新版（第五代）地震區(qū)劃圖將全國(guó)的區(qū)域均劃在地震烈度6度及以上，新版抗規(guī)（gb50011-2010(2016版)）采用6度及以上地區(qū)的建筑均需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的原則，使得中國(guó)全境內(nèi)的建筑需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
中美均為幅員遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多變得國(guó)家，既有處于強(qiáng)震的區(qū)域，也有低烈度的區(qū)域?？拐鹪O(shè)計(jì)，是以結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性的合理組合抵抗地震。一般來(lái)說(shuō)，低烈度區(qū)采取高強(qiáng)度-低延性的策略，高烈度區(qū)采取低強(qiáng)度-高延性的策略。下面我們通過(guò)一個(gè)6度區(qū)的混凝土框架的設(shè)計(jì)，探討一下中美規(guī)范抗震設(shè)計(jì)的異同。一窺見(jiàn)豹，希望通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，使我們對(duì)建筑抗震的實(shí)質(zhì)有新的認(rèn)識(shí)。
如圖1，酒店，塔樓b，8層混凝土框架，高36.5m，位于三亞亞龍灣，6度，0.05g，ⅱ類(lèi)場(chǎng)地。
一、抗規(guī)gb50011-2010（2016版）
按抗規(guī)，該結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)三級(jí)，需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，包括抗震承載力計(jì)算，強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件，梁柱端部箍筋加密，滿足軸壓比限值，最小配筋率、配箍率等抗震計(jì)算要求和抗震措施。如果不滿足抗規(guī)的規(guī)則性要求，還要進(jìn)行超限設(shè)計(jì)及審查。
本工程存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2）、凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù)、尺寸突變（多塔）、局部不規(guī)則（夾層、穿層柱）等超限項(xiàng)，需進(jìn)行超限高層建筑抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位為深圳市院，本人參加了該項(xiàng)目的超限審查。
二、美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)asce/sei 7-16 minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures
20.3 site class definitions 場(chǎng)地類(lèi)別
項(xiàng)目場(chǎng)地等效剪切波速226m/s，按上表，場(chǎng)地類(lèi)別應(yīng)為d類(lèi)。
11.4.4 site coefficients and risk-targeted maximum considered earthquake (mcer) spectral response acceleration parameters 場(chǎng)地系數(shù)和場(chǎng)地mcer
the mcer spectral response acceleration parameters for short periods , adjusted for site class effects, shall be determined by eqs. (11.4-1) and (11.4-2), respectively.
ss = the mapped mcer spectral response acceleration parameter at short periods
s1 = the mapped mcer spectral response acceleration parameter at a period of 1s
2000年前，美標(biāo)采用ubc，將全國(guó)按設(shè)防地面加速度分成0（無(wú)地震）、1（0.075g）、2a（0.15g）、2b(0.2g)、3(0.3g)、4（0.4g）6個(gè)區(qū)，3、4區(qū)為高烈度區(qū)，2區(qū)為中等烈度區(qū)，1區(qū)為低烈度區(qū)。2000年后，美標(biāo)采用ibc，美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)采用大震(2500年一遇)加速度反應(yīng)譜值進(jìn)行地震分區(qū)，包括短周期即平臺(tái)處的譜加速度和1s處的譜加速度s1。
考慮兩規(guī)范的搭接，可認(rèn)為它們的大震參數(shù)相同，地震動(dòng)力放大倍數(shù)可取2.5，ubc設(shè)防地震與大震比值為1/2。
用于設(shè)計(jì)時(shí)，考慮場(chǎng)地系數(shù)fa和fv，由式（11.4-1）和式（11.4-2）得到考慮場(chǎng)地系數(shù)的大震設(shè)計(jì)譜值。
場(chǎng)地系數(shù)fa和fv見(jiàn)表11.4-1和表11.4-2。
where site coefficients fa and fv are defined in tables 11.4-1 and 11.4-2, respectively. where site class d is selected as the default site class per section 11.4.3, the value of fa shall not be less than 1.2.
11.4.5 design spectral acceleration parameters 設(shè)計(jì)加速度譜
design earthquake spectral response acceleration parameters at short periods, and at 1s periods, shall be determined from eqs. (11.4-3) and (11.4-4), respectively.
11.6 seismic design category 抗震設(shè)計(jì)類(lèi)別
all other structures shall be assigned to a seismic design category based on their risk category and the design spectral response acceleration parameters, determined in accordance with section 11.4.5. each building and
structure shall be assigned to the more severe seismic design category in accordance with table 11.6-1 or 11.6-2, irrespective of the fundamental period of vibration of the structure, t.
11.7 design requirements for seismic design category a 抗震設(shè)計(jì)類(lèi)別a設(shè)計(jì)要求
buildings and other structures assigned to seismic design category a need only comply with the requirements of section 1.4.
美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)11.7規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)類(lèi)別a的結(jié)構(gòu)僅需滿足1.4要求。
1.4 general structural integrity 結(jié)構(gòu)完整性
1.4.1 load path connections. all parts of the structure between separation joints shall be interconnected to form a continuous path to the lateral force-resisting system, and the connections shall be capable of transmitting the lateral forces induced by the parts being connected. any smaller portion of the structure shall be tied to the remainder of the structure with elements having the strength to resist a force of not less than 5% of the portion’s weight.
