1、中美抗震設計規范地震作用主要參數比較和轉換嚴奉婷張炎（武漢鍋爐股份有限公司湖北武漢430205）摘要：本文從概念上分析了中國、美國抗震設計規范的不同，提出關于影響地震作用的部分因素（阻尼比，場地類別，周期，設計地震動參數等）在中美規范中的轉換，為今后國際項目抗震設計提供參考。關鍵詞：抗震設計；設計地震動參數；場地類別；轉換；比較COMPARISONANDCONVERSIONOFMAINPARAMETERSBETWEENCHINESECODESANDUSACODESINCALCULATINGSEISMICLOADSYanFengtingZhangYan（WuhanBoilerCompanyLim

2、ited,Wuhan,Hubei,430205）AbstractThispaperpresentsaconceptivecomparisonoftheseismiccodeamongtheseismicdesigncodesofChinaandUSA.Itpresentstheconversionofmainparameters（damping,siteclassification,period,parametersofgroundmotionetc.）incalculatingseismicloads.Hopetoprovidealittlehelpfortheseismicdesignin

3、thefuture.Keywords:seismicdesign;parametersofgroundmotion;siteclassification;conversion;comparison由于電力市場的國際化，對于需要走向國際市場的國內鍋爐行業來說，各個地區會根據不同規范提出相應的地質條件，如何轉換為設計規范的相應地質條件成了十分實際的問題。本文就影響地震作用計算的因素如重要性系數、場地類別、地震動參數、周期等進行了中、美的比較，并給出相應的轉換。1,各國抗震規范的基本介紹：1.1, 中國：GB50011-2010建筑抗震設計規范設防水準三水準：多遇地震（小震，50年內超越概率約63.

4、2%的地震烈度，重現期50年）；基本烈度（中震，50年內超越概率約10%的地震烈度，重現期475年）；罕遇地震（大震，50年內超越概率約23%的地震烈度，重現期24741640年）。基準地震GB18306-2001中國地震動參數區劃圖中的地震基本烈度設防目標三水準的設防目標：小震不壞，中震可修，大震不倒。設計方法通過兩階段設計，即承載力驗算階段和彈塑性變形算階段來實現上述三個水準的設防目標：小震下內力分析時假定結構完全彈性，按彈性設計；對甲類建筑、位于高烈度區和場地條件較差的建筑、超過一定高度的高層建筑、特別不規則的建筑、采用隔震和消能減震設計的結構等按照大震不倒”要求進行罕遇地震作用下的彈塑

5、性變形驗算；采用相應抗震措施，保證中震下結構在部分屈服后仍然能通過塑性耗能來承擔地震作用，使其滿足設計要求。1.2, 美國：ASCE/SEI7-05«minimumdesignloadsforbuildingsandotherstructures»ANSI/AISC341-05«SeismicProvisionsforStructuralSteelBuildings»ASCE/SEI7是一個針對各種結構形式的荷載規范，除規定了直接作用（如永久荷載和可變荷載）的取值規定外，還規定了間接作用（如地震作用）的取值規定，包括抗震設防目標、場地特性、設計地震作用、

6、地震響應計算方法、結構體系與概念設計等抗震設計方面的內容。ANSI/AISC341-05規定了結構構件抗震承載力驗算和抗震構造規定等具體的抗震設計內容。設防水準單一水準：MCE（最大考慮地震，50年內超越概率約2%的地震烈度，重現期2474年）基準地震美國地質調查局（UntiedStatedGeologicalSurvey,USGS）給出了短周期（T=0.2s）和1s周期阻尼比為0.05的地震地面運動最大加速度等值線圖（也稱為地震區劃圖）：MCE。設防目標對丁50年超越概率為510%的設計地震，應使建筑在震中與震后保持預期功能，并且結構的損傷是可修的；對于50年超越概率為2%的最大考慮地震，應

7、使結構倒塌的可能性較低。設計方法地震作用計算分析采用彈塑性反應譜理論，用設計地震（MCE*2/3）進行抗震承載力和變形驗算，允許結構在進入非彈性工作階段。以設計地震來計算地震作用，通過結構反應調整系數（ResponseModificationCoefficient）R將彈塑性變形下的內力折算到彈性狀態下的內力進行彈性計算，驗算承載力和彈性狀態下的位移；將該位移放大Cd來驗算彈塑性變形下結構的剛度要求以及作P-分析；對于特殊要求的結構采用彈塑性時程分析或push-over方法保證結構在大震下不倒塌。2 .抗震設防標準的比較中國：GB50011-2001規定，所有建筑的抗震設防類別和抗震設防標準應

