本课题比较研究的主要对象是,我国GB50011-2001建筑抗震设计规范与美国IBC2000、UBC97、ASCE7-95规范,包括基本抗震设计方法、地震作用计算、混凝土结构的抗震措施等内容;部分内容参考了我国GB50010-2002混凝土规范、JGJ 3-2002高层混凝土结构规范、GB50009-2001荷载规范,以及美国NEHRP1997抗震条款、NEHRP2003抗震条款、ACI-318 99混凝土结构规范等。 几十年来,先后诞生了拟静力方法、反应谱方法、时程分析方法、基于性能的设计方法等抗震设计方法。当前中美规范的抗震设计内容主要以反应谱理论为基础,特别是弹塑性反应谱理论,规范都纳入了其地震作用—延性双重控制的原则。 在阐释抗震设计理论发展过程的基础上——特别对弹塑性反应谱理论与当前各国抗震规范的关系进行了阐述,本文详细比较分析了中美两国抗震规范的以下内容: 首先,比较两国抗震规范的设防目标。中国规范有着明确基于概率风险分析的分层次设防目标;美国规范也有相类似的规定。抗震设防目标的一致是进行抗震设计比较的基础。 之后对中美当前抗震规范的抗震原则、基本设计方法进行比较。虽然同是以反应谱理论作为基础,但中国抗震规范通过引入“频遇地震”概念,使抗震设计时,地震作用计算与抗震措施二者相对独立。这点与美国抗震规范区别较大,美国规范根据不同结构延性等级的抗震措施,允许对地震作用计算值进行不同程度的折减。相对而言,中国规范的处理方法更加方便统一,便于设计人员使用,出错的可能也较小;而美国规范的处理方法更加贴近弹塑性反应谱理论,具有一定灵活性。这部分内容是其它后续内容比较分析的基础。 中美抗震规范都通过地震风险性区划来反映两国的地震环境,本文比较了两国划分地震风险性区划的指标与方法,从中也可看出其中的历史沿革与变化趋势。在此基础上,对中美两国地震风险性指标进行了统一。 地震环境的另一重要方面是地震小区划,亦即建筑物所在场地的影响,对这方面的比较分析,包括场地划分的方法及其相互关系,场地的影响,对不利场地类型的判别与采取措施。 以上两方面属于外部地震环境评价,在对两国规范的上述内容进行统一的基础上,比较规范所考虑的弹性反应谱,反映在相同地震环境下,两国规范所考虑地震动力特性。 从结构自身的角度讲,影响地震作用的主要有结构体系类型、材料、规则性、质量特性等等,各规范从不同方面加以考虑,对此进行了比较分析。 在上述内容的基础上,进行两国规范地震作用计算方法的比较分析。包括计算方法的选择,简化方法(基底剪力法),动力方法(振型分解法与时程分析)等。比较各规范所取动力分析模型(质量与刚度模型)、计算过程的差异,以及这种差异对计算结果的影响。 对简化方法(基底剪力法),单独比较分析结构基本周期的确定方法、基底剪力系数、基底剪力的竖向分配、对扭转效应的考虑等内容;对振型分解反应谱法,单独比较分析所取振型数的要求。 同时比较分析了竖向地震作用计算、多方向地震作用、结构位移控制、P—△效应计算、地震效应组合等内容。 在两国规范中,都通过抗震措施保障结构的延性性能,以保证在强烈地震下不发生严重破坏。这些措施包括对结构整体的要求,如限高等;控制结构屈服形态的措施,如“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等;最小配筋率、箍筋加密区要求等其它构造措施。本文比较分析各规范对混凝土结构所采取措施。由于中美抗震设计方法的差异,美国规范允许对地震作用进行更多的折减,相应的,对结构延性的要求也有所差异。