世界各个国家的建筑抗震设计
中、美、欧三国抗震规范对比
六、算例和结论
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fy＝360Mpa，fyv＝210Mpa。
美国IBC2003
• A-F类场地 • 波速测深30米 • 基岩700~1500米/秒
欧洲prEN1998
• A-E, S1,S2类场地 • 波速测深30米 • 基岩800米/秒
中美规范场地分类换算关系
vs(m/s) 1524
762
II
366 183
03
15
50
A
B
C
D
E
dov(m)
中欧规范场地分类换算关系
4423
2250
2250
2250
2250
1.77% 0.9%
0.9%
0.9%
0.9%
1071
773
615
727
572
0.78% 0.56% 0.45% 0.53% 0.42%
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。
2.5 TC q T
ag
ag
S
2.5 q
TCTD T2
ag
0 T TB TB T TC
日本现代建筑的抗震技术
日本现代建筑的抗震技术日本是个地震多发的国家，在长期的抗震实践中，他们在建筑抗震的设计和技术方面积累了丰富的经验，值得我们借鉴。
总所周知，地震发生时，处在旷野的人们只要不被外物砸中，如果?]有遇到滑坡、泥石流、雪崩和海啸等次生灾害，那么基本上就是安全的。
地震中的遇难者多数是被各类人工构造物（房屋、桥梁、路牌、电线杆等）的损坏或失稳害死的。
所以地震领域有句俗话：地震不杀人，建筑才杀人。
要想知道什么样的建筑在地震中最安全，可以借鉴日本的建筑设计的一些方法，因为饱受地震困扰的日本人在和地震的长期对抗中，积累了丰富的经验。
柔性抗震结构日本对抗震设计的认识经历了漫长的发展过程。
从1922年至20世纪60年代，“刚性抗震理论”主导了日本的建筑设计，此时日本的新建建筑大量使用剪力墙，甚至框架结构。
但自从20世纪60年代，计算机分析法被引入了抗震设计研究后，“柔性抗震结构”开始逐渐盛行。
经历了1994年的9.0级阪神大地震后，日本的抗震设计又得到了进一步提高。
日本人发现，在那次大地震后，一些建筑物虽然变形、歪斜，但至少没有倒塌;反倒是那些结构坚固的建筑，虽然保持了结构的完整性，却在地震中整栋倒下。
于是日本人从中汲取了教训，通过提取地震视频和实地勘测，他们发现地震来袭时，如果建筑物能够跟随地表一起摆动，反而更不容易倒塌。
有鉴于此，从1996年后，日本建筑开始广泛采用隔震技术：建筑商在建筑物底部铺垫橡胶层或移动承重座作为缓冲装置，利用建筑物本身的晃动吸收地震能量。
安装阻尼装置抗震在地震中，细长的高层建筑更容易被地震摧毁。
高层建筑的柔性和高度决定了它们的自振频率较低，如果自振频率和地震波的振动频率接近，很容易导致危险的共振。
要避免共振，就要在合适的时机改变建筑的自振频率。
为此，日本研发出了主动质量阻尼器（TMD）和调谐质块阻尼器（AMD）等制震技术。
TMD的基本原理是在建筑物中设置一个大约为建筑1%总质量的重锤，地震或风吹让建筑物振动时，振动能量会让重锤进行反向振动，从而减小建筑物的振动幅度。
建筑抗震设计中地震作用取值——主要国家抗震规范比较
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2. 进涤剂，洗衣机将洗衣粉或其他清洁剂加入内桶。
中、美、欧、日抗震设计规范比较
【拓展知识1-6】中、美、欧、日抗震设计规范比较（1）抗震设防目标我国《建筑抗震设计规范》( GB50011—2010 )是“三水准设防目标”，即小震不坏，中震可修，大震不倒，分别对应于以50 年超越概率63% ，10% 和2% ～3% 的地震作用。
UBC 1997 抗震设防目标是“避免结构倒塌和人身伤亡”，采用单一的设防水准，即以50 年超越概率10% 的地震作用，地震设计重现期为475 年，作为基准设防地震作用。
IBC 2000 的抗震目标是“每个结构和结构部分，包括永远附在结构上的非结构组件、结构支撑物和附属结构都要设计并建为可抵抗ASCE 7 所指地震移动产生的效应”，而ASCE 7的抗震目标是“为设计、建造抗震建筑提供参考标准”。
其地震设计重现期是50 年内超越概率2% 的地震作用，重现期为2 500 年，作为基准设防地震作用。
（2）场地分类场地是决定地震作用的一个关键因素。
按照场地土的剪切波速，GB50011—2010 将场地土分为Ⅰ～Ⅳ四类，UBC 将场地分为SA ～SF 五类，相应于IBC 的A ～ F 五类。
表1.1中是其对应关系。
IBC，ASCE 7 和UBC 均指出“如果场地的土壤特性具体信息不充分，不能确定场地的级别，则划分其为D 类场地”。
表1-1. IBC(ASCE 7),UBC和GB50011-2010的场地类别（3）地震反应谱曲线GB50011—2010 根据全国各地地震烈度的不同，把全国分为6，7，8，9度四个设防烈度区，并把地震分为多遇地震和罕遇地震两个水平，给出相应的水平地震影响系数最大值αmax。
并按近远震，分为三个地震设计组，和场地类别结合，给出特征周期T g。
