2中日建筑抗震规范抗震设计比较_沈麒

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引言 中日两国的抗震设计规范虽然在方法上基本一
TJ1178， 《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》 GBJ11震设计规范 》 89、 《建筑抗 震 设 计 规 范 》 GB500112001 和《建 筑 抗 GB5001120105 个主要版本， 震设计规范 》 它们之间 有直接的继承关系 。 日本主要抗震规范有 1920 年颁布的《日本城市 ， 1924 年大规模修订《日本城市建筑法 》 ， 随 建筑法 》 ， 1971 年 修 订 后 1950 年颁布 了《日 本 建 筑 基 准 法 》 《日本建筑基准法 》 ， 1980 年 公 布《改 订 建 筑 设 计 法 ， 2001 年 开 始 使 用 新《日 本 建 筑 基 准 法 》 。 施行令 》 除了上述主要的抗 震 规 范 外， 日本建设省和日本建 筑学会每 隔 几 年 还 会 公 布 一 些 设 计 指 南 。 相 比 可 见， 就成文的抗震设计规范而言， 日本要比中国早 。 3 抗震设计方法 中国的设防烈度（ 中 震 ） 是 按 50 年 设 计 基 准 期 超越概率 10% 的地震烈度 定 义 的， 中国地震动参数 区划图给出了我国主要城市的抗震设防烈度和基本 地震加速度值 。
沈
［提
麒， 杨
沈 （ 中国建筑科学研究院工程抗震研究所，北京 100013 ）
要］ 从宏观层面比较了中日建筑抗震规范的发展以 及 抗 震 设 计 和 抗 震 计 算 方 法 。 两 国 的 抗 震 设 计 思 路 类 似， 都是采
但总体而言， 日本的抗震设防标 准 要 高 于 中 国， 而且第二阶段的设计易于实现和检查。同时日本的抗震设 用两阶段的设计， 计方法比较多样化， 它是第一个将基于能量的抗震方法写入规范的国家 。 通 过 本 文 的 比 较 与 分 析， 希望对中国的抗震规范编 制和抗震设计有一定的借鉴作用 。 ［关键词］ 抗震规范； 日本抗震规范； 抗震设计方法； 比较 ［中图分类号］ TU352 ［文献标识码］ A
Comparison of Chinese and Japanese Seismic Design of Seismic Design Code
Shen Qi ，Yang Shen （ Institute of Earthquake Engineering ，China Academy of Building Research ，Beijing 100013 ，China ）
［收稿日期］ 2011 0801 ［基金项目］ 国家科技支撑计划子课题（ 2009 BAJ28 B04 ）
第 34 卷第 4 期
沈
麒， 等： 中日建筑抗震规范抗震设计比较
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中国现行抗震规范采用基于承载力和构造保证 延性 的 设 计 思 路， 实 现“小 震 不 坏， 中 震 可 修， 大震 不倒 ” 三个 水 准 的 基 本 设 防 目 标， 用两阶段设计来 实现： 第一阶段设 计， 验 算 小 震 下 承 载 力 和 变 形。要 求在小震下， 地震作 用 效 应 与 常 遇 荷 载 在 基 于 概 率 理论下得 到 的 设 计 内 力 不 得 超 过 构 件 的 设 计 承 载 结构变形不超过容许限制 。 同时， 采用抗震构造 力， 措施来满足第二水准的可修复要求 。 第二阶段设 计， 验 算 大 震 下 弹 塑 性 变 形。大 多 数结构只需要进行 第 一 阶 段 设 计， 特殊结构要进行 弹塑性变形验算， 要求地震作用下结构变形不超过 变形限值 。 通过抗震措施使结构具有延性和耗能能 力， 来实现第三水准不倒塌要求 。 日本的设防烈 度 也 是 按 50 年 设 计 基 准 期 超 越 概率 10% 的地震烈度定义， 日本根据其国土范围和 地质构造全国采用统一的地震动设防参数 。 日 本 建 筑 基 准 法 规 定 了 两 个 水 准 的 设 计 地 震， 两水准设计具体如下： 第一水准设 计， 验 算 容 许 应 力。要 求 按 容 许 应 力法验算结构的弹性强度 。 第一水准地震地面速度 0. 25m / s ， 相应地面加速度 0. 08g ～ 0. 10g 。 第二水准设 计， 验 算 极 限 承 载 能 力。除 木 结 构 都 要 进 行 第 二 水 准 验 算。要 和一些低层建筑 物 外， 刚度率和偏心率的验算以及建筑 求进行层间变形 、 物极限层 剪 力 。 第 二 水 准 地 震 地 面 速 度 0. 50m / s ， 相应地面加速度 0. 30g ～ 0. 40g 。 通过 比 较 可 见， 中日两国抗震基本思路是一致 的 。 中国现行抗震 设 计 是 按 照 小 震 进 行 设 计， 但采 用抗震措施和抗震 构 造 措 施 来 达 到 中 震 、 大震下的
