中美欧建筑抗震设计规范对比

建筑与结构设计
A rchilectural and Structural Design
中美欧建筑抗震设计规范对比
Comparative of Seismic Design Codes for Buildings Among China,the US and Europe
屈晓,韩雨和
(北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044)
QU Yao,HAN Yu-he
(School of C ivil and Transportation Engineering,Beijing University of C ivil Engineering and Architecture,Beij ing100044,China)
【摘要】中国、美国和欧洲3大国际主流建筑抗変规范存在较大差异。

论丈对比分析了3种规范的设计原则、设计原理以及设计
参数取值的异同。

结果表明，在分类原则、参数确定方法以及参数取值上存在差异：中国、美国、欧州在抗震设盼■类别方面均分为4
类，但中国、欧州的建筑描述分类与美国存在差异；在层间位移限制喪■求方面，均提出弹塑性层间位■移要求,但针对重点各不相同，
且中国规范对小震提出了弹性位移限制；结构基本周期计算3种规范使用不同的公式,但按照中国规范计算的周期最短；关于反应
谱折减系数，中国规范直接给出折减系数，欧洲标准采用性能系数g进冇•折减，美国则采用反应修正系数R。

[Abstract]There are major differences in code for seismic design of buildings among China,the US and Europe.The design principles, philosophy,and parameters of3codes are compared and analyzed in this paper.This study has shown that the3codes differ not only in classification principles but also in determination methods and values of t he parameter.The seismic precaution category of t he3codes can be divided into four main classes while China and Europe differ from that of t he US in terms ofbuilding description classification.All of t he3codes proposed elastoplastic layer displacement requirements while compared with the codes in Europe and the US,China suggests elastic I
displacement limit for small-sized earthquake additionally.The formula ofthe basic period of s tructures of t he3codes contrasts with each other while the result of China is minimum.As for the response spectrum reduction factors,the reduction factor is directly given in China,the performance factory is adopted for reduction in Europe,and the response correction factor R is adopted in the US.
【关键词】建筑抗震设计规范;抗震设防;场地类别;抗震验算;地震动参数
[Keywords]code for seismic design ofbuildings;seismic precaution;site category;checking for seismic;seismic ground motion parameters
【中图分类号]TU352；TU202【文献标志码】A【文章编号]1007-9467(2020)09-0025-05 [DOI]10.13616/ki.gcjsysj.2020.09.009
1引言
近年来，我国企业逐渐大规模承接境外的建筑工程项目O 在境外项目的设计中,由于业主的要求,一般需要依据欧洲或美国的建筑规范进行设计与施工。

而我国多数建设单位及设计人员长期使用中国建筑规范，缺乏对欧洲和美国建筑规范的了解。

因此,有必要对中国、美国和欧洲建筑规范中的设计【作者简介】屈哓（1996~），女，北京人，在读硕士生，从事岩土与地下工程研究。

原则、方法和参数进行对比。

抗震设计是建筑结构设计的重要部分，对于中国GB 50011-2010（建筑抗震设计规范》11'（以下称中国规范）、美国IBC2018la,ASCE7-16IS（以下称美国规范）、欧洲EN1948-8《Eurocode8:Design of Structures for Earthquake Resistance》141（以下简称“欧洲规范”）的异同，国内学者做了一些研究工作。

朱春明和钱鹏m对比了中、美结构抗震设计规范的体系、一般规定、地震作用计算方法以及整体性指标要求,发现美国规范考虑了结构延性对地震作用输入的影响，而中国规范在考虑
25
工程建设与设计Construction&Design For P roject
出也震作用的荷载组合、刚度限值、外框剪力比限值和剪重比限值等方面相对保守。

从抗震设计基本要求和建筑抗震概念设计基本原则2个方面，刘洁平等同将欧洲规范和中国规范进行了比较和评述，进而在场地类别、地震作用和结构抗震验算等几个方面对中、欧规范进行了简单的比较。