美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)1.4.1規(guī)定：連接按5%自重進(jìn)行承載力計(jì)算。
1.4.2 lateral forces 側(cè)向力
each structure shall be analyzed for the effects of static lateral forces applied independently in each of two orthogonal directions. in each direction, the static lateral forces at all levels shall be applied simultaneously. for purposes of analysis, the force at each level shall be determined using eq. (1.4-1):
美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)1.4.2規(guī)定：取1%層自重作為層側(cè)向力按一個(gè)工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算。
綜上，抗震設(shè)計(jì)類(lèi)別a的結(jié)構(gòu)不需按抗震體系進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，僅需滿足連接考慮5%自重的承載力和層考慮1%自重的側(cè)向力。
12.2 structural system selection 結(jié)構(gòu)體系選擇
美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)表12.2-1規(guī)定：混凝土框架包括高延性框架（smf）、中等延性框架（imf）和低延性框架(omf)。
三種框架應(yīng)進(jìn)行地震組合的承載力計(jì)算，地震力設(shè)計(jì)反應(yīng)譜最大值按式（11.4-3）取值，并除以修正系數(shù)r。
低延性框架僅用于抗震設(shè)計(jì)等級(jí)b（sdc b）的結(jié)構(gòu)，中等延性框架可用于抗震設(shè)計(jì)等級(jí)b、c的結(jié)構(gòu)，高延性框架用于所有抗震設(shè)計(jì)等級(jí)的結(jié)構(gòu)。
18.3 ordinary moment frames(aci318-19)低延性框架
18.4.2 beams 梁
18.4.2.4 at both ends of the beam, hoops shall be provided over a length of at least 2h measured from the face of the supporting member toward midspan. spacing of hoops shall not exceed the smallest of (a) through (d):
(a) d/4
(b) eight times the diameter of the smallest longitudinal bar enclosed
(c) 24 times the diameter of the hoop bar
(d) 12 in.
梁端加密區(qū)箍筋間距不大于300mm（12英寸）。
18.4.3 columns 柱
18.4.3.3 at both ends of the column, hoops shall be provided at spacing so over a length lo measured from the joint face.
spacing so shall not exceed the least of (a) through (c):
(a) for grade 60, the smaller of 8db of the smallest longitudinal bar enclosed and 8 in.
(b) for grade 80, the smaller of 6db of the smallest longitudinal bar enclosed and 6 in.
(c) one-half of the smallest cross-sectional dimension of the column
柱端加密區(qū)箍筋間距不大于150mm（6英寸）。
18.6 beams of special moment frames(aci318-19)高延性框架梁
由表12.2-1可知，sdc b的r為8，即地震力按設(shè)防地震1/8取值。柱抗震計(jì)算超強(qiáng)系數(shù)取3.0。
18.6.4.4 the first hoop shall be located not more than 2 in. from the face of a supporting column. spacing of the hoops shall not exceed the least of (a) through (d):
(a) d/4
(b) 6 in.
梁端加密區(qū)箍筋間距不大于150mm（6英寸）。
18.7 columns of special moment frames(aci318-19)高延性框架柱
強(qiáng)柱弱梁計(jì)算，式（18.7.3.2）中，柱抗彎能力。柱的抗彎能力應(yīng)超過(guò)梁的抗彎能力20%。
18.7.5.3 spacing of transverse reinforcement shall not exceed the least of (a) through (d):
(a) one-fourth of the minimum column dimension
(b) for grade 60, 6db of the smallest longitudinal bar
(c) for grade 80, 5db of the smallest longitudinal bar
(d) so, as calculated by:
the value of so from eq. (18.7.5.3) shall not exceed 6 in.
and need not be taken less than 4 in.