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting August 2012
致， 但在地震作 用 的 计 算 和 结 果 上 存 在 差 别 。 日 本 是一个地震多发国 家， 其抗震研究发展起步于上世 纪 20 年代， 其后 在 大 量 实 际 经 验 和 教 训 的 基 础 上， 建立了一套完整的抗震理论和抗震规范体系 。 中国 从上世纪 50 年代开始抗震规范的研究和编制， 特别 是在唐山大地震 后， 抗 震 设 计 研 究 迅 速 发 展。本 文 对中日两国抗震规 范 发 展 、 抗震设计方法进行了讨 论， 同时对两国的抗 震 计 算 方 法 和 抗 震 构 造 措 施 进 行了比较 。 2 抗震规范发展 在中国真正具有法律效力的抗震规范先后有 《工业与民用建 筑 抗 震 设 计 规 范 》 TJ1174， 《建 筑 抗
α — 地震影响系数； α max — 地震影响系数最大值； η 1 — 直线下降段的下降斜率调整系数； γ — 衰减指数； T — 结构自振周期； η 2 — 阻尼调整系数； T g — 特征周期
图1 Fig． 1 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting
Abstract ： The development of seismic design code ，seismic design and calculation method of Chinese and Japanese seismic design code are compared in this paper． The seismic design concept is similar between two countries in essence ，which have two steps design． But as a whole ，Japanese seismic precautionary criterion is higher than Chinese ，and the second step of Japanese seismic design is easy to archive and check． On the other hand ，Japanese seismic design methods are more diverse and it is the first country which includes energy based method in design code． According to the comparison and analysis in this paper ，it can be a reference for compiling of Chinese seismic design code and seismic design． Keywords ： seismic design code ； Japanese seismic design code ； seismic design method ； comparison Email ： QQOFXX@ gmail． com
抗震目标， 而日 本 规 范 是 按 大 震 设 计 。 总 体 而 言 日 本现行抗震设计要高于中国标准， 具体如下： （ 1 ） 中国的第 一 阶 段 承 载 力 验 算， 取多遇地震 （ 小震） 的地震动参数进 行 计 算， 而日本采用的第一 水准地震相当于中国的中震水平 。 （ 2 ） 中国的第二阶段弹塑性变形验算采用罕遇 地震（ 大震） 进行验算， 日本第二水准地震相当中国 的大震标准 。 （ 3 ） 中国大部分结构都只需要进行第一阶段验 而日本大部分结构都需要进行两水准验算 。 算， （ 4 ） 中国规范 在 第 二 阶 段 采 用 的 是 定 性 设 计， 而日本的第二水准 设 计 中 引 入 了 延 性 系 数， 定量地 保证结构的抗地震倒塌 。 