根据αmax和T g给出反应谱曲线。
UBC 将全美国各地按照其烈度不同，分为5 个区，按烈度从小到大依次为0 度区、1 度区、2A 度区、2B 度区、3 度区和4度区。
对应不同的震区，有不同的震区影响系数Z，UBC 的地震影响系数曲线见图1.*。
世界各个国家的建筑抗震设计
日本发生9级大地震，给我们城市建筑设计者敲响一个警钟。
本次我们搜索世界各个国家的建筑设计来分析下如何在城市中设计抗震级别最高的建筑。
各国抗震建筑特点★英国：抗震房屋裂纹自动愈合据报道，英国科学家目前正在希腊的一处山坡上建造一种特殊的房屋，它能在地震中“自我愈合”。
作为利用纳米聚合体粒子研发特殊墙体的带头人，英国利兹市的“纳米制造业协会”在欧盟的资助下正在研究这种“自愈”的墙体。
据称，这种墙体在压力(地震期间)的挤压下，纳米聚合粒子将流入裂缝中并变硬，形成固体材料，从而对房屋的裂缝进行自动填补。
★希腊：智能减震屋由于希腊属于地震多发国家，所以研究抗震的办法一直是当地科研人员的重要课题，而这座新型“智能减震屋”就是最新研究成果。
据研究人员介绍，“智能屋”的最大特色就是能够进行“自我保护和修复”。
“智能屋”里安装了多种传感设备，即便是对最轻微的震动也会有所察觉，并可借助屋内设备减少甚至抵消地震带来的震动。
“智能屋”采用的材料具有自动修复功能，一旦墙体在地震中出现裂缝，液态修补材料可以像胶水一样，粘住裂缝并迅速固化，从而防止房屋倒塌。
室内传感器还能迅速感知到温度的变化。
一旦室温瞬间升高到一定程度，传感器就会通过互联网或卫星信号，自动通知附近居民并向消防部门报警，从而降低地震引发火灾给人们带来的伤害。
据悉，首个“智能屋”将在一周内搭建完毕。
研究人员将在接下来的半年时间里对它的实用性进行检验。
★美国：滚珠大楼美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”，如硅谷最近兴建的一座电子工厂大厦，在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来，发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动，可以大大减弱地震的破坏力。
★日本：高层抗震大厦日本大京公司一座号称日本最高(地上55层、高185米)的公寓，使用了与美国纽约世界贸易中心相同的钢管168根，确保了抗震强度。
各国抗震规范
1986 年哥斯达黎加抗震规范结构分类及有关参数
重要性 特别重要 一般重要 其他 使用年限 100 50 30 超越概率 0．20 0．40 0．45 重现期(年) 500 100 50
（分别给出相Leabharlann 区划图） （赵凤新教授汇总提供）表２
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 l8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
各国抗震规范对结构重要性的处理
国家 阿尔巴尼亚 阿尔及利亚 阿根廷 澳大利亚 奥地利 保加利亚 加拿大 智利 中国 哥伦比亚 哥斯达黎加 古巴 多米尼加 埃及 萨尔瓦多 埃塞俄比亚 法国 德国 希腊 印度 印度尼西亚 伊朗 以色列 意大利 日本 墨西哥 新西兰 尼加拉瓜 秘鲁 菲律宾 罗马尼亚 俄罗斯 西班牙 瑞士 土耳其 美国 委内瑞拉 EUROCODE8 ISO 3010 南斯拉夫 重要性系数 0．5———4 1———2．5 0．8———1．3 1．0———1．25 0．9———1．0 0．75———1．5 1．0———1．5 0．6———1．2 烈度调整 1．0———1．5 概率调整 0．6———1．25 0．15———0．25*** 1．0———1．5 0．2———1．5 0．5———1．5 1．0———2．0 1．0———1．4 1．0———1．5 1．0———3．0 1．0———2．0 0．8———1．2 1．0———1．2 1．0———1．4 0．5———1．5 1．0———1．5 0．6———1．3 1．0———1．6 1．0———1．3 1．0———1．25 0．8———1．4 烈度调整 1．0———1．3 1／1．4———1／2．5 1．0———1．5 1．0———1．5 1．0———1．35 0．8———1．4 (1．2——2．0)(1．0)(0．4——0．8) 0．75———1．5 年代 1989 1988 1983 1995 1961 1989 1995 1993 1989 1984 1986 1995 1979 1988 1989 1983 1990 1990 1984 1984 1983 1988 1975 1986 1981 1995 1992 1983 1977 1992 1992 1995 1992 1989 1996 1994 1982 1998 1988 1981
[PPT]中、美、欧三国抗震规范对比
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六、算例和结论
