6度区抗震设计 新版(第五代)地震区划图将全国的区域均划在地震烈度6度及以上，新版抗规GB50011-2010(2016版)采用6度及以上地区的建筑均需进行抗震设计的原则，使得中国全境内的建筑需进行抗震设计。 中美均为幅员辽阔、地质情况复杂多变的国家，既有处于强震的区域，也有低烈度的区域。抗震设计，是以结构及构件的承载力和延性的合理组合抵抗地震。一般来说，低烈度区采取高强度-低延性的策略，高烈度区采取低强度-高延性的策略。下面这个处于6度区的项目，分别按混凝土框架和钢框架进行了两次设计。这里我们引入美国规范对该项目的设计进行对比分析，以此来探讨中美规范抗震设计的异同。一窥见豹，希望通过这个简单的项目，使我们对建筑抗震的实质有新的认识。
6度区抗震设计
图1
一、抗规GB50011-2010(2016版)
项目场地等效剪切波速226m/s，按上表，场地类别应为D类。
11.4.4场地系数和大震谱
11.4.5 设计加速度谱
美国荷载标准11.4.5规定：设计地震加速度反应??????和 ????1取大震的2/3，按式(11.4-3)、(11.4-4)取值。对于该项目， ?? ???? =2/3 ?? ???? =2/3×0.4=0.267。
美国荷载标准11.6规定：结构抗震设计类别依据设计地震加速度反应谱SDS和SD1确定。本项目功能为酒店，安全等级为Ⅱ类，由表11.6-1得到抗震设计分类为B。
12.2 结构体系选择
美国荷载标准表12.2-1规定：混凝土框架包括高延性框架(5.SMF)、中等延性框架(6.IMF)和低延性框架(7.OMF);钢结构框架包括高延性框架(1.SMF)、中等延性框架(3.IMF)和低延性框架(4.OMF)。
由表12.2-1可知，低延性框架的R为3，即地震力按设防地震1/3取值。柱抗震计算超强系数?? 0 取 3.0。
由表12.2-1可知，中等延性框架的R为5，即地震力按设防地震1/5取值。柱抗震计算超强系数 ?? 0 取3.0。
梁端加密区箍筋间距不大于300mm。
柱端加密区箍筋间距不大于150mm。
由表12.2-1可知，高延性框架的R为8，即地震力按设防地震1/8取值。柱抗震计算超强系数 ?? 0 取3.0。
梁端加密区箍筋间距不大于150mm。
强柱弱梁计算，式(18.7.3.2)中，??????为梁抗弯能力，??????为柱抗弯能力。柱的抗弯能力应超过梁的抗弯能力20%。
柱端加密区箍筋间距不大于150mm。
综上，美标将砼框架分为低延性框架(OMF)、中等延性框架(IMF)、高延性框架(SMF)：
由表12.2-1可知，低延性框架的R为3.5，即地震力按设防地震1/3.5取值。柱抗震计算超强系数 ?? 0 取3.0。
梁柱截面板件宽厚比按非抗震，相当于17钢标的S4级。
由表12.2-1可知，中等延性框架的R为4.5，即地震力按设防地震1/4.5取值。柱抗震计算超强系数?? 0 取3.0。梁柱截面板件宽厚比应满足D1对于中等延性的要求，对于工字形梁翼缘的此值为11(取 ????=1.1），相当于 )，相当于17钢标S2截面。
梁柱连接应能适应1/50层间位移角的变形能力。
由表12.2-1可知，高延性框架的R为8，即地震力按设防地震1/8取值。柱抗震计算超强系数 ?? 0 取3.0。梁柱截面板件宽厚比应满足D1对于高延性的要求，对于工字形梁翼缘的此值为9(取 ???? =1.1） ，相当于17钢标S1截面。
梁柱连接应能适应1/25层间位移角的变形能力。
强柱弱梁要求：
梁柱节点域要求：
综上，美标将钢框架分为低延性框架(OMF)、中等延性框架(IMF)、高延性框架(SMF)：
规范比较是一个系统工程，但仅为说明概念性问题时，可以采用简化方法。下面以水平地震影响系数为基准对中美规范抗震设计进行比较，没有进一步考虑反应谱曲线形状、结构周期影响，荷载分项系数等。考虑到6度区烈度低，这种近似对说明本文的问题应是能够满足的。