8、符合現行國家標準GB50223-2008建筑工程抗震設防類別標準的要求。根據GB50223-2008建筑工程抗震設防分類標準分為甲類（特殊設防類）、乙類（重點設防類）、丙類（標準設防類）、丁類（適度設防類）四個抗震設防類別。各抗震設防類別對應不同的抗震設防標準要求。規范規定火力發電廠生產建筑鍋爐鋼結構屬乙類建筑。美國：按建筑用途分類（I,II,III,IV）和設計地震動參數（Sds或Sdi）,確定建筑物的抗震設防類別，分為A、B、C、D、E、F,共6類，A類要求滿足最基本的抗震措施要求；B類和C類要求滿足一般性的抗震措施要求，一般只需按照靜力方法計算地震作用（基底剪力法），結構延性要求較低；D

9、、E、F類要求滿足嚴格的抗震措施要求，并要求按照動力分析方法進行地震作用計算（如振型分解反應譜法等），結構延性要求較高。規定在緊急情況下必須維持供電的電站鍋爐鋼結構為IV類建筑，其他電站鍋爐鋼結構為III類建筑。3 .阻尼比：中國：鍋爐鋼結構在多遇地震下的阻尼比：對于單機容量不大于200MW的懸掛鍋爐阻尼比可采用0.035;對于大于200MW的懸掛鍋爐阻尼比可采用0.02;罕遇地震下的分析，阻尼比可采用0.05。基準反應譜中使用的阻尼比為0.05,在地震影響系數曲線中作調整。美國：MCE中使用的阻尼比為0.05,在設計反應譜中沒有考慮阻尼比的影響，而是在強度折減系數R中考慮阻尼比的影響。結構反

10、應調整系數R是對結構延性性能和其超過設計強度后的性能的定量體現，主要根據類似結構在以往地震中的表現，通過經驗確定。R較高意味著結構延性要求較高，相應的設計地震作用的折減也較多。4 .建筑的重要性：中國：GB50011-2010建筑抗震設計規范指出，根據地震作用的特點、抗震設計的現狀以及抗震重要性分類與統一標準中安全等級的差異，重要性系數對抗震設計的實際意義不大，不考慮結構重要性系數。美國：ASCE/SEI7-05,table1-1:IV類建筑的結構重要性系數11.5,III類建筑的結構重要性系數I=1.25。5 .場地類別的轉化5.1, 中美規范場地類別劃分標準中國執行GB50011-2010

11、:規范指出按地表以下20m深度范圍內巖土層的等效剪切波速Vs20和場地覆蓋層厚度將場地類別劃分為4類（I（I。，I。，II,III,IV）。美國執行ASCE/SEI7-05:指出以表層30m內的等效剪切波速Vs30為主，同時參考標慣擊數，不排水剪強度等指標將場地分為6類（A,B,C,D,E,F）。由于本論文主要針對如何在工程中的運用，僅對常見場地進行比較。對于中國規范中飽和砂土和飽和粉土的液化問題，美國規范中的F類場地土，不在分析范圍內。5.2, 中美規范場地類別的換算現根據場地分類的主要參數等效剪切波速來進行場地類別的轉化，兩個等效波速之間的轉化參考LUHONGSHAN的論文«CH

12、ARACTERIZATIONOFDIFFERENTSITECATEGORYMETHODONSTRONGGROUNDMOTION»給出。5.2.1. 場地類別一一中國規范向美國規范轉換（表1）中國規范（GB50011-2010）美國規范(ASCE/SEI7-05)II0Vs20>1500m/sAVs20<1500m/s,BI1Vs20>760m/sBVs20<760m/s,CIIVs20>330m/sCVs20<330m/s,DIIIVs20>160m/sDVs20<160m/s,EIVEVs20地表以下20m深度范圍內巖土層的等效剪切波

13、速5.2.2.場地類別一一美國規范向中國規范轉換（表2）美國規范(ASCE/SEI7-05)中國規范（GB50011-2010）AI0BVs30>760m/s,0Vs3«760m/s,I1CVs30>510m/sI1Vs3«510m/s,IIDVs30>260m/sIIVs30<260m/s,IIIEVs30>150m/sIIIVs30<150m/s,IVVs30地表以下30m深度范圍內巖土層的等效剪切波速6 .場地設計特征周期及長周期6.1, 場地特征周期我們知道，場地類別劃分的根本目的是確定場地的設計特征周期（沿襲中國規范，將它記為T

14、g）。地震影響系數的特征周期，不僅與場地類別有關，而且還與設計地震分組有關，可更好地反映震級大小、震中距和場地條件的影響。中國：根據場地類別和設計地震分組查表。表5:特征周期值I0場地類別IVI1IIIII第一組50.450.65第二組0.250.300.400.550.70第三組0.300.350.450.650.90計算罕遇地震作用時，美國：TSdiFvS1sSdsFaS特征周期應增加,根據場地類別和0.05s。Si,Ss查表求出Fa和Fv,算出Ts=Tg。6.2, 長周期過渡周期Tl美國NEHRP2003規范中的長周期過渡周期Tl根據震級關系依次為VII度4s,VI

