海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（1）

彭志丰

随着“一带一路”的深入发展，中国设计师参与海外项目日益增多；随着新冠的有效控制，海外项目脚步逐步加快；为了使中国设计师能够快速胜任海外项目的设计，近期将结合盈建科欧美模块推出海外项目设计系列知识期刊。盈建科欧美模块支持中文和英文两种语言，语言可以自由切换。海外项目在某些设计理念与国内设计存在明显差别，第二期为“美标模块之抗震参数篇”，分为四部分，主要介绍美标模块抗震参数和某工程案例地震参数选取，以便用户快速掌握美标地震参数意义和确定流程。由于笔者英语水平有限，以免翻译错误，误导读者，本篇也将美标条文详细呈现，以便读者查阅。

图1.  YJK美标模块英文地震参数设置页

图2.  YJK美标模块中文地震参数设置页

盈建科美标模块支持美标荷载ASCE7-10、混凝土规范ACI318-14、钢结构规范AISC360-10、钢结构抗震规范AISC341-10等。

首先，我们根据ASCE7-10表1.5-1（图1）确定该建筑的安全等级，根据ASCE7-10表1.5-2（图2）确定其地震作用重要性系数。例如普通建筑的安全等级为Ⅱ，其地震作用的重要性系数为1.0。

图3. 美标ASCE7-10表1.5-1建筑安全等级

图4. 美标ASCE7-10表1.5-2各种荷载作用重要性系数

其次，我们了解一下美标中的基本概念，如结构不规则的定义、地震分析方法中的等效侧向力法和反应谱法一些基本规定。结构平面不规则的规定详见图5，结构竖向不规则的规定详见图6。对于抗震设计类别为E和F建筑，不允许使用非常扭转不规则（type b）和楼层竖向刚度不规则（1a）、楼层竖向承载力不规则（5a）、极端楼层竖向承载力不规则（5b）；对于抗震设计类别为D建筑，不允许使用极端楼层竖向承载力不规则（5b）（Refer to 12.3.3.1）。

对于抗震设计类别为D、E、F建筑，属于特定平面不规则或者属于竖向抗侧力构件不连续时，地震作用应该放大1.25倍（Refer to 12.3.3.4）。

图5. 结构水平不规则

图6. 结构竖向不规则

图7.  ASCE7-10中12.3.3.1条款

图8.  ASCE7-10中12.3.3.4条款

计算地震作用的方法包括等效侧向力法、反应谱法和时程分析法。等效侧向力法与我国的底部剪力法保持一致，但等效抗侧力法有一定的适用前提，详见图9地震作用分析方法。

图9.  地震作用分析方法（a）

图9.  地震作用分析方法（b）

注：《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇》未完，精彩还在后面，请继续查阅。

海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（2）

彭志丰

本篇接《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（1）》继续介绍美标中有关地震的参数，本篇主要介绍美标中的一些概念。

采用合理的分析方法确定结构周期T，结构周期T不能超过计算周期上限系数Cu与估算结构基本周期Ta的乘积，计算周期上限系数Cu可根据表12.8.1查得，估算结构基本周期Ta可以通过ASCE7-10中公式12.8-7求得，注意表12.8-2中的括号数值用于米制单位。

图10. 计算周期上限系数Cu

图11. 估算结构基本周期公式ASCE7-10  12.8-7和表12.8-2

等效抗侧力法关于地震基底剪力的求解详见公式12.8.-1，地震系数Cs的求解详见公式12.8-2，当T>Ts时，地震系数Cs上限与反应谱法中保持一致。（Refer to 12.8.1.1 and 11.4.5）；地震系数Cs的下限值12.8-5或公式12.8-6求出；地震系数Cs的下限值与国标中的最小剪重比的作用类似。

图12. 地震系数Cs的求解公式

图13. 地震系数Cs的下限值

盈建科美标模块等效侧向力法依据结构周期T按图14确定地震作用大小。

图14. 盈建科美标模块等效侧向力法

阵型反应谱法要求每个方向的总质量系数不小于90%（Refer to 12.9.1）。阵型反应谱法计算出的内力需要乘以Ie/R，而阵型反应谱法计算出的位移角和位移需要乘以Cd/R（Refer to 12.9.2）。阵型反应谱法计算的基底剪力不能小于0.85倍等效抗侧力法求得的剪力，当阵型反应谱法计算的基底剪力小于0.85倍等效抗侧力法求得的剪力，应将基底剪力放大至0.85倍等效抗侧力法求得的剪力（Refer to 12.9.4.1）。

