中美规范地震作用计算的对比

查阅相关资料我们得到了中美框架结构的抗震设计的相关区别： ①在结构设计方面，美国采用周边抗震框架结构形式，仅由边榀抗震 框架来承担整体结构的地震作用，其柱截面尺寸较大，除底层柱纵筋 配筋率小于中国外，其余楼层柱纵筋配筋率两国结果相差不大，美国 略高；美国规范对梁端、柱端加密区箍筋要求十分严格，其配箍率较 中国大出许多。从整个结构设计过程可以看出，美国特殊框架结构采 用低承载力高延性的设计思路，设计地震作用比中国低，但在抗震构 造措施上，尤其是箍筋配置方面比中国严格许多； ②在结构弹塑性时程分析整体反应方面，对于采用了综合框架模型的 中美框架结构，中国模型的整体变形仍然以剪切型为主，而美国模型 的整体变形中弯曲变形成分较多，与中国框架结构变形趋势存在一定 差异； ③无论是单榀抗震框架还是简化后代表三维空间结构的综合框架，中 美两国模型的破坏均为“梁柱混合铰”模式，但是中国模型柱铰位置较 为分散，分布于各个楼层，而美国模型柱铰集中分布于底层柱底，因 此美国框架结构有着与中国框架结构不同的耗能机制，即允许底层柱 底出铰，通过其变形来耗散能量。
6中美振型分解反应谱法对比：
7.抗震设计方法的比较
中国抗震规范 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，计算结构的弹性 地震作用标准值和相应的地震作用效应。实现“小震不坏”，“中震 可修”的设防目标。 结构的塑性耗能通过概念设计和抗震构造措施来考虑。实现 “大震不倒”的设防目标
将例1的场地类别变换为Ⅳ类，对应于美国规范的E类： 中国规范:由上述反应谱的对比知反应谱曲线如下
美国规范： 地震影响系数反应谱：
对比结论： 1、从计算结果来看，中国规范计算出的值比美国规范的计算值大。 2、剪切型结构水平地震作用沿高度分布不是严格的倒三角形，在周期较长时顶部误差可 达 25%，中国规范考虑了这一点，采用顶点附加集中地震力予以调整，而美国规范未作 考虑； 3、中国规范对多质点结构引入了一个 0.85 的折减系数，它反映了地震作用下多质点体 系底部剪力的最大反应和同周期且质量与多质点体系总质量相等的单质点的剪力最大反 应的差异。这一点美国规范未作折减； 4、关于各层水平地震作用的分配，中国规范和美国规范均是按各楼层荷载与楼层到底部 距离的乘积分配的。 5、导致中美规范地震水平剪力差别的是，美国规范考虑了地震效应调整系数R,考虑结构 阻尼与延性调整降低地震力。还考虑了与场地类别有关的结构重要性系数k.同时美国规 范的地震影响系数最大值还与场地类型有关而，中国规范的地震影响系数的最大值与场 地类型无关。
1对比规范介绍：
中国规范：GB50011-2010 中国抗震设计规范 JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程
主要对比章节为： GB50011-2010：3基本规定 5 地震作用和结构抗震验算
2.中美抗震设计反应谱的比较：
GB-50011
ASCE7-10
反应谱处理: 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7 度（0.1g）和8（0.2g）2种情况得到相对应参数如下表：
美国规范ASCE： 防烈度为 7 度，该结构处于Ⅰ0类场地，根据中国 规范和美国规范场地类别划分标准，美国规范按 B 类场地计算；由上述的反应谱的对比可知， [4]地 震影响系数反应谱：
查表12.2-1知：对钢筋混凝土对于普通钢筋混凝土框架结构（Ordinary reinforced concrete moment frames）查出反应谱修正系数为R=3； 结构按照Ⅲ地震使用分组计算，查表1.5-2知Seismic Importance Factor I=1.25.
1对比规范介绍： 美国规范：ASCE 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。 主要对比章节为： 11. Seismic Design Criteria 12. Seismic Design Requirements for Building Structures
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。
中国规范GB50011-2010
5底部剪力法（ASCE：equivalent lateral force procedure）
美国规范 ASCE 7-10:
底部剪力法：中美规范对比，具体算例
中国规范:计算罕遇地震作用下的水平地震作用 maxα = 0.50 Tg=0.30s 因阻尼比 ξ=0.05 得地震影响系数曲线
4中美规范地震作用计算方法的选定
ASCE:各类建筑结构的抗震计算方法，应采用下表规程中选用
GB 50011-2010 5.1.2 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，以及近于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。
本次对比的主要内容：
1 框架结构的抗震概念设计 2 框架结构抗震计算及验算 3框架结构工程计算实例
一、框架结构的抗震概念设计
1.结构体系选择、抗震等级划分、结构 布置 2.材料选择的对比
1.结构体系选择、抗震等级划分、结构 布置
这一部分在第四部分的一抗震设计原则对比中已有详细提及，这里不 再赘述
则：ASCE
情况4 GB500112010 ASCE7-10 8度设计地 设计地震分 震加速度值 组为第三组 0.2g E类场地
则：ASCE
<2>7度区Ⅳ类场地罕遇地震 的中国、美国规范反应谱对比
3.中美规范的地震作用方法种类比较
底部剪力法 静态计算方法 地震作用计算 Push-over分析 振型分解反应谱法
美国规范ASCE7-10做了相应规定： 直接采用弹塑性反应谱理论，直接取设计地震(50年超越概率 为10%)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。 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。 [1]
动态计算方法
弹性时程分析法
弹性时程分析法 静力方法主要指“底部剪力法”，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”，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。
情况1： GB500112010 ASCE7-10 7度设计地 设计地震分 震加速度值 组为第三组 0.1g B类场地
情况2： GB500112010 ASCE7-10 7度设计地 设计地震分 震加速度值 组为第三组 0.1g E类场地
则：ASCE
情况3 GB500112010 ASCE7-10 8度设计地 设计地震分 震加速度值 组为第三组 0.2g B类场地
1.结构体系选择、抗震等级划分、结构 布置
这一部分在第四部分的一抗震设计原则对比中已有详细提及，这里不 再赘述
[1]朱文静.伋雨林.夏文娟.闫帅平. 中美抗震规范地震作用计算方法对比分析. 华中科技大学学报（城市科学版）.2009
结论： 中国抗震规范： 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。 美国ASCE： 在计算地震作用时就考虑了结构的塑性耗能要求，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。
GB设防 水准 7度（0.1g） 8度（0.2g） 0.5g 0.9g 0.15g-0.25g 0.25g-0.4g 对比参数表 4S 6S
[2]余湛.石树中.沈建文.刘峥.从中国、美国、欧洲抗震设计规范谱 的比较探讨我国的抗震设计反应谱.震灾防御技术.2008.
Baidu Nhomakorabea
反应谱值: 按下述四种情况进行对比（阻尼比取为0.05）