结构取0.0，风荷载起控制作用的建筑采用0.2，其中风荷载起控制作用指风荷载和地震作用产生的总剪力和倾覆力矩相当的情况，而美国荷载规范则明确指出地震作用和风荷载可以不同时组合；2）中国规范的荷载组合的设计值中采用了荷载分项系数的方式，荷载分项系数是根据荷载不同的变异系数和荷载的具体组合情况（包括不同荷载的效应比），以及与抗力有关的分项系数的取值水平等因素确定的，而

18、美国规范中未提出“荷载分项系数”的概念，但根据表2美国规范的荷载基本组合，我们可以得到类似中美混凝土抗震设计规范对比8荷载分项系数的荷载系数。 13 抗震设计基本原则抗震设计的基本原则包括抗震设防目标和水准、建筑抗震设防分类和设防标准、建筑设计和建筑结构的规则性、结构体系、结构分析、隔震和消能减震设计、结构材料和施工等方面的要求。本文主要对比了中国规范和美国规范在抗震设防目标和水准、建筑设计和建筑结构的规则性这两方面的异同。主要对比规范中：建筑抗震设计规范（GB 50011-2010 ）、IBC-2003、UBC 97。3.1 抗震设防目标和水准3.1.1 我国抗震设防目标和水准我国建筑抗震设

19、计规范（GB50011-2010）（以下称“10 抗震规范”）仍旧采用“三水准设防目标，两阶段设计步骤”的抗震设计思想，并明确规定“当遭到低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需要修理可继续使用；到遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需要修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。”这个抗震设防目标，简称“小震不坏，中震可修，大震不倒”。其中，多遇地震（小震）的烈度比基本烈度低 1.55 度，50 年超越概率 63，重现期 50 年；设防烈度地震（中震）50 年超越概率 10，重现期 475

20、 年；罕遇地震（大震）烈度比大震高 1 度左右，50 年超越概率 23，重现期为 1640 年2400 年。3.1.2 美国抗震设防目标和水准美国规范 UBC 97 没有明确给出分层次的抗震设防目标,仅提出“抗震设防目标是避免结构倒塌和人身伤亡，而不是限制结构和保证结构功能”。美国规范在 2000 年以前的统一建筑规范UBC 系列中,一直是以 50 年超越概率 10%的地震地面运动作为设计地震；在 2000 年以后的国际建筑规范IBC 系列中,则是以 50 年超越概率 2%定义的最大考虑地震 MCE(Maximum Consid-ered Earthquake)进行全国的地震动区划,并以最大考

21、虑地震的 2/3 作为设计地震(大体上相当于 50 年超越概率为 10%的地震)。美国规范虽然没有明确的分层次抗震设防目标,它以单一水准下的“大震” (50 年超越概率为 2%的地震)作为代表,在进行实际抗震设计时用 2/3 的系数将其折减为接近于“中震”的设计地震中美混凝土抗震设计规范对比9(50 年超越概率为 10%),再选择结构的不同延性等级来满足其抵抗各种水准地震的要求,即在总体上仍然体现了分层次设防的原则。美国 IBC-2003 的抗震目标是“为设计、构建抵抗地震的建筑物提供最低标准” 2，其采用的基准设防地震作用可以归纳为以下几点：1、若所有地区均采用 50 年超越概率 10的地震

22、作用作为基准设防地震作用，将导致在强地震作用下，不同地区结构倒塌的风险存在明显差异，2、采用 2/3 的最大考虑地震作用作为基准设防地震作用保证了在全国范围内，结构在所考虑的最大地震作用下具有大致相同的倒塌风险；3、所考虑的最大地震作用，在美国中部和东部地区为对应 50 年超越概率 2均值强度水准的地震作用，在美国西部地区为对应 50 年超越概率 25不等的均值强度水准的地震作用；4、基准设防地震作用在美国中部和东部地区得到明显提高，大致对应 50 年超越概率 5均值强度水准的地震作用，在美国西部地区则大致对应 50 年超越概率 10均值强度水准的地震作用。3.1.3 中美抗震设防目标和水准对

23、比美国规范正由单一设防水准向多级设防水准转变，由于不同地区地震作用的影响不同，因而对不同地区采取了不同设防标准。但美国规范在采取多级设防水准的同时却并未采用多级设防目标。相比美国规范，10 抗震规范采用了多级设防目标，在抗震设计概念上比美国规范更为明确；且 10 抗震规范还对“小震”条件下的抗震设防水准和目标有所要求。但 10 抗震规范依然对全国不同地区采用相同的设防水准，这样的规定很大程度上会造成某些地区建筑物的抗震能力不足，而另一些地区建筑物的抗震能力过。 3对比 10 抗震规范和美国规范的设防目标可知，美国规范的要求相当于我国抗震规范“不倒”的要求；对于基准设防地震，我国的要求是“中震可修”。在设防目标上，10 抗震规范的要求要比美国规范高一个级别，为实现这一目标，10 抗震规范对建筑结构的地震作用和抗震构造措施的要求比美国规范的要求相应高一个级别。3.2 建筑设计和建筑结构的规则性建筑结构平、立面的规则性布置是抗震设计中首要注重的问题，因为震害表明简单、对称的结构在地震时较不容易产生破坏。原因很清楚，简单、对称的结构容易估算其地震反应，且容易采取抗震构造措施。为保证结构的规则性，