中美混凝土抗震设计规范对比.docx

中美混凝土抗震设计规范对比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： 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5113.1.3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185.3.1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206.1.1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281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 Building 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。2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 50011-2010）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：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； 荷载组合的效应设计值； 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计值确定：1）由可变荷载控制的效应设计值，按下式计算：式中：第j个永久荷载的分项系数； 第i个可变荷载的分项系数； 第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中为主导可变荷载考虑设计使用年限的调整系数； 按第j个永久荷载标准值计算的荷载效应值；按第i个可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可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；m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：3）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1.2，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10。b)可变荷载的分项系数应符合下列规定：对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取13；其他情况，应取14。c)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、加速度或应力等，并控制它们不超过限值，按下式进行设计：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：2、 荷载频遇组合的效应设计值应按下式计算：3、 荷载准永久组合的效应设计值应按下式计算：2.2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 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) 1.2D+1.0E+L+0.2S5) D+H+F+(W或0.7E)6)0.9D+1.6W+1.6H6) D+H+F+0.75(W或0.7E)+0.75L+0.75( Lr或S或R)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+1.6H7) 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（Loadcombinations 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+0.5SD+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 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(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，建筑师和结构工程师需要共同协调、相互配合，才能设计出具有良好抗震性能的建筑。3.2.1我国建筑设计和建筑结构的规则性10抗震规范规定：“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变”。表3和表4分别给出了平面不规则和竖向不规则的类型。表3 平面不规则的主要类型表4 竖向不规则的主要类型将不规则结构在抗震上的不利因素归结起来，有以下2条：1、对合理有效的布置抗侧力构件产生不利的影响，减弱或甚至严重影响建筑结构的抗震能力；2、对合理有效的结构计算模型产生不利的影响，以致不能正确估算结构和构件的实际受力状况及变形情况，往往低估了结构某些部位的实际应力和变形，特别是应力集中和变形集中部位。