4 4. 1 抗震计算方法 中国抗震计算方法 中国 的 抗 震 计 算 方 法， 承载力验算中包括基底 剪力法 、 振型分解反应谱法和时程分析法 。 4. 1. 1 基底剪力法 对于高度不超过 40m 、 以剪切变形为 主 且 质 量 以及近似于单 和刚度沿高度分布 比 较 均 匀 的 结 构， 质点体系的结构， 可以采用基底剪力法分析 。 中国的抗震规范中， 基底剪力标准值 F ek 按下式 计算： F ek = α G eq 结构等效总重力荷载 。 4. 1. 2 振型分解反应谱法 中国抗震规范中所采用的设计反应谱以地震影 响系数的形 式 给 出 （ S a = α ） ， 对振型分解反应谱法 的使用主要做了如下规定： （ 1） 式中： α 为水平地震 影 响 系 数 值， 见 图 1 所 示； G nce Coefficient 2012
Vol. 34 ， No. 4
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工程抗震与加固改造
2012 年 8 月
（ 1 ） 振型个数一般取振型参与质量达到总质量 90% 所需的振型数 。 （ 2 ） 振型组合方法可采用 SRSS 或 CQC 法 。 4. 1. 3 弹塑性时程分析法 特别不规则的 建 筑 、 甲 类 建 筑 和 高 度 大 于 60m ～ 100m 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 。 中国 抗 震 规 范 规 定， 时程分析所采用的地震波 需满足： （ 1 ） 当取 3 组 加 速 度 时 程 曲 线 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 7 组及 7 组 以 上 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 。 其中 实际地震波数量不能少于总数的 2 /3 。 （ 2 ） 对时程分析采用的地震波的加速度最大值 进行标准化， 按多遇 和 罕 遇 地 震 以 及 不 同 的 抗 震 设 防烈度分别取用 。 （ 3 ） 弹性时程 分 析 时， 每条时程曲线计算所得 结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果 的 65% ， 多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平 均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的 80% 。 4. 2 日本抗震计算方法 日本 建 筑 基 准 法 规 定， 日本抗震计算方法有许 极限强度设计法 、 能量设计法和时程分析 用应力法 、 但当结 法 。 抗震设计时可 自 行 选 择 其 中 一 种 方 法， 构高度大于 60m 时必须使用时程分析法 。 4. 2. 1 许用应力法 许用 应 力 设 计 法 包 括 两 水 准 的 设 计， 进行第一 水准的容许应力设 计 时， 水平地震作用总基底剪力 标准值按下式确定： Q = Z· C0 · R t · W （ 2） 有周期 T d 乘以折减系数确定 。 4. 2. 3 能量设计法 能量设计法的设计要求为结构的耗能需求要小 于结构的耗能能力 。 Ed ≤ W 式中： E d 为结构耗能需求； W 为结构耗能能力 。 第一水准损伤能力设计时， 要求 E d ≤ W e ， 其中： Ed = 1 mS 2 v 2 （ 7） （ 6） 0. 9 ， 0. 8 ； R t 式中： Z 为 地 震 危 险 区 域 系 数， 取 1. 0 ， 为设计反应 谱 系 数， 见 图 2 ； C0 为 水 平 地 震 剪 力 系 数， 第一水准取 0. 2 ； W 为结构自重 。 第二 水 准 极 限 承 载 力 设 计 时， 要求抗侧承载力 不应低于按式（ 3 ） 计算得到的极限剪力需求值， Q un = Z · C 0 · R t · F es · D s · W （ 3） 式中： C 0 为水平地震剪 力 系 数， 第 二 水 准 取 1. 0 ； F es R t 取 值 与 第 一 水 准 一 致； 为结构 形 状 特 性 参 数； Z 、 D s 为结构特性参数 。 4. 2. 2 极限强度设计法 极限 强 度 设 计 法 是 利 用 等 效 线 性 化 方 法， 将多 Ps = 土地基振幅系数 。 安全极限设计时， 极限承载力为