以上分析可知，国内外学者和工程师对取值与计算方法已经开展了很多研究工作，但现阶段关于中、美、欧抗震规范对比分析尚不系统。

本文从总设计原则、设计参数取值与设计计算原理等方面，对中、美、欧建筑抗震设计规范进行了对比与分析，希望能够为相关工程的设计提供参考。

2.2场地类别划分
中国规范以土层的等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准，将建筑场地划分为I、n、m、iv4种场地类别，其中I类场地包含2个亚类。

欧洲规范共有7种场地类别，其中，有2种(SI,S2)分别是高塑性黏土和可液化土、敏感黏土。

欧洲规范中A~E类场地类别与中国规范的I°~IV类场类别比较相似叭
美国规范在进行场地类别划分时，将其分为A、B、C、D、E 5种场地类别。

其首先依据表层以下30m的剪切波速为指标,判定土为硬岩、岩石、软岩、硬土和软土5种类型，而后考虑标
2总设计原则对比
2.1抗震设防类别分类
中国规范依据建筑重要性，将抗震设防类别划分为甲、乙、丙、丁共计4类。

在对结构进行抗震设计时，规范包含抗震措施和设防烈度2种调整方法。

与中国规范抗震设防分类类似，欧洲规范将建筑重要性等级分为4个类别，建筑等级分类也较为相似。

美国规范根据建筑灾后后果，将建筑危险类别分为I、n、m、iv4类。

中国规范抗震设防类别、欧洲规范建筑重要性等级与美国规范危险类别对比与调整方法如表1所示。

从表中看出，美国规范关于建筑物危险类别和欧洲规范的建筑重要性等级是2个相反的概念。

准贯入锤击数和不排水剪切强度等指标，以判定场地类别叫3种规范的场地类别划分对比如表2所示。

表2场地类别分类对比
规范编号场地类别[相应的土层等效剪切波/(m/s)]
GB50011—
2010
Io
(>800)
岩石
I.
(500-800)
坚硬土或软
质岩石
n
(250-500)
中硬土
皿
(140-250)
中软土
IV
(<140)
软弱土EN1948-8
A
(>800)
B C
(360-(180-
800)360)
D
(<180)
S1
E(<100)S2
参考
ASCE7-16
A
B
(760〜
C D E
35°0)1500)(360-760)(180-360)(<180)
2.3抗震设防水准及设防目标
表1中、美、欧抗震规范设防类别
规范编号建筑描述调整方法
甲重大建筑工程和地震时可能发生严重
灾害的建筑
调整地震力
或调整抗震
构造措施
GB50011—
2010
乙
丙地震时使用功能不能中断或需尽快恢
复的建筑
除甲、乙、丁类以外的一般建筑
T抗震次要建筑
I地震时对群众防护很重要的建筑，例女口，医院、消防站、核电站等
EN1948-8II 倒塌后果严重的重要建筑,如学校、会
堂、文化机构等
调整地震力
m除其他等级的一般建筑
IV对公众安全次要的建筑，例如农舍等
失效时不危及人们的生命安全的建
筑,如农舍、临时建筑等
n除其他等级的一般建筑
失效时对人们的生命安全造成潜在威
ASCE7-16
ni胁的建筑，如学校等调整地震力
失效时造成较大经济冲击或影响人们
日常生活的建筑，如核电站等
IV地震时作为重要设施或对群众防护很
重要的建筑，如医院等
中国规范以GB18306—2015《中国地震动参数区划图》为依据，按50a超越槪率为10%的“基本烈度”(即常遇地震烈度或中震.地震重现期475a)作为抗震设防烈度，进行全国地震动区划分，采用“三水准两阶段”的设计方法。

“三水准”即“小震不坏冲震可修、大震不倒”的基本抗震设防目标;“两阶段”指50a超越概率为63%“多遇地震烈度”,即小震下的弹性承载力、变形计算和50a超越概率为2%“罕遇地震烈度”(大震，地震重现2400a)下的弹塑性变形验算。