盈建科美标模块不仅能够自动调整阵型反应谱法计算的地震效应与位移（位移角），而且也能自动根据等效侧向力法剪力来调整阵型反应谱法的地震剪力，不再需要用户手动进行调整。

图15.  ASCE7-10中12.9.2条款

图16.  ASCE7-10楼层相对位移

图17.  ASCE7-10楼层位移计算公式

图18.  ASCE7-10楼层相对位移限值

图19.  ASCE7-10中12.9.4.1条款

竖向地震作用：竖向地震作用根据ASCE7-10中公式12.4-4确定，当短周期设计反应加速度参数小于0.125时候，可以忽略竖向地震作用。

图20. 竖向地震力

双向地震作用：双向地震作用可按一个方向100%地震作用加正交方向地震作用的0.3倍考虑。当抗震设计类别为B类时候，可以不考虑双向地震作用；当抗震设计类别为C类且建筑属于平面不规则中类型5时候，需要考虑双向地震作用；当抗震设计类别为D、E、F时，需要考虑双向地震。

图21. 双向地震力

注：《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇》未完，精彩还在后面，请继续查阅。

海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（3）

彭志丰

本篇接《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（1）（2）》继续介绍美标中有关地震的参数，本篇主要介绍美标中的反应谱参数和抗震体系中的地震参数。

当了解完美标中地震一些总体要求后，然后，我们了解一下美标反应谱中的重要参数和结构体系中的重要参数。

ASCE7-10提供场地加速度为2475年重现期基准场地B类5%阻尼弹性谱值，

长周期（1s）地震动反应谱加速度S₁和短周期（0.2s）地震动反应谱加速S_S，可根据美标ASCE7-10中22章图22确定某地区相应的地震动反应谱加速度，或根据USGS Web site 网站的地震设计图(2475年重现期基准场地B类5%阻尼弹性谱值)

（https://earthquake.usgs.gov/hazards/designmaps/pdfs/?code=NEHRP&edition=2003）确定；沙标是根据沙特荷载规范SBC301中图9确定其地区的地震动反应谱加速度。

根据场地土特性，参考ASCE7-10第20章将场地划分为A，B，C，D，E，F等六类，当地勘数据不充足时，场地类别可按照D类处理（Refer to ASCE7-10 11.4.2）。美标是以B类场地谱值为基准，其他场地谱值通过系数Fa和Fv进行换算。根据ASCE7-10中表11.4.1确定短周期反应谱的场地系数Fa，根据ASCE7-10中表11.4.2确定长周期反应谱的场地系数Fv。

图22.  ASCE7-10场地系数Fa和Fv

考虑场地调整5%阻尼的短周期的场地反应谱加速度SMS根据公式11.4-1求出；考虑场地调整5%阻尼的长周期的场地反应谱加速度SM1根据公式求11.4-2出。

图23.  ASCE7-10中考虑场地影响的场地反应谱加速度求解

短周期设计反应谱加速度S_DS根据公式11.4-3求出；长周期的设计反应谱加速度S_D1根据公式11.4-4求出。

图24.  ASCE7-10中设计反应谱加速度求解公式

美标设计反应谱为“中震”弹性谱，该设计反应谱由直线上升段、水平段、曲线下降段1和曲线下降段2组成，美标设计反应谱如图11.4-1所示，控制参数为设计谱加速度SD1、SDS和转换长周期TL。To为0.2倍长周期设计反应谱值与短周期设计反应谱值比值，T_S为长周期设计反应谱值与短周期设计反应谱值的比值，转换长周期TL可从ASCE7-10图22-12查得。

建筑抗震设计类SDC的确定，建筑抗震设计类别分为A，B，C，D，E，F等六类。当建筑安全等级为ⅠⅡ、Ⅲ类且长周期地震动反应谱加速度S1大于等于0.75时为E类；当建筑安全等级为 Ⅳ长周期地震动反应谱加速度S1大于等于0.75时为F类；其他建筑的抗震等级根据ASCE7-10表11.6-1和表11.6-2确定，且按照从严原则确定抗震设计类别。