为此，10规范第3.4.4条规定对于建筑形体及其构件布置不规则时，应按下列要求进行地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：1、平面不规则而竖向规则的建筑，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：1)扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍，当最大层间位移远小于规范限值时，可适当放宽；2)凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型；高烈度或不规则程度较大时，宜计入楼板局部变形的影响；3)平面不对称且凹凸不规则或局部不连续，可根据实际情况分块计算扭转位移比，对扭转较大的部位应采用局部的内力增大系数。2、平面规则而竖向不规则的建筑，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数，其薄弱层应按本规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合下列要求：1)竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.252.0的增大系数；2)侧向刚度不规则时，相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合本规范相关章节的规定；3)楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65。3、平面不规则且竖向不规则的建筑，应根据不规则类型的数量和程度，有针对性地采取不低于本条1、2款要求的各项抗震措施。特别不规则的建筑，应经专门研究，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化设计方法。3.2.2美国建筑设计和建筑结构的规则性5UBC 97及IBC-2003关于不规则结构的规定相似，均对对建筑平面和竖向的规则性提出了要求，IBC-2003还作了补充（补充内容为表 5 的 1b 项及表6 的 1b 项），其具体规定见表5、表6：表5 结构平面不规则（IBC-2003）不规则形式与定义1a扭转不规则非柔性横隔板 在结构一端垂直于轴线的楼层侧移大于结构两端楼层侧移平均值的 1.2 倍时，可认为存在扭转不规则，计算中包括附加扭转1b极度扭转不规则非柔性横隔板 在结构一端垂直于轴线的楼层侧移大于结构两端楼层侧移平均值的 1.4 倍时，可认为极度扭转不规则，计算中包括附加扭转2凹角结构在两个方向投影超出凹角边长度部分大于所考虑方向结构平面尺寸的 15时，结构的平面及其抗侧力体系存在凹角不规则3横隔板不联系横隔板在刚度上有突变或不连续部分，包括其切口或开口面积大于横隔板总面积的 50，或从一层到下一层有效横隔板刚度改变超504平面外偏置侧力传递路线不连续，如竖向构件偏置在平面外5非平行体系竖向的侧力承载构件或抗侧力构件对于抗侧力体系的主正交轴不平行或不对称表6 结构竖向不规则（IBC-2003）不规则形式与定义1a刚度不规则软层该层的侧向刚度小于其上一层楼层侧向刚度的 70或小于其上 3 层楼层平均侧向刚度的 801b刚度不规则极度软层该层的侧向刚度小于其上一层楼层侧向刚度的 60或小于其上 3 层楼层平均侧向刚度的 702重量（质量）不规则任何一层的有效质量为相邻层的有效质量 150以上，可视为质量不规则，但屋顶下一层的质量大于屋顶层 150时，不视为不规则3竖向几何不规则任何一层抗侧力结构的水平尺寸为相邻层的 130以上，可视为竖向几何不规则，单层突出屋面的小房间不考虑在内不规则形式与定义（续）4竖向抗侧力结构构件在平面内不连续抗侧力荷载构件在平面内的偏置部分，其长度大于这些构件的长度5承载力不连续弱层改层的承载力小于其上一层承载力的 80时，成为弱层。楼层承载力是指在所考虑方向承受楼层剪力的所有抗震构件的承载力之和3.1.3中美建筑设计和建筑结构的规则性对比对比中美两国抗震设计规范对于平面和竖向结构不规则的定义，明显可见两国规范间的差异。1、平面不规则的主要差异：1）关于“扭转不规则”：美国规范分为扭转不规则和极度扭转不规则两类，明确提出是针对刚性隔板（非柔性楼板）；而10抗震规范仅规定了扭转不规则，其标准与美国规范的扭转不规则规定相同；2）关于“凹凸不规则”：美国规范则规定“大于所考虑方向结构平面尺寸的 15”，而10抗震规范的规定是“大于相应投影方向的 30”；3）关于“楼板局部不连续”：美国规范规定“切口或开口面积大于隔板总面积的 50”，10抗震规范规定“有效楼板宽度小于该楼层楼板典型宽度的 50，开洞面积大于该楼层楼面面积的 30”，或较大的楼层错层；4）关于“平面外偏置”和“非平行体系”，10抗震规范无相关规定。2、竖向不规则的主要差异：1）关于“侧向刚度不规则”：10抗震规范没有采用美国规范“极度软层”的规定，其它相同；2）关于“重量（质量）不规则”，10抗震规范无相关规定。通过对比分析可见，10 抗震规范中“规则性的标准”明显要低于美国规范，这有可能造成我国建筑结构抗震能力不足。4抗震设计方法中美两国抗震设计规范所针对的基本设计地震具有相同水准50年超越概率10%的“中震”(IBC-2003名义上取”大震”,但进行了折减),但其设计方法的差异也是明显的。主要对比规范中：建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）、IBC-2003。4.1我国抗震设计方法我国抗震规范 GB 50011-2010 总则中做了相应规定：采用统一折减后（小震烈度约比基本烈度低1.55度,相当于对基本烈度考虑地震发生概率时按2.8的折减系数进行折减）的“小震”弹性反应谱进行截面抗震承载力验算和弹性变形验算，对于不同的设计对象，设计者均采用相同的设计地震力。