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2目录问题提出的背景中美抗震设防思想比较地震作用计算抗震设计方法结构体系与计算模型几个算例4对美、日等抗震先进国家做法的考察对规范条文有效性的反思问题提出的背景美国规范将结构体系分为承重体系和抗侧力体系，两者分别进行设计；美国规范包含了种类丰富的抗侧力体系，以RC抗震框架为例，可分为：普通框架、中等框架和专用框架，具有不同的抗侧力性能并分别适用于低地震风险区、中地震风险区和高地震风险区。结构体系结构体系与计算模型空间框架（同我国做法）结构体系周边框架为抗震框架（SMF/IMF/OMF），中间为承重框架29•SMF——高地震区，R=8，高延性•IMF——中低地震区，R=5，中等延性•OMF——低地震区，R=3，低延性美国抗震框架的计算模型，允许根据实际情况将底层柱与基础的连接模拟为铰接，不要求其为固结；框-筒结构的承重框架与核心筒的连接可为铰接；承重体系与抗侧力体系的分离，在概念上体现了多道防线的思想计算模型32算例一：南加州某医院（本工程业已完工并投入使用）几个算例规范与标准加州建筑规范(CBC)2007（基于IBC2006)ASCE7-05加州结构工程师协会出版的设计手册相关标准:AISC钢结构设计手册AISC钢结构设计抗震条款ACI318-05其它…34结构的用途类别医院为IV类I=1.5SS=1.5g,S1=0.6g抗震体系类型屈曲约束支撑钢框架体系R=8,Cd=5场地类别=D最大考虑地震动参数区划图Fa=1.0,Fv=1.5SMS=1.5g,SM1=0.9gSDS=1.0g,SD1=0.6g构建设计反应谱结构自振周期T①抗震设计参数等效侧向力法振型分解反应谱法V=30190kNVt(I/R)=19079kNVV设计=30190kN35②地震作用计算36算例二：单榀专用抗弯框架与中国的抗震框架比较①设计资料以中国8度0.20g区及相应地震作用下，分别按照中美抗震设计规范进行两国各自钢筋混凝土框架结构的设计，其中美国采用周边抗震框架结构形式，并根据抗震设计分类和结构类型选用高延性的特殊框架结构。原型结构层高为4m，层数6层，结构总高为24m。平面方向为4X6跨框架，每跨为6m。截面抗震梁2（mm)非抗震梁2（mm)抗震柱2（mm)非抗震柱2（mm)板（mm)300×500250×350700×700400×400150截面梁2(mm)板(m)柱2(mm)250X500120500×50037中国设计参数美国设计参数为了简化计算，所有抗震框架梁、抗震框架柱、非抗震框架梁、非抗震框架柱均取统一尺寸。b)计算方法各选取一榀框架进行分析，计算在相同地震作用下，中美计算结果的差异。中美算例均选用振型分解反应谱法进行地震作用下的结构设计，同时采用底部剪力法或等效抗侧力法对楼层剪力进行验算。38②设计依据a)选取规范中国依据现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《建筑结构荷载规范》；美国采用IBC2006、ASCE7-05、ACI318-08规范。中美规范下钢筋混凝土框架结构的破坏模式的对比研究主要基于IBC-2006、ASCE7-05以及ACI318-08所形成的链式体系。39C）所选取软件中国框架结构的设计采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发的PKPM2010软件。美国框架结构的设计采用由CSI公司开发研制的房屋建筑结构分析与设计软件ETABS9.5计算地震作用，并采用集成化的通用结构分析与设计软件SAP200014.1计算重力荷载效应。两国用于结构设计的反应谱楼层第x层的弹性位移δxe变形放大系数Cd重要性系数Ie第x层的位移δx第x层设计层间位移∆允许层间位移限值∆aR62.35.51342.6547.3080653.75.51295.3557.7580543.25.51237.6067.6580430.95.51169.9572.6080317.75.5197.35065.458025.85.5131.9031.908040层间位移角等指标也均满足规范要求。③结果1.层间位移角美国框架结构X方向层间位移验算中国框架结构的基本周期为1.34s，X方向最大层间位移角为1/583，；Y方向最大层间位移角为1/594。同时结构的轴压比、412.楼层剪力423.