建筑物在遭到多遇地震烈度时，基本处于弹性阶段，一般不会损坏；在罕遇地震作用下，建筑物将产生严重破坏，但不至于倒塌。

欧洲规范的设防目标分为“限制破坏要求”和“不倒塌要求”。

其中,“限制破坏要求”指结构应设计和建造成在多遇地震下不造成损坏而能继续使用(10a超越概率10%,重现期95a)。

与我国“小震不坏”相比,“限制破坏要求”设防目标基本相同,但更为严格。

欧洲规范中“不倒塌要求”为结构应设计和
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建筑与结构设计
A rchilecturai and Structural Design
建造成能抵御重现期475a（相当于我国的中震）的地震作用, 3.1结构基本周期的简化计算公式
50a的超越概率为10%,无整体或局部倒塌，地震后能继续保在计算结构的基本自振周期附时,因中国抗震规范没有持结构的整体性和一定的残余承载力。

欧洲规范的“不倒塌要给出相关估算公式,故采用GB50009-2012（建筑结构荷载
求”与我国“中震可修要求”的抗震设防水准一致，且我国规范
规范》何的计算方法,并将其与欧洲抗震规范和美国抗震规范的设防目标更为严格。

美国规范以50a超越概率为2%（地震重现期2475a）的
“最大考虑地震”进行全美地震动区划;以“最大考虑地震”的
2/3作为“设计地震”。

在全美地区，设计地震的50a超越概率
为5%~10%仲东部、西部不同）。

美国的抗震设计采用"两水
准一阶段”的设计方法,“一阶段”即在“设计地震'作用下的弹
塑性承载力和变形验算，允许结构在“设计地震”下进入弹塑
性阶段，通过使用构件刚度折减系数和地震反应修改系数R
对弹塑性地震作用进行折减，并保证结构具有较好的延性。

中、美、颐戯S范的抗震设防7K准及设防目标如表3所示。

表3中、美、欧抗震设防水准及设防目标
规范编号设防水准设防目标
GB50011—2010多遇地震设防地震罕遇地震小震不坏、中震可63%10%2%修、大震不倒
EN1948-8不倒塌要求限制破坏要求不倒塌要求;限制破10%10%坏要求
IBC2018设计地震最大考虑地震中东部5%2%_为设计、构建抵抗地震的建筑物提供最
西部10%2%~5%低参考标准
2.4层间位移限制要求
在层间位移的规定中，我国规范规定了“小震”弹性和“大震”弹塑性的层间位移卩艮值,而欧洲规范和美国规范则分别给
出“限制破坏要求”弹塑性层间位移限值和“设计地震”弹塑性
层间位移要求。

中、美、欧抗震规范的层间位移限制要求对比如表4所示。

表4中、美、欧抗震规范的层间位移限制要求对比
规范编号层间位移限制要求
对于小震设计，提出弹性层间位移限值;对于大GB500112010震设计，提岀了弹塑性层间位移限值
EN1948-8针对限制破坏提出了弹塑性层间位移要求
IBC2018针对设计地震提出了弹塑性层间位移要求
3设计参数取值与设计原理
结构基本周期的简化计算公式、抗震验算要求、反应谱折减系数、加速度设计反应谱、地震动参数等为抗震设计规范中的核心部分，对其进行对比分析可直观看出中、美、欧抗震设
中的估算公式汇总于表5中。

由表5可知，结构的基本自振周期7,与建筑高度有关,建筑高度越高,T,值越长。

表5中、美、欧抗震结构基本周期的简化计算公式对比规范编号推荐的经验公式模型参数基本周期77s GB50009—2012
T,=0.1n
n=H0.70 EN1948-8T f G-W
//=23.7m
C r=0.075
0.8056
IBC2018
T f GR
7>0.1/V
/i…=23.7m
G=0.0466
x=0.9
0.8047
注:n、/V均表示为楼层层数;*为结构顶层假设侧移,m,即假设将结构各层的重力荷载作为楼层的集中水平力,按弹性静力方法计算所得到的顶层侧移;&为考虑非承重墙影响的系数;H为建筑的高度,m,从基础或者刚性地基的顶端开始测量;h…为建筑基础到楼层n的高度;C,、*为基本周期的计算参数。

