中美规范地震作用计算的对比
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
中美抗震规范地震作用的比较分析
ｄｅｖｅｌ叩ｅｄ
ｔｏ
பைடு நூலகம்
ｕｓｉｎｇ ｔＩｌｅ
Ａｍｅｒｉｃ锄ｃｏｄｅ ＩＢＣ—２００９
其中丁为结构基本自振周期，死为长周期的拐点周期。 此外，Ｃ。不应小于０．０１，且对应于处在｜ｓ，≥０．６９ 区的结构，Ｃ。还不应小于下式值：
Ｃ。＝Ｏ．５ＳＩ／（肜，）
（９）
从基底剪力公式可看出：１）中美两国规范对结构 延性的处理方法不同，美国规范允许选用延性好的结 构体系来降低地震作用，同时规定Ｒ值越大的结构， 需满足更为复杂的构造措施，如混凝土结构抗震构造 措施需满足Ａｃｌ３１８第２１章的相关要求，钢结构抗震 构造措施需满足ＡＩＳＣ３４ｌ的相应要求。而中国规范 则不允许选择不同的延性结构来降低地震作用。２） 中美规范对重要建筑的设防概念不同，美国规范对重 要结构，通过提高其地震作用的方法来提高设防标 准。我国规范除对甲类建筑要求其地震作用应按高 于本地区设防烈度计算外，对乙类建筑则只要求提高 抗震措施而不提高地震作用，这是因为中国规范从我 国目前的经济水平出发，采用较为经济有效的方法对 重要建筑提高设防标准。 为了便于比较，本文给出了我国丙类建筑（即标 准设防类，对应于美国规范的结构重要性系数，＝ １．０）在中国７度一９度区，同时按ＧＢ ５００１ｌ－２０１０和 ＩＢｃ—２００９计算所得最大基底剪力值，见表１０。
Ⅲ
０．１２ Ｏ．１５ Ｏ．１８ Ｏ．１５ ０．１９ ０．２３ ０．１７ ０．２ｌ
（７） （８）
中美抗震设计规范地震作用主要参数比较和转换
中美抗震设计规范地震作用主要参数比较和转换首先是地震烈度。
中美两国使用不同的地震烈度评定标准，分别是中国的《地震烈度评定标准》和美国的《修订版美国地震工程规范》。
虽然两者评定标准不同，但通过一定的转换关系可以相互对应。
一种常用的转换方法是根据地震烈度的描述特征进行转换，例如中国的6度和美国的VI度可以相对应。
其次是地震波参数。
中美两国在地震波参数的选择上也存在一些差异。
中国抗震设计规范使用的是近场地震动参数，采用的是地震动参数的峰值加速度、峰值速度和峰值位移。
而美国抗震设计规范则更加重视地震波的频谱特性，使用地震动参数的响应谱来刻画地震动的强度和频率分布。
因此，在进行参数转换时，需要考虑两种参数的差异性。
地震地表运动参数是指地震波对地表运动的影响程度。
中美两国地震地表运动参数的比较可以从地震波的强度和持续时间来进行。
一般来说，美国的地震波相对剧烈，持续时间较短，而中国的地震波相对较弱，持续时间较长。
因此，在抗震设计中，美国更加注重地震波的峰值参数，而中国更加注重地震波的累积效应。
最后是地震力参数。
地震力参数是地震作用对建筑物结构产生的力的描述，包括地震力系数、反应谱和地震效应系数等。
中美两国在地震力参数的设计上也存在一定的差异。
美国抗震设计规范更加注重结构的抗震性能，采用地震力系数或反应谱方法来计算结构的抗震力。
而中国抗震设计规范则更加注重结构的整体性能，采用地震效应系数方法来计算地震力，将地震力转化为与结构性能有关的地震效应。
总体而言，中美抗震设计规范地震作用主要参数的比较和转换需要考虑地震烈度、地震波参数、地震地表运动参数和地震力参数等因素。
这些参数在不同的设计规范中有着不同的侧重和表述方式。
在实际应用中，需要根据具体的结构和地震情况进行参数的选择和转换，以确保结构的抗震性能和安全性。
中美抗震设计规范地震作用主要参数比较和转换
中美抗震设计规范地震作用主要参数比较和转换严奉婷张炎(武汉锅炉股份有限公司湖北武汉 430205)摘要：本文从概念上分析了中国、美国抗震设计规范的不同，提出关于影响地震作用的部分因素（阻尼比，场地类别，周期，设计地震动参数等）在中美规范中的转换，为今后国际项目抗震设计提供参考。
关键词：抗震设计；设计地震动参数；场地类别；转换；比较COMPARISON AND CONVERSION OF MAIN PARAMETERS BETWEEN CHINESE CODES ANDUSA CODES IN CALCULATING SEISMIC LOADSYan Fengting Zhang Yan(Wuhan Boiler Company Limited, Wuhan, Hubei, 430205)Abstract This paper presents a conceptive comparison of the seismic code among the seismic design codes of China and USA. It presents the conversion of main parameters (damping, site classification, period, parameters of ground motion etc.) in calculating seismic loads.Hope to provide a little help for the seismic design in the future.Keywords：seismic design; parameters of ground motion; site classification;conversion; comparison由于电力市场的国际化，对于需要走向国际市场的国内锅炉行业来说，各个地区会根据不同规范提出相应的地质条件，如何转换为设计规范的相应地质条件成了十分实际的问题。
中美地震作用计算参数比较及锅炉钢结构抗震选型(精)
钢结构 2016 年第 4 期第 31 卷总第 208 期
等： 中美地震作用计算参数比较及锅炉钢结构抗震选型 胡海林，
版为 IBC 2012 。ASCE （ The American Society of Civil Engineers） 协会最新版标准 ASCE / SEI 7 － 10［3］提供 了结构设计要求及荷载条件并与 IBC 2012 协调一 致， 而 UBC 已经停止更新 （ 最新版是 UBC 97 ） 。 但 因为 UBC 较强的影响力， 目前仍有国家的抗震设计 规范较多地参考了 UBC 标准。 这些设计规范的抗 震部分主要提供了地震作用的计算， 构件和节点校 核还需要按照美国相关结构设计规范 ANSI / AISC 341 － 10 360 － 10 1. 1