4.2美国抗震设计方法美国抗震规范 IBC-2003直接针对“中震”进行设计计算,依据于“弹塑性反应谱理论”,针对不同体系的塑性变形能力体现延性系数u,根据弹塑谱的R-u关系,得到相应的结构影响系数(或称”反应修正系数”)R,将弹性分析得到的地震力进行折减,得到体系所需的设计强度。因此，在设计地震作用下，允许结构进入非弹性工作阶段，可以有轻微的损坏，并通过结构反应调整系数 R 来折减弹性地震作用，即考虑了结构的弹塑性变形能力在弹性反应谱中的折减。由于结构反应调整系数与结构的位移延性有关，因此，并不需要按设计地震水准下的峰值反应加速度来确定结构的设计地震力，而是取不同的结构自振周期段的结构反应调整系数 R ，以降低后的峰值反应加速度作为设计峰值反应加速度，并由此确定设计地震力。4.3中美抗震设计方法对比GB 500112010通过“小震”这一地震作用进行完全弹性的验算，结构在小震下保持弹性状态，使主要的计算过程完全依据弹性理论，抗震计算主要进行承载力控制，不涉及结构的塑性耗能要求，而层间位移的控制验算只保证结构不开裂，满足弹性假定。结构的塑性耗能要求由内力调整与抗震措施考虑，这样做的好处是设计者计算时不用像美国抗震规范那样区分各种不同的结构类型，简化了计算过程，而其抗震措施的目标对设计者来说也相对隐含，从而降低了设计者理解、掌握规范的难度。另一方面,由于在“小震”下进行的是弹性分析,结构未达到屈服强度,因此从可靠度的角度结构的安全性成立。美国规范利用弹塑性地震计算理论弹塑性反应谱理论进行结构的抗震承载力验算和变形验算，在计算地震作用时就考虑了结构的塑性耗能要求。朱文静等得出如下结论“这样的地震设计，使得地震作用计算与抗震构造措施设计结合得更加紧密，整个设计过程始终同时控制力与塑性耗能能力，抗震构造措施设计与相应的地震作用计算直接挂钩，设计目标明确;同时也增加了设计的灵活性，设计者可以采取不同的设计地震力延性组合(强震区例外)。这样做存在的问题是:结构的延性要求隐含在力和承载力的表达式里，增加了设计者理解规范的难度，应用起来也相对复杂。”45抗震设计反应谱主要对比规范为ASCE/SEI 7-10和建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）。5.1我国抗震设计反应谱GB 50011-2010中将抗震设计用的加速度反应谱称为地震影响系数曲线，如图1所示：图1 地震影响系数曲线 相应的参数取值如下：1. 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取 0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0 采用，形状参数应符合下列规定：1) 直线上升段，周期小于 0.1s 的区段。2) 水平段，自 0.1s 至特征周期区段，应取最大值(max)。3) 曲线下降段，自特征周期至 5 倍特征周期区段，衰减指数应取 0.9。4) 直线下降段，自 5 倍特征周期至 6s 区段，下降斜率调整系数应取 0.02。2. 当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于 0.05 时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定：1) 曲线下降段的衰减指数应按下式确定：=0.9+0.05-0.3+6-曲线下降段的衰减指数；-阻尼比2) 直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定：1=0.02+0.05-4+321-直线下降段的下降斜率调整系数，小于 0 时取 0.3) 阻尼调整系数应按下式确定：2=1+0.05-0.08+1.62-阻尼调整系数，当小于 0.55 时，应取 0.55。其中水平地震影响系数最大值和特征周期值可从下表中查出规范值：表7 水平地震影响系数最大值注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。表8 特征周期值（s）5.2美国抗震设计反应谱ASCE 7-10中Design response spectrum 曲线如下图所示：图2 Design Response Spectrum相应的参数取值如下：1) 周期小于T0，地震反应谱加速度 Sa=SDs(0.4+0.6T/T0)2) 周期大于等于T0，小于等于Ts时: Sa=SDs3) 周期大于Ts时，小于等于TL: Sa=SD1T4) 周期大于TL时: Sa=SD1TLT2其中：T = the fundamental period of the structure 结构自震周期 T0=0.2SD1SDS TS=SD1SDSTL长周期转换周期SDs(the design spectral response acceleration parameter at short periods)短周期设计反应谱加速度。SDs=23SMS=23FaSsSD1 （the design spectral response acceleration parameter at 1-s period）周期为1s的设计反应谱加速度。SD1=23SM1=23FVS1 Ss，S1分别为短周期和1s周期的变换谱加速度。可以查震害（http:/ eqhazmaps.usgs.gov/）,通过震害分析方法获得。 