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fy＝360Mpa，fyv＝210Mpa。
算例——设计结果
5层钢筋混凝土框架结构抗震设计结果（单位：KN，mm）
829.68 497.80 310.72 591.84 394.62 (140%) (84.0%) (52.4%) (99.9%) (66.6%)
C5
As
典型 构件
（2，B）
r
设计
结果
B3
As
（2-A~B） r
3646 1.46%
927 0.67%
4423 1.77% 1071 0.78%
2250 0.9% 773 0.56%
3.0
4.0 au/a1
扭转不规则体系
2.0
3.0
倒摆体系
1.5
2.0
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1.0~1.3间取值
S (g) d
GB50011和prEN1998钢筋混凝结构 设计反应谱曲线对比
0.6
GB50011 8度(0.20g),一组 II类场地
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。
国内外延性抗震设计的比较
建筑抗震设计中地震作用取值的 主要国家抗震规范比较
引言
地震是一种常见的自然灾害，它会给人类社会带来严重的损失。建筑物的抗震 设计是减轻地震灾害的重要手段之一。为了提高建筑物的抗震性能，各国都制 定了相应的抗震规范。本次演示将介绍建筑抗震设计中地震作用取值的主要国 家抗震规范，并进行比较分析。
地震作用取值
3、在中国和日本的规范中，地震作用的取值还考虑了建筑物的重量和结构类 型等因素。而美国规范则主要根据地震烈度和场地条件来确定地震作用的大小。
实例分析
为了更直观地了解不同国家抗震规范在建筑抗震设计中的应用，我们通过一个 实际案例进行分析。假设一栋位于地震高发区的办公楼，需要根据不同国家的 抗震规范进行抗震设计。
对于未来的研究展望，应该注意到国内外研究在理论和实践方面的差异和发展 趋势。未来的研究可以以下几个方面：进一步完善延性抗震设计的理论模型和 分析方法；加强新型结构和混合结构的延性抗震性能研究；通过实验和数值模 拟手段深入研究材料本构关系、细部构造和整体性能对结构性能的影响；加强 延性抗震设计的规范化和工程应用研究等。
1、中国、美国和日本都采用了地震烈度指标来表示地震作用的大小，但计算 方法存在一定的差异。中国的计算方法较为简化，而美国和日本则考虑了更多 的影响因素。
2、在地震动参数的取值方面，美国和日本的规定更为详细和严格，考虑了场 地类别和地震动参数的影响。而中国的规范在地震动参数的取值上较为单一， 没有充分考虑不同场地条件的影响。
（1）西南交通大学卢强教授提出了“三位一体”的延性抗震设计方法，即将 结构的竖向承载、水平耗能和损伤控制三个目标结合起来进行设计。该方法有 效地提高了结构的抗震性能。
（2）同济大学赵斌教授等提出了基于性能的混凝土结构地震损伤控制设计方 法，即通过优化混凝土材料的本构关系和损伤演化模型，提高混凝土结构的耗 能能力和损伤容限。这种方法在实际工程中也得到了广泛应用。
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日本发生9级大地震，给我们城市建筑设计者敲响一个警钟。
本次我们搜索世界各个国家的建筑设计来分析下如何在城市中设计抗震级别最高的建筑。
各国抗震建筑特点
★英国：抗震房屋裂纹自动愈合
据报道，英国科学家目前正在希腊的一处山坡上建造一种特殊的房屋，它能在地震中“自我愈合”。
作为利用纳米聚合体粒子研发特殊墙体的带头人，英国利兹市的“纳米制造业协会”在欧盟的资助下正在研究这种“自愈”的墙体。
据称，这种墙体在压力(地震期间)的挤压下，纳米聚合粒子将流入裂缝中并变硬，形成固体材料，从而对房屋的裂缝进行自动填补。
★希腊：智能减震屋
由于希腊属于地震多发国家，所以研究抗震的办法一直是当地科研人员的重要课题，而这座新型“智能减震屋”就是最新研究成果。
据研究人员介绍，“智能屋”的最大特色就是能够进行“自我保护和修复”。
“智能屋”里安装了多种传感设备，即便是对最轻微的震动也会有所察觉，并可借助屋内设备减少甚至抵消地震带来的震动。
“智能屋”采用的材料具有自动修复功能，一旦墙体在地震中出现裂缝，液态修补材料可以像胶水一样，粘住裂缝并迅速固化，从而防止房屋倒塌。
室内传感器还能迅速感知到温度的变化。
一旦室温瞬间升高到一定程度，传感器就会通过互联网或卫星信号，自动通知附近居民并向消防部门报警，从而降低地震引发火灾给人们带来的伤害。
据悉，首个“智能屋”将在一周内搭建完毕。
研究人员将在接下来的半年时间里对它的实用性进行检验。
★美国：滚珠大楼
美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”，如硅谷最近兴建的一座电子工厂大厦，在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来，发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动，可以大大减弱地震的破坏力。
