中、美、欧三国抗震规范对比(王亚勇).ppt

中、美、欧三国抗震规范对比王亚勇中国建筑科学研究院工程抗震研究所1中国建筑抗震设计规范（GB50011-2001）美国国际建筑规范（IBC2003）建筑结构欧洲统一规范（Eurocodes prEN1998）2谁的地震作用取值大？谁的安全度高？谁花钱多？谁合理？中国规范下一步怎么走？31、抗震设防目标2、地震危险性估计3、设计反应谱4、场地分类5、抗震验算6、结论4一、抗震设防目标5小震不坏、中震可修、大震不倒=基于性能的抗震设计？=基于位移的抗震设计？=Push-over 分析？6二、地震危险性估计7中国GB50011-2001的三水准问题基于华北、西北和西南地区45个城镇的地震危险性分析 小震 I-1.55中震 I大震 I+18高孟潭等人1992年对全国7000多个场点的地震动危险性分析结果的统计分析，大震与中震的地震烈度差值普遍小于1度，而且具有明显的地区性。9 地区性台湾：小震（中震-1.55度）对应的50年超越概 率几乎达到99%，远大于63.2%；新疆和西南地区：小震对应的50年超越概率为 52.592.5%，在67.5%左右的比率最高；东北、华北和华南地区：小震对应的50年超越概 为52.557.5%，小于63.2%。大震（中震+1度）对应的50年超越概率，绝大多 数地区均在0.50.9%范围内，远小于 23%。10GB50011-2001规范并没有考虑全国各地地震危险性的差异11 按照概率标准来确定大、中、小震，从而在真正意义上使三级设防水准在全国范围内具有统一的概率保证。12美国UBC（IBC）两水准设计设计地震（design earthquake）=极限地震（maximum considered earthquake）/1.513设计地震:50年超越概率10（重现期475年）极限地震：50年超越概率2（重现期2500年）以极限地震的三分之二（1.5的倒数）作为设计地震，从而使全国的防倒塌水平达到统一14 美国部分城市的美国部分城市的重重现现期期调调整系数整系数 US（0.2秒秒谱谱加速度：加速度：2500年年/475年）年）市名称市名称比值比值（US）Los Angeles（洛杉矶）（洛杉矶）1.7San Francisco（旧金山）（旧金山）1.7New York City（纽约）（纽约）3.3Charleston（查尔斯顿）（查尔斯顿）5.0Memphis（孟菲斯）（孟菲斯）5.115 结构抗震设计类别（seismic design category）A-E=f 地震使用分组，设计地震地面运动参数（0.2秒和1秒周期处的谱加速度）*抗震重要性系数（seismic important factor）IE 针对不同抗震设计类别的结构，IBC-2003和ASCE7-02规定了不同的抗震措施：建筑场地、结构分析模型、分析方法、构造措施等。16 欧洲Eurocodes prEN1998 设计地震（475年重现期）：结构不应出现局部或整体倒塌。常遇地震（95年重现期）：结构不应破坏，保持建筑正常使用功能。常遇地震=设计地震*折减系数v（重要性I、II类建筑，v=0.4；重要性III、IV类建筑，v=0.5）17从现在至2010年的5年时间为各国规范向欧洲统一规范转换的过渡期。在这期间，欧洲各国的国家规范可以和欧洲统一规范并行，但各国的国家规范必须按欧洲统一规范的要求，逐步修正。2010年以后，欧洲将只有欧洲统一规范，各国的规范只能以附录出现在统一规范内。从技术上来说，欧洲统一规范是目前为止世界上真正按性能设计思想编制的一套完整的规范体系。18三、设计反应谱19中国GB50011-200120美国IBC2003的弹性设计反应谱（Ss=0.50g，S1=0.20g）21欧洲prEN1998（1）（主导震级：M=5.5和M5.5）22欧洲prEN1998（2）不同阻尼比和不同场地位移谱23四、场地分类24中国GB50011-2001I-IV类场地波速测深20米基岩500米/秒25美国IBC2003A-F类场地波速测深30米基岩7001500米/秒26欧洲prEN1998A-E,S1,S2类场地波速测深30米基岩800米/秒27中美规范场地分类换算关系28中欧规范场地分类换算关系29五、抗震验算考虑结构延性的抗震设计30中国GB50011-2001小震地震作用=中震地震作用/R（2.85）或 中震地震作用*C（0.35）折减后用于截面强度和结构变形验算。