图25.  ASCE7-10中设计反应谱图

图26.  ASCE7-10抗震设计类别（a）

图27.  ASCE7-10抗震设计类别（b）

根据抗震设计类别、建筑物高度和抗震体系确定反应设计参数，设计参数包含反应放大系数R、结构超强系数Ω0、变形放大系数Cd。R表示延性，对地震力折减，R越大表示延性越好，折减的地震力越大。当结构的延性越大，对结构的构造措施要求越严格；当结构的延性越小，对结构的构造措施要求越宽松。超强系数用于调整组合中地震作用的放大，仅仅用于结构局部区域的加强。变形放大系数用于将地震作用下的位移放大Cd倍。注意ASCE7-10中表12.2-1中结构高度hn为英制单位中的feet，而不是米制单位中的米。

图28.  剪力墙抗震体系的抗震设计参数

超强系数：根据ASCE7-10中公式12.4-7可知，超强系数仅仅用于放大水平地震作用，不用于放大竖向地震作用。ASCE7-10的12.4.3.2条明确了美标荷载分项系数法(LRFD)中有关超强系数放大地震作用的荷载组合。盈建科美标模块支持荷载分项系数法(LRFD)，暂不支持容许应力法（ASD）。

图29. 有关超强系数的荷载组合

冗余度ρ：冗余度用于将地震作用放大，用于将整个结构的地震力进行放大，超强系数仅仅用于结构局部地震力的放大。当抗震设计类别为D、E、F时，冗余度为1.3（特殊情况除外，具体参见ASCE7-10中13.3.4.2节）；当抗震设计类别为B或者C类时，冗余度系数为1.0；位移计算或者考虑P-∆时，冗余度系数为1.0。当考虑超强系数时候，冗余度系数取值为1.0。

图30. 有关冗余度的荷载组合

图31. 冗余度取值为1.0的情况

注：《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇》未完，精彩还在后面，请继续查阅。

海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（4）

彭志丰

本篇接《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇（1）（2）（3）》，本篇将结合沙特某工程确定美标地震中的具体参数，以便深入了解美标中地震作用的计算。本工程位于沙特地区中的吉达，项目地震设计参数检查表如表1 。

                             表1 沙特吉达某项目地震参数

下面详细介绍美标地震参数确定流程。根据沙标SBC301中图9.4.1可查得Ss=0.3g，S1=0.109g。

图32 .  Jeddah地区的Ss

图 33.  Jeddah地区的S1

图34.  ASCE7-10场地系数Fa和Fv

根据《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇》的内容及相关公式，可计算以下有关地震参数。

图35.  ASCE7-10抗震设计类别的确定（a）

图36.  ASCE7-10抗震设计类别的确定（b）

图37. 抗弯框架结构体系的地震参数

图38. 估算结构周期的有关参数

根据从严原则，该建筑的抗震设计类别为C类（Refer to ASCE7-10 11.6）。根据表ASCE 7-10表12.2-1中抗弯框架结构体系中，建筑抗震设计C类不受高度限制，该建筑可选择中等延性钢筋混凝土框架或者特殊延性钢筋混凝土框架（NL表示不受限制，NP表示不允许）。在结构体系既可以采用中等延性，又可以采用特殊延性时候，建议采用中等延性，因为中等延性钢筋混凝土框架不需要验算节点核心区，而特殊延性钢筋混凝土框架需要验算节点核心区。中等延性钢筋混凝土框架体系相应的抗震参数为 ( Refer to ASCE7-10  Table 12.2-1 )，（因为抗震设计类别为C类，冗余度可取1.0）。因为建筑的使用安全类别为Ⅱ，所以地震作用重要性系数为1.0( Refer to ASCE7-10  Table 1.5-2 )。因为该结构的抗侧力体系两个方向不正交，所以该建筑需要考虑双向地震作用。( Refer to ASCE7-10 Table 12.8-2 )（注意盈建科美标模块建筑物高度单位为米制单位）。

图39. 沙特吉达项目在盈建科美标模块地震参数的设置

小注：《海外项目系列(Ⅱ)：美标模块之抗震参数篇》全部介绍完毕，在此十分感谢刘建永老师老师的指导与帮助。