美标设计烈度取2/3大震，反应谱最大值为SDS=2/3SMS=2/3×0.4=0.267，混凝土低延性框架、中等延性框架、高延性框架对应的设计谱最大值(相当于抗规的水平地震影响系数最大值)分别为0.267/3=0.09、0.267/5=0.05、0.267/8=0.03;钢低延性框架、中等延性框架、高延性框架对应的设计谱最大值分别为0.267/3.5=0.08、0.267/4.5=0.06、0.267/8=0.03。抗规6度的地震影响系数大震、中震、小震分别为0.28、0.12、0.04。
抗规小震地震影响系数为0.04，比美标的高延性框架的0.03略高，其延性要求与美标高延性框架相当;抗规中震不屈服地震影响系数是小震的两倍，为0.08，与美标的低延性框架的0.09(混凝土)和0.08(钢结构)基本相当;抗规大震地震影响系数为0.28，与美标设计烈度的0.267基本一致。
据此，我们下面以抗规小震等同于美标高延性框架，中震不屈服等同于美标低延性框架，大震弹塑性时程等同于美标设计地震，应用中美规范对该项目的抗震设计进行比较研究。
按抗规设计，地震或风作用下结构的层间位移角都很小，相对于风载，地震不控制。
以小震设计配筋，按性能目标进行中震验算，结果为：
框架柱纵筋满足中震不屈服，箍筋满足中震弹性。
框架梁纵筋按小震设计，箍筋满足中震不屈服。
综上，该结构基本达到中震不屈服水准。
层间位移角：1/109，满足1/50限值要求。
框架柱：中度损伤，砼受压区，????=0.2，??/????=0.2; 框架梁：
中度损伤，受拉钢筋， ，基本相当于IO阶段。
结构在大震下基本处于弹性状态，满足大震不屈服要求。
按前面分析，抗规小震设计满足了中震不屈服验算，就达到了美标低延性框架的要求，即对于该混凝土框架，即可设计成抗规等同于美标的高延性框架，也可以设计成美标的低延性框架。设计成后者的好处是在不增加梁柱纵筋和箍筋的情况下，可不采用梁柱端箍筋加密等一系列抗震构造措施，而只需按非抗震进行构造即可达到本项目的抗震目的。
抗规小震设计
层间位移角：地震，1/907;风，1/401;均满足1/300限值要求。 按抗规设计，地震或风作用下结构的层间位移角都很小，相对于风载，地震不控制。 -
抗规中震设计 按性能目标进行中震验算，结果为： 框架柱中震不屈服。 框架梁中震大部分不屈服，个别杆件轻微损坏。 综上，该结构基本达到中震不屈服水准。 -
抗规大震弹塑性时程分析
大震时程三条波最大层间位移角为1/124，满足1/50限值要求。
大部分框架柱无损伤，关键构件均在轻度损伤以内处于IO阶段;大部分框架梁无损伤，个别框架梁处于轻微损坏或轻度损伤处于IO阶段。
结构在大震下基本处于弹性状态，满足大震不屈服要求。
按前面分析，抗规小震设计满足了中震不屈服验算，就达到了美标低延性框架的要求，即对于该钢框架，即可设计成抗规等同于美标的高延性框架，也可以设计成美标的低延性框架。设计成后者的好处是梁柱截面板件宽厚比可取非抗震的S4弹性截面。
1)钢框架，美标可采用低延性、中等延性、高延性三种框架进行设计，抗规采用相当于美标的高延性框架进行设计;
2)高烈度区，应用高延性-低承载力设计理念，宜采用高延性框架进行抗震设计;低烈度区，应用低延性-高承载力设计理念，宜采用低延性框架进行抗震设计;
3)抗规仅采用延性框架进行抗震设计，在低烈度区可能会造成构造措施的过度采用;
4)本项目位于6度区，Ⅱ类场地，大震弹塑性时程分析表明结构基本处于弹性状态，可按弹性设计，而不必采用抗震构造措施。
本6度区、Ⅱ类场地项目，承载力设计与小震相比风荷载组合是控制工况，可采用高承载力-低延性的方法进行抗震设计。对于混凝土框架和钢框架，均可以设计成弹性结构而无需过多采用抗震构造措施，比如混凝土框架无需梁柱端箍筋加密，钢框架梁柱截面板件宽厚比可按非抗震情况取值。这些做将节省掉因抗震措施而增加的钢筋和钢材用量，并使施工变得简单方便。