3.2抗震验算要求
我国规范是基于弹性阶段的“小震”下进行的承载力验算,不允许结构承载力大于或等于限值（即结构局部进入塑性状态）。

规范中没有对“中震'进行抗震验算。

第二阶段设计是在“大震”作用下，验算弹塑性变形是否符合规范要求,保证结构的抗倒塌性能。

自动保证满足“中震”下的设计要求。

欧洲规范只对“中震”进行抗力验算，而对"小震”和“中震”进行位移验算。

美国规范规定抗力验算和位移验算都只对“中震”进行。

中、美、欧的抗震验算要求对比如表6所示。

表6抗震验算要求对比
规范编号抗力验算位移验算
多遇设防多遇设防罕遇GB50011—
（小震）（中震）（小震）（中震）（大震）
由构造保由构造保2010
7证,体现延7证,体现延7
性要求性要求
EN1948-8
限制破坏
要求
不倒塌
要求
限制破坏要求不倒塌要求
V V V
IBC2018
设计地震
最大考虑
地震
设计地震最大考虑地震
V V 注:V表示存在。

3.3反应谱折减系数
计规范中的异同。

中国抗震规范中设计反应谱是根据地震产生的概率进行
27
工程建设与设计
Construction & Design ForProject
折减的。

故在地震基底剪力的规定中不再考虑延性的折减。

欧洲规范的抗震设计中依据构件刚度折减系数和地震性
能修改系数g 对弹塑性地震作用进行折减，不考虑“冗余度” 因素。

美国规范依据结构延性的地震反应修改系数R 对地震强 度进行折减后，再进行构件设计，以确保结构具有较好的
延性。

中、美、欧抗震规范的反应谱折减系数如表7所示。

表7中、美、欧抗震规范反应谱折减系数对比规范编号
折减系数
意义考虑因素
GB 50011—2012
小震约为1/3, 大震约为1.5-2
将中震折减到小
震水平EN1948-8性能系数g 对设计地震弹
性谱结构延性、超强
ASCE7-16
反应修正系数R
对设计地震弹性结构延性、超强、
谱折减 冗余度注:ASCE7-16对不同结构体系和同一结构依系不同延性类型规
定了反应修正因子R 取值，详见ASCE7-16 Table 12.2-1;欧洲规范对
低冲、高3种不同延性等级分别规定性能系数q 取值为2.5、3.75、5.0。

3.4不同地震分区中的谱加速度值
中、美、欧抗震规范中，地震活动性区划采用了不同的指 标和方法。

美国规范基于标准场地B 类规定加速度反应谱参
数,而我国规范中的标准场地为n 类,相当于美国规范中的c
类场地。

欧洲规范则以A 类场地下重现期475a 地面有效峰值
加速度硼为指标进行地震动区划。

因此，将中、美、欧规范中
的地震动参数进行转换时,须先考虑场地类别。

中、美、欧抗震规范中地震分区中的谱加速度值对比如表
8所示。

表8中、美、欧抗震规范不同地震分区中的谱加速度值对比
注:a™.为水平地震影响系数最大值。

规范编号
抗震设防烈度
7度(O.lg)
7度(0.15g)8度(0.2g)8度
(0.3g)9度(0.4g)多遇地震
0.080.12
0.16
0.24
0.32
GB 50011—2010
罕遇地震
®max
0.500.720.90 1.20 1.40S,
0.65 1.01
1.13 1.38 1.58SK 第一组）0」60.220.25
0.33
0.48IBC 2018
S （第二组）0」8
0.26
0.300.390.48S,（第三组）
0.210.300.350.460.55
EN 1948-8OgR 0.08
0.13
0.17
0.25
0.33
3.5地震动参数
中国抗震规范依据地震影响系数规定设计反应谱曲线。

地震影响系数为地震时最大反应加速度与重力加速度的比
值,即a=S.（ T ）/g,其中,S （ T ）为加速度a 设计反应谱,g 为重力
加速度。

欧洲规范的设计反应谱曲线是采用设计地震加速度的方 式给出的。

将其与我国抗震规范的设计反应谱进行对比，可以
看出：
1） 反应谱曲线起点不同。

中国抗震规范中的起点为 0.45%,而欧洲规范中的起点为S,S 仅由地震震级及场地类
别决定。

2） 反应谱曲线平台高度不同。

中国规范的平台高度为
碎……，而欧洲规范的平台高度为2.5S"。

3） 反应谱曲线拐点周期不同。

中国规范的平台起点周期
为0.Is,其值不变,终点周期为反应谱特征周期人,曲线衰减 段终点周期为5人;欧洲规范的平台起点周期为八,终点周期
为Tc,曲线衰减段终点周期为T d , TgTc'T 。