抗震验算 承载力抗震调整系数，按下表采用；R-结构构件承载力设计值（抗力）；S-结构内力（效应）。31材材料料结结构构件构构件受力状受力状态态RE钢钢柱柱0.75支撑支撑 0.80梁梁0.70节节点、点、连连接及其它接及其它连连接件接件1.0砌砌体体两端均有构造柱、芯柱的抗震两端均有构造柱、芯柱的抗震墙墙受剪受剪0.9其它抗震其它抗震墙墙受剪受剪1.0混混凝凝土土梁梁受弯受弯0.75轴压轴压比小于比小于0.15的柱的柱偏偏压压0.75轴压轴压比不小于比不小于0.15的柱的柱偏偏压压0.80抗抗 震震 墙墙偏偏压压0.85各各类类构件构件受剪、偏拉受剪、偏拉0.85抗震承载力调整系数RE32美国IBC2003 式中，Sad为弹塑性设计反应谱，Sa为弹性反应谱，R为结构反应修正系数，为结构延性系数，Ta、Tb、Tc、Tc为伪速度谱各拐点的周期值。33R-T-的关系曲线 34 IBC2003与GB50011设计反应谱对比35 IBC对于延性不同的结构，尽管具有相同的设计地震动加速度ADE2/3AMCE0.298g，其设计反应谱也是不相同的；GB50011不管结构延性如何，其设计反应谱均为小震弹性谱=中震弹性谱*35%，结构延性用抗震承载力调整系数RE 来表示。36 向何处去？大震下抗倒塌水准是否相同？37欧洲prEN1998 延性对地震作用的折减通过结构性能系数q来实现，结构性能系数q不但包含了结构延性的影响，还包含了结构阻尼等因素的影响。38 欧洲欧洲规规范范prEN1998混凝土混凝土结结构的基本性能系数构的基本性能系数q0结构类型中等延性等级（DCM）高等延性等级（DCH）框架体系、双重体系、耦合墙体系3.0au/a14.5 au/a1剪力墙体系3.04.0 au/a1扭转不规则体系2.03.0倒摆体系1.52.0注：（1）对于竖向不规则的结构，表中的q0应折减20%；（2）根据结构布置情况，au/a1在1.01.3间取值39GB50011和prEN1998钢筋混凝结构设计反应谱曲线对比 40 欧洲规范prEN1998对于延性不同的结构，尽管具有相同设计地震动加速度Ag=0.1667g，其设计反应谱是随着结构性能系数而变化的，延性等级越高，结构性能系数越大，相应的设计反应谱曲线越低；中国规范GB50011，不管结构类型和延性如何，其设计反应谱均取为小震弹性谱。由上图可见，对于钢筋混凝土框架结构，中国规范的小震反应谱（亦即设计反应谱）与欧洲规范的中等延性等级的设计反应谱相当，明显大于高等延性等级的设计反应谱。41六、算例和结论42算例（5层钢筋混凝土框架结构）层高3.5m，板厚120mm，8度（0.20g），一组，II类场地，楼面均布活荷载2.5kN/m2，附加恒载1.8kN/m2，混凝土C30，钢筋fy360Mpa，fyv210Mpa。43算例设计结果 5层钢层钢筋混凝土框架筋混凝土框架结结构抗震构抗震设计结设计结果（果（单单位：位：KN，mm）GB50011IBC-2003prEN1998-2003R=3R=5R=8q=3.9q=5.85基底剪力Vx645.68(100%)901.80(140%)541.10(83.8%)337.76(52.3%)649.12(100.5%)432.82(67.0%)Vy592.62(100%)829.68(140%)497.80(84.0%)310.72(52.4%)591.84(99.9%)394.62(66.6%)典型构件设计结果C5（2，B）As364644232250225022502250r r1.46%1.77%0.9%0.9%0.9%0.9%B3（2-AB）As9271071773615727572r r0.67%0.78%0.56%0.45%0.53%0.42%44算例结论与IBC-2003相比：对于延性较小的结构，IBC-2001偏于保守；对于延性较大的结构，GB50011-2001偏于保守；对于延性适中的结构，两本规范是相当的。与prEN1998-2003相比：对于高延性结构，GB50011-2001偏于保守；对于中等延性结构，两本规范的基底剪力相当，但由于荷载组合的差别，GB50011-2001的截面配筋偏于保守。45规范对比结论1.设防水准：美、欧为二级，中国为三级（实际为一级）。2.设防目标：美、欧锁定的目标广、关注人居。3.地震作用：中长周期-美国高，欧洲、中国低；短周期-中国高，美、欧低。4.抗震措施：中国详尽严格。46谢 谢！47