Fa和FV：场地系数，分别列在表9和表10中：表9 场地系数值Fa和短周期变换加速度反应谱值表10 场地系数值FV和短周期变换加速度反应谱值5.3中美抗震设计反应谱对比5.3.1反应谱处理对比反应谱是进行地震作用计算的重要依据，通过对其进行比较，可以反映规范所规定的地震作用的大小。对反应谱的比较需要在统一的基准上完成，由于美国规范的设计谱是考虑结构塑性性能的非线性谱，而我国规范的设计普为小震的弹性谱，二者不具有直接的可比性。我国规范采用多遇和罕遇地震作为设计地震动参数，罕遇地震相当于50年超越概率为2%-3%的抗震设防水准，与美国地震动参数区划图中提供的2500年重现期的谱加速度的抗震设防谱加速度进行对比。设防水平取度（0.1g）和（0.2g）2种情况。美国ASCE规范的双参数中的Ss，按照中国规范度（0.1g）和（0.2g）罕遇地震下的最大地震作用取值，分别为0.5g和0.9g;而从美国双参数区划图中可得到相对应与Ss等于0.5g的参数S1取值在0.15g-0.25g之间，对应于Ss等于0.9g的参数S1取值在0.25g-0.4g之间，此处较为保守的取为0.25g和0.4g。中国GB50011-2001规范按保守值取设计地震分组的第三组,则特征周期为0.3s，ASCE规范中长周期过度周期TL根据地震级一次取为度4s，度6s。10表11和表12分别是GB50011-2010和ASCE7-10中的场地类别分类标准：表11 各类建筑场地的覆盖层厚度（m）表 12 Site Classification由上表可知中国I0类场地对应美国B类场地，对应ASCE岩石剪切波速760m/sVs1520 m/s。中国类场地对应美国E类场地，对应ASCE岩石剪切波速Vs180m/s。综上所述，罕遇地震情况下，可取得如下的对比参数表：表13 罕遇地震情况下中美规范参数对比表中国GB50011-2010中相应规定ASCE：Ss（罕遇地震下，短周期变换谱加速度）ASCE：S1（罕遇地震下，1S周期变换谱加速度）ASCE：长周期过度周期TLASCE：场地类别7度（0.1g），场地类别I0类0.5g0.15g-0.25g4SB类场地8度（0.2g），类场地0.9g0.25g-0.4g6SE类场地5.3.2反应谱曲线比较中美两国设计地震反应谱具有相同的基本特征。由于反应谱长周期段谱值较小，且位移、速度对地震作用的影响加大，为了能得到用于工程设计的设计普，各规范都对反应谱的长周期段做了处理，GB50011-2010在长周期段采用直线下降段，ASCE 7-10则增加了T-2下降段，其下降速度大于前一段，控制周期TL为速度控制段与位移控制段的过度周期，规范中直接给出了TL图，按照地理位置大致分为4s、6s、8s、12s和16s。由中美规范反应谱曲线可得如下结论：1、我国反应谱周期最大值为6s，基本满足了我国绝大多数高层建筑和长周期结构的抗震设计需要。超高层建筑、大跨桥梁、海洋平台以及大型储油罐等结构，其自振周期有可能超过6s。自振周期超过6s的结构的抗震设计问题，已经越来越引起人们的关注。美国规范没有规定最长周期，对任何结构都可以用，似乎更方便合理和有长远意义；2、我国规范反应谱周期在00.1s之间为斜直线，与美国规范规定在0T0（其平台起始段根据天然地基等级取值不同而不同）之间为斜直线相比，显得过于主观，依据不足，这对工程中大量短周期结构以及重力坝、核电站等影响较大，应进一步研究；113、对于不同阻尼比我国反应谱均可以使用，而美国规范的反应谱仅可用于阻尼比为0.05的结构；4、 从上表7可见，10抗震规范中的地震影响系数仍按照烈度划分，而烈度只是一个宏观的、综合的、粗略的等级。由上表10可知美国是按照地震分区直接规定地震动加速度，考虑了场地影响系数 F、F对谱形的影响。表7没有考虑场地条件的影响，大量工程实践表明，场地条件是影响反应谱最大值的主要因素；5、 特征周期的比较，中国规范平台起始段取值为0.1s，终止周期Tg根据设计地震分组（考虑近远震及震源机制）与场地类别确定。美国ASCE 7-10,起始平台段起始周期T0=0.2SD1SDS和平台终止周期TS=SD1SDS都随着场地影响系数Fa，FV和地震动参数S1，Ss取值改变。6地震作用计算方法对于地震作用的计算，目前采用的方法大致如下：静力方法主要指“底部剪力法”，或相当于“底部剪力法”的方法-美国规范中称为等效侧力法（equivalent lateral force procedure）。动力方法主要指“振型分解反应谱法”，或相当于此的方法-美国规范中称为振型反应谱分析（Modal response spectrum analysis）；动力方法还包括各种时程分析法-线性或非线性。中美规范都使用上述两种方法。对于振型分解反应谱法中美规范选取的计算模型和计算过程的理论推导式基本是相一致的，故不做对比分析，下面将详细对比中美规范的底部剪力法计算。6.1地震作用计算方法的选定6.1.1我国地震作用方法的选定GB 50011-2010各类建筑结构的抗震计算，应采用下列方法：1、高度不超过 40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；2、 除 1 款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法；3、特别不规则的建筑、甲类建筑和表 5.1.2-1（GB 50011-2010） 所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。6.1.2美国地震作用方法的选定ASCE:各类建筑结构的抗震计算方法，应表14所定规程选用：表14 Permitted Analytical Procedures6.1.3中美地震作用方法选定的对比GB