表2美国规范场地类别岩土类别剪切波速ms1ascesei710ubc97硬岩1524asa岩石7621524bsb高密土及软质岩石365762csc硬土183365dsd软黏土183ese需要特别研究fsf表3中国规范场地类别岩土类别剪切波速ms1gb500112010岩石800i0坚硬土及软质岩石500800i1中硬土250500i1或ii中软土150250i1或ii或iii软弱土150i1或ii或iii或iv2地震反应谱计算的比较中美规范规定的地震反应谱具有相似的形状都是关于结构的自振周期和水平加速度的函数关系曲线如图1图3所示分别是我国规范gb5001120107美国规范ascesei7103和ubc971规定的反应谱曲线
标准与规范
T s 为周期参数； 注： T 为结构自振周期； T0 、 Ca 、 C v 为设计反应谱加速度参数 。 图3 美国规范 UBC 97
中美规范地震作用计算的对比
中美规范地震作用计算的对比中美地震规范将地震作用计算作为结构设计的重要组成部分，对于建筑物和其他工程结构的耐震性能具有关键作用。
中美两国的地震规范在地震作用计算方面有着一些共性和差异。
一、共性1.基本思想：中美地震规范都采用了基于地震地表运动的设计原则，即将地震作用抽象为地震地表运动方程，并通过地震反应谱、加速度、速度和位移等参数来描述地震作用。
2.设计地震动参数：中美地震规范都需要确定一定的设计地震动参数，如地震分组、设计地震加速度、地震反应谱等。
这些参数是根据历史地震记录、地震活动性及构筑物的特性等因素来确定的。
3.结构模型：中美地震规范都要求建立适当的结构模型，以进行地震作用的计算。
模型要考虑到结构的几何形状、材料性质、刚度分布等因素。
二、差异1.结构设计等级：中美地震规范在对地震作用计算的要求上存在差异。
美国规范中要求的地震分析方法较为复杂，适用于各种结构类型，并给出了不同结构设计等级的要求。
中国规范中地震设计分级的要求相对较简单，主要依据于结构的高度、重要性等因素。
2.地震动参数的确定：中美地震规范在地震动参数的确定上也存在差异。
美国规范中采用地震分级来选择设计地震加速度和地震反应谱，而中国规范中的设计地震加速度和地震反应谱是根据地震地域和设计地震烈度来确定的。
3.设计方法：中美地震规范在地震作用计算的具体方法上有所不同。
美国规范中一般采用时间历程分析方法，对于一些特殊结构可以采用简化方法；中国规范中强调使用等效静力法进行地震作用计算，并对时程分析方法给予限制。
4.频谱形状：中美地震规范对地震动频谱的形状要求也存在差异。
美国规范中要求地震反应谱是平均谱，即在不同周期范围内均匀取值；中国规范中要求地震反应谱是设计谱，具有两个峰值。
总的来说，中美地震规范在地震作用计算方面有着共同的基本思想和要求，但在具体的设计方法、参数确定和规范要求等方面存在一定的差异。
这些差异主要源于两国地震活动性、构筑物特性以及结构设计理念的差异。
中美抗震设计规范地震动参数的对比研究
（9）
当 T＝0 时， S 0.4 S a DS 将式（10） 、式（7）代入式（8）得
A a 0.4 S S DS DS g g max
（10）
（11）
对比式（2）和式（11） ，得出式（2）中的 2.5 即为动力系数最大值 2.4 中美地震动参数的换算 根据美国设计荷载规范（ASCE7-05） ， 2 S F S DS 3 a S
F 1.6 ， F 2.4 ，R＝3.0，I＝1.0。美国规范 D 类场地大致相当于中国规范Ⅱ类场地。 a v R
对比中美规范反应谱曲线，可得到图 2。
对于其他结构和场地类别，同理可作出类似反应谱曲线对比图。
图 2 中美规范反应谱曲线对比 3. 结语 由上述分析可以看出： （1）对于按美国规范给出短周期和 1s 周期谱反应加速度的地区，可以根据式（14） 和式（15）换算得出中国规范对应的设计基本地震加速度值和特征周期。 （2）场地条件对地震动峰值加速度影响比较明显，不应忽略，美国规范则考虑了软弱 场地对峰值加速度的放大作用。因此中国在以后的规范修订、地震区划、工程结构抗震工作 中应考虑场地条件的影响，根据场地条件的不同对地震动峰值加速度予以适当调整。
S D1 2 F S 3 v 1
max
。
（12） （13）
S —最大考虑地震下，%5 阻尼比的结构短周期设计谱反应加速度系数； S S —最大考虑地震下，%5 阻尼比的结构 1s 周期设计谱反应加速度系数； 1 F 、 F —场地影响系数； a v
将式（12）代入式（2）得
F S F S a S DS 3 A a S a 2.5 g 2.5 g 3.75 g S 2
（14）
S 图 1 中， T D1 ， S 为修正后的结构 1s 周期设计谱反应加速度。Ts 对应中国反 S S D1 DS
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1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。
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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。
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]
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
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。
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
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
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。
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.
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 GB50Байду номын сангаас112010 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
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。
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.
反应谱值: 按下述四种情况进行对比（阻尼比取为0.05）
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。
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：