★日本：高层抗震大厦
日本大京公司一座号称日本最高(地上55层、高185米)的公寓，使用了与美国纽约世界贸易中心相同的钢管168根，确保了抗震强度。
另外，该公寓还使用了刚性结构抗震体。
如遇阪神大地震级别的地震发生时，柔性结构的建筑一般要摇动1米左右，而刚性结构建筑只摇动30厘米。
三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米，建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶，建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。
这样，在6级地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。
三井不动产公司2000年已向市场投放40栋这种建筑。
弹性大楼
地震高发区日本在这方面也特别有经验，他们设计了一种“弹性建筑”，有较好的抗震性能。
日本东京建了12座弹性建筑。
经东京发生的里氏6.6级地震考验，证明在减轻地震灾害方面效果显著。
这种弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。
阻尼器由螺旋钢板组成，以减缓上下的颠簸。
可漂浮的抗震住宅
这个巨大的“足球”其实是日本Kimidori房屋所制造的叫做Barier的住宅。
它可以抵御地震，并能漂浮在水面上。
这座特别的住宅售价约为1390000日元，(约为10万元人民币)。
廉价的“抗震居屋”
日本一公司研制出了一种廉价的“抗震居屋”，这种居屋全由木材建造，最小面积2平方米，造价2000美元，它能够在主体房屋坍塌时屹立不倒，也能够抵御坍塌结构的冲击和挤压，很好地保护屋内居民的生命和财产安全。
中国古代抗震建筑设计
与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同，中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时，采用的是“以柔克刚”的思维，通过种种巧妙的措施，其目标是以最小的代价，将强大的自然破坏力消弥至最小程度。
柔性的框架结构：墙倒屋不塌
中华民族不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材，而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系—柔性的框架体系。
我国木结构技术迄今至少已有近7000年的历史。
中国的传统木结构，具有框架结构的种种优越性，如“墙倒屋不塌”的功效，但其柔性的连接，又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。
在汶川大地震中，许多文物建筑的墙体均不同程度地受损，但主体结构仍未倒塌，就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。
整体浮筏式基础、斗栱、榫卯：抗击地震的关键
我国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于2:1的矩形。
规则的平面形态和结构布局有利于抗震。
传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。
中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成，高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。
中国古代建筑的台基用现代结构语言描述，堪称“整体浮筏式基础”，好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中，能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏，减少地震波对上部建筑的冲击。
中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。
优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。
形成大
屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性;庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。
应县木塔
除了这些较显著的手法外，中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施，这些措施是古建筑抗震的关键。
比如榫卯的使用：榫卯是极为精巧的发明，我们的祖先早在7000年前就开始使用，这种不用钉子的构件连接方式，使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应。