中美框架结构边榀配筋率对比434.中美框架结构弹塑性时程分析对比中国对框架结构进行抗震设计时采用的是多遇地震下的设计反应谱，而美国则采用的是中等地震作用下的设计反应谱，如果以两国的设计反应谱为准进行选波，则在进行弹塑性时程分析时两国模型所输入的地震作用便存在差异，为了使得计算结果具有可比性，我们需要对两国模型使用相同的地震波输入。选取7条地震波对所设计的中美框架结构边榀抗震框架分别进行8度0.20g烈度对应下中震、大震和超大震下的弹塑性时程分析。44a)中美模型楼层总剪力对比b)中美框架结构A轴线边榀各楼层层间位移角对比（以ELCENTRO地震波为例）45c)中美框架结构A轴线边榀各楼层位移对比d)边榀在中震、大震和超大震下的塑性铰分布情况中国模型模型柱端出铰率出铰率平均值梁端出铰率出铰率平均值中震中国0.00%0.00%27.08%19.94%美国0.00%0.00%0.00%0.00%大震中国10.00%4.52%100.00%94.64%美国8.33%6.19%100.00%95.24%超大震中国31.67%13.57%100.00%99.11%美国8.33%7.38%100.00%97.92%46美国模型上述出铰率平均值是取各种地震波平均结果，其余是ELCENTRO地震波结果模型柱端最大延性系数柱端最大延性系数平均值梁端最大延性系数梁端最大延性系数平均值中震中国0.000.001.331.41美国0.000.000.000.00大震中国2.141.494.304.70美国1.642.302.173.33超大震中国3.583.805.707.39美国2.283.463.294.45滞回耗能（kN•m）中震大震超大震中国89.63313.81535.46美国69.00376.46597.9647e)延性系数f)滞回耗能48④结论a)底层柱纵筋配筋率美国抗震框架小于中国外，其余楼层柱纵筋配筋率两国结果相差不大，美国略高。a)从对边榀框架结构的弹塑性时程分析可以看出，因为美国边榀抗震框架构件截面尺寸较中国大，因此承担了更大的地震剪力，由于美国底层柱底纵筋配筋率较美国小，因此先于中国框架出现柱端塑性铰，因此在大震和超大震作用下美国抗震框架底层较大，这也恰恰符合美国框架结构的设计思路，即允许底层柱底出现塑性铰，以此耗散能量，保证其他构件的有效性。49算例三：美国整体结构与中国整体结构的比较进行中国9度0.4g区、8度0.3g区框架结构与美国具有相应地震风险地区框架结构的非线性分析对比。1.算例基本信息5051①美国均匀抗震的算例AMJY9-0.4和AMJY8-0.3的每榀框架都指定为抗侧力的专用框架。由于专用框架的水平地震作用较小，考虑梁柱刚度折减后，按照美国规范弹性层间位移限值的要求，仍然可以将截面尺寸取得比相应的中国算例CH9-0.4和CH8-0.3小得多。②算例AMJY9-0.4和AMJY8-0.3的截面尺寸分别取与算例CH9-0.4和CH8-0.3相同时，顶部中柱经强柱弱梁调整后均出现超筋现象。对比结论：522.水平地震作用比较53与美国均匀抗震的算例相比，无论是在9度0.4g区还是8度0.3g区，中国算例地震作用下的层剪力都偏大较多，相比而言，9度区中国算例偏大幅度要稍小一些。应该注意的是，这里层剪力的比较仅仅反应了两国规范中水平地震作用的相对大小。对比结论：543.配筋计算及比较8度区中美算例柱子配筋面积的比值较9度区有所减小。55配筋率对比图8度0.3g区569度0.4g区578度0.3g区塑性铰分布4.罕遇地震作用下的非线性动力反应分析结果对比算例在5条地面运动输入下的塑性铰分布，以Elcentro波为例给出塑性铰分布情况：589度0.4g区塑性铰分布情况595.层侧移和位移角6061①采用周边框架抗震的方案时，抗震框架的强度和延性均得到保证，而中间承重框架只考虑承受竖向荷载。②在低地震风险区周边抗震框架更多表现为强度问题，而高地震风险区周边抗震框架表现为变形问题。因此，美国的抗震设计是考虑了破坏模式的。算例二与算例三的基本结论：62①认真审视抗震设防策略！R-u规律、强度/(+)变形、部分/(+)整体、高/低地震区……②认真审视破坏模式控制策略！破坏模式的合理性、可实现性……③抗震设计的重要环节是设计破坏模式（薄弱环节！④在中美抗震设计方法对比研究中，孤立地对比地震作用或者荷载效应或者承载能力，孤立地对比美国抗弯框架和中国抗震框架的设计方法和措施，也可能得出错误的结论。结束语