均受地震震级及场 地类別影响。

4） 反应谱周期长度不同。

中国规范的反应谱周期长度为 0~6s,欧洲规范的反应谱周期长度为0~4$何。

对比中国和美国规范时,为了进行地震动参数的换算，可
采取中国“罕遇地震”与美国“最大考虑地震”的地面峰值加速
度相似的原则。

中国抗震规范明确给出了罕遇地震的地面峰
值加速度值,而美国规范给出的是“最大考虑地震”结构响应
的峰值加速度参数S.,该值为地面峰值加速度乘以动力放大
系数。

在美国规范中5.与地面峰值加速度并非为固定值，近似
取为2.5 口。

中、美、欧抗震规范的地震动参数如表9所示。

表9中、美、欧抗震规范地震动参数对比
地震动参数
抗震烈度
7度8度9度
GB 5004201。

0 22
%
0.44 0.670.89
EN 1948-8
0.10.2
0.30.4
ASCE7-16
SJg
0.65
1.13 1.38
1.58
注:a™,为水平地震系数影响最大值（受设防烈度、场区的地 震动地质环境，如震源分布、地震震级、震中距离及传播途经等场 地条件的影响）;吆为A 类地面设计地震动峰值加速度;S.为美 国最大考虑地震标准场地短周期（0.2s ）的谱加速度。

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建筑与结构设计A rchitecturd and Structural Design
4结语
本文从抗震设防类别分类、场地类别划分、设计参数取值与设计原理等方面,将中国GB50011—2010＜建筑抗震设计规范》、欧洲EN1998-8《Eurocode&Design of Structures for Earthquake Resistance》以及美国IBC2018、ASCE7-16进行了对比与分析，得到以下结论：
1)中、美、欧规范在设防类别方面均分为4类，中欧的建筑描述分类基本相同,但与美国存在差异;欧美均只采用调整地震力方法,与我国抗震规范存在不同。

2)在层间位移限制要求方面，中、美、欧均提出弹塑性层间位移要求,但针对重点各不相同，且我国抗震规范对小震额夕灌出了弹性位移限制。

3)基本周期计算方面中欧美使用不同的公式，其中，中国规范的周期最短。

4)关于反应谱折减系数，中国规范直接给出折减系数，欧洲利用性能系数g进行折减，美国规范则利用反应修正系数R，且在意义和考虑因素方面欧美较为相似。

5)在地震烈度同为7、8、9度时冲国规范给出地震系数影响最大值,欧洲规范给出地震动有效峰值加速度，美国规范给出最大考虑地震标准场地短周期(0.2s)的谱加速度作为地震动参数的参考。

db
(上接第24页)
5结语
1)当结构主体一侧存在土水平侧压力时,设计时应尽量在主体结构与土体之间设置安全可靠的挡土结构，并与结构主体完全脱开,这样避免了结构主体承受很大的水平力，也稳固了土体。

2)空腔结构是在堆土下设置一个封闭的框架,空腔顶板上按景观要求覆土一定厚度,顶板下形成空腔,将高差很大的堆土侧压力转彳诚空腔框架能承受的很小水平力，但堆土面坡度很大时,空腔顶板需要有稳固土体措施以防覆土滑移。

3)挡土墙结构占地面积在3种结构中最小，依靠自身的结构承担了土的水平力,一般挡土墙底板下土层没有承载力，需要布置间隔很小的两桩承台,而且要求桩能承担较大的水平力和一定的拔力。

4)挡土U槽结构将堆土划分成一块块水池状单元，堆土
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南方能源建,2015,2(3):122-126.
【收稿日期)2020-05-19
完全转换成U槽结构底板上的荷载,U槽下的桩只需承担竖向压力，而无水平力和拔力，每个单元槽内可以正常种植树木，不会局卩艮于土顶坡度的大小，但U槽结构也是这3种结构中混凝土量和土方量最大的。

di?
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29。