15、II度6s。7 .地震動參數的換算7.1, 中國規范和美國規范地震動參數的換算依據:7.1.1. 中國規范中采用的基準地震是基本烈度（50年超越概率是10%）,美國的基準地震是最大考慮地震（50年超越概率是2%）。兩者地震間通過CN，或us轉換；7.1.2. 中國規范中反應譜加速度是地面峰值加速度，美國規范反應譜加速度是結構上的響應加速度，兩者相差一個結構影響系數；7.1.3. 中國規范設計譜中考慮為II類場地，美國規范設計譜中考慮為B類場地。需要對場地進行轉換；7.1.4. 中美規范中基準阻尼比均為0.05,不需要轉換；7.1.5. 兩國的設計反應譜曲線類似，曲線均為等加速度、等速度和等位移

16、三個階段，其中等加速度和等速度的交點對應的周期為場地設計特征周期Tg。7.2, 中國規范向美國規范的轉換中國規范向美國規范地震動參數的換算關系如下：Ss2.5CNAc/FaCNCCaS2.5CNAccTg/Fv其中Ss,S1,Fa和Fv為美國規范中的參數，Ss,S1為美國規范ASCE中最大考慮地震下、B類場地短周期和1S對應的結構響應加速度，2.5為結構影響系數，Fa和Fv為場地參數。Acc和Tg為中國規范中的參數，Acc為與基本烈度相對應的地震地面運動峰值加速度。Tg為場地反應譜特征周期。CN為2500年重現期（50年超越概率2%）與475年重現期（超越概率10%）對應的峰值加速度的比值。表

17、6：各重現期峰值加速度的比值丫CN50重現期（年）6(0.05g)7度(0.1g)7度(0.15g)8:(0.2g)8:(0.25g)9:0.4g63.2%500.350.350.370.350.370.3510%4751.001.001.001.001.001.002.5%1975-2.512.312.01.71.52%24742.52.972.692.251.841.58具體轉換步驟為：1,假定Fa=1,Fv=1,求出相應的Si、Ss,2,根據求出的Si,Ss查出相應的Fa,Fv,求出第二次的Si,Ss,3,重復2直到前后兩次的Ss和Si的誤差小于0.5%。例題1:Vse=200,覆蓋層中

18、國規范：8度（0.2g）,第三組，II類場地（場地地層為稍密中砂,厚度為10m）,要求美國規范地震動參數。A>,場地換算：a)20m深度的等效剪切波速：Vs20=20/(10/200+10/500)=285m/sb)查5.2.1條款表，Vs20<330m/s,對應美國規范D類場地。B>,查表6:千n=2.25,Acc=0.2g,Tg=0.45,假設Fa=1,Fv=1,代入式1Ss=1.125g,S1=0.506gC>,D類場地,Ss=1.125g,S1=0.506g,查表(ASCE/SEI7-05,table11.4-1、11.4-2),Fa=1.05,Fv=1.5,代

19、入式1Ss=1.071g,S1=0.338gD>,Ss=1.071g,S1=0.338g,查表(ASCE/SEI7-05,Fv=1.724,代入式1Ss=1.049g,S1=0.294gtable11.4-1、11.4-2),Fa=1.072,E>,Ss=1.049g,S1=0.294g,查表(ASCE/SEI7-05,Fv=1.812,代入式1Ss=1.042g,S1=0.279g,table11.4-1、11.4-2),Fa=1.08,F>,Ss=1.042g,S1=0.279g,查表(ASCE/SEI7-05,Fv=1.842,代入式1Ss=1.039g,S1=0.27

20、5g,table11.4-1、11.4-2),Fa=1.083,G>,Ss=1.039g,S1=0.275g,查表(ASCE/SEI7-05,table11.4-1、11.4-2),Fa=1.084,Fv=1.85,代入式1Ss=1.038g,S1=0.274g,Ss1.0391.038ST-1.038-S10.2750.274'S-0.274-0.1%0.5%0.36%0.5%迭代結束所以，美國規范中需要的參數為Ss=1.038g,S1=0.274g,D類場地。7.3.美國規范向中國規范的轉換美國規范向中國規范地震動參數的換算關系如下ACCTgFaSs2.5usFvSiFaSs

21、1000金案)世置居法占03甥麻100010000100000重璘期（年）Li-i.拶金昭詢眄爾浩舊西高森圖1:美國部分城市標準化地震危險性曲線US為2500年重現期(50年超越概率2%)的0.2S譜加速度與475年重現期(50年超越概率10%)的0.2s譜加速度的比值。該值可通過所在地區的經度和緯度在http:/hazards中查至U,而地區的經、緯度可通過百度或谷歌查詢。具體轉換步驟為：1,通過而地區的經、緯度，運行/hazards中NSHMP_HazardApp.jar程序或查表或查圖得到Ss,Si;2,場地類別轉換3,查表求得Fa,Fv,us4,可求出Acc,Tg。118.15,北緯34.04,查得例題2:按照ASCE7-05的地震動參數區劃圖，洛杉磯位于西經Ss=2.122g,S1=0.722g,D類場地。求出對應中國規范的參數。查表US=1.7,F