柱端加密區(qū)箍筋間距不大于150mm（6英寸）。
綜上，美標(biāo)將砼框架分為低延性框架（omf）、中等延性框架(imf)、高延性框架(smf)：
1. 三種框架均需按美國(guó)荷載標(biāo)準(zhǔn)11.4.5的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜進(jìn)行抗震承載力計(jì)算，地震反應(yīng)修正系數(shù)分別取3、5、8；
2. 低延性框架其它要求同非抗震結(jié)構(gòu)；
3. 中等延性框架梁、柱端有箍筋加密區(qū)要求；
4. 高延性框架梁、柱端除有更嚴(yán)格的箍筋加密區(qū)要求外，還要滿足強(qiáng)柱弱梁要求。
三、中美規(guī)范抗震設(shè)計(jì)比較
規(guī)范比較是一個(gè)系統(tǒng)工程，但僅為說(shuō)明概念性問(wèn)題時(shí)，可以采用簡(jiǎn)化方法。下面以水平地震影響系數(shù)為基準(zhǔn)對(duì)中美規(guī)范抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，沒(méi)有進(jìn)一步考慮反應(yīng)譜曲線形狀、結(jié)構(gòu)周期影響，荷載分項(xiàng)系數(shù)等?？紤]到6度區(qū)烈度低，這種近似對(duì)說(shuō)明本文的問(wèn)題應(yīng)是能夠滿足的。
美標(biāo)設(shè)計(jì)烈度取2/3大震，反應(yīng)譜最大值為低延性框架、中等延性框架、高延性框架對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)譜最大值（相當(dāng)于抗規(guī)的水平地震影響系數(shù)最大值）分別為0.267/3=0.09、0.267/5=0.05、0.267/8=0.03?？挂?guī)6度的地震影響系數(shù)大震、中震、小震分別為0.28、0.12、0.04。
抗規(guī)小震地震影響系數(shù)為0.04，比美標(biāo)的高延性框架的0.03略高，其延性要求與美標(biāo)高延性框架相當(dāng)；抗規(guī)中震不屈服地震影響系數(shù)是小震的兩倍，為0.08，與美標(biāo)的低延性框架的0.09基本相當(dāng)；抗規(guī)大震地震影響系數(shù)為0.28，與美標(biāo)設(shè)計(jì)烈度的0.267基本一致。
據(jù)此，我們下面以抗規(guī)小震等同于美標(biāo)高延性框架，中震不屈服等同于美標(biāo)低延性框架，大震彈塑性時(shí)程等同于美標(biāo)設(shè)計(jì)地震，對(duì)中美規(guī)范抗震進(jìn)行比較。
0. 抗規(guī)性能目標(biāo)
7.2.2 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)
1. 抗規(guī)小震設(shè)計(jì)
層間位移角：地震，1/1997；風(fēng)，1/1282；均滿足1/550限值要求。
按抗規(guī)設(shè)計(jì)，地震或風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的層間位移角都很小，相對(duì)于風(fēng)載，地震不控制。
2. 抗規(guī)中震設(shè)計(jì)
以小震設(shè)計(jì)配筋，按性能目標(biāo)進(jìn)行中震驗(yàn)算，結(jié)果為：
框架柱縱筋滿足中震不屈服，箍筋滿足中震彈性。
框架梁縱筋按小震設(shè)計(jì)，箍筋滿足中震不屈服。
綜上，該結(jié)構(gòu)基本達(dá)到中震不屈服水準(zhǔn)。
3. 抗規(guī)大震彈塑性時(shí)程分析
層間位移角：1/109，滿足1/50限值要求。
基本相當(dāng)于io階段。
結(jié)構(gòu)在大震下基本處于彈性狀態(tài)，滿足大震不屈服要求。
4. 對(duì)比分析
按前面分析，抗規(guī)小震設(shè)計(jì)滿足了中震不屈服驗(yàn)算，就達(dá)到了美標(biāo)低延性框架的要求，即對(duì)于該混凝土框架，即可設(shè)計(jì)成抗規(guī)等同于美標(biāo)的高延性框架，也可以設(shè)計(jì)成美標(biāo)的低延性框架。設(shè)計(jì)成后者的好處是在不增加梁柱縱筋和箍筋的情況下，可不采用梁柱端箍筋加密等一系列抗震構(gòu)造措施，而只需按非抗震進(jìn)行構(gòu)造即可達(dá)到本項(xiàng)目的抗震目的。
5. 結(jié)論
1） 混凝土框架，美標(biāo)可采用低延性、中等延性、高延性三種框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗規(guī)采用相當(dāng)于美標(biāo)的高延性框架進(jìn)行設(shè)計(jì)；
2） 高烈度區(qū)，應(yīng)用高延性-低承載力設(shè)計(jì)理念，宜采用高延性框架進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；低烈度區(qū)，應(yīng)用低延性-高承載力設(shè)計(jì)理念，宜采用低延性框架進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；
3） 抗規(guī)僅采用延性框架進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，在低烈度區(qū)可能會(huì)造成構(gòu)造措施的過(guò)度采用；
4） 本項(xiàng)目位于6度區(qū)，ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，大震彈塑性時(shí)程分析表明結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)，可按彈性設(shè)計(jì)，而不必采用抗震構(gòu)造措施。
附：抗震等級(jí)解析
由前面的討論可知，對(duì)于砼框架結(jié)構(gòu)，抗規(guī)的設(shè)計(jì)方法等同于美標(biāo)的高延性框架（smf），這類(lèi)框架的抗震設(shè)計(jì)遵循能力設(shè)計(jì)原理，最重要的一個(gè)指標(biāo)是強(qiáng)柱弱梁，即通過(guò)梁的塑性耗能達(dá)到吸收地震能量的目的，通過(guò)強(qiáng)柱弱梁保證結(jié)構(gòu)大震不倒。下面我們對(duì)中美的強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比分析。
美標(biāo)的強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，基于aci318-19第18.7.3.2條。
式（18.7.3.2）為抗彎能力計(jì)算公式，其含義為按實(shí)配鋼筋計(jì)算的柱的抗彎能力不小于梁的抗彎能力的1.2倍。這個(gè)實(shí)際超過(guò)的0.2倍的抗彎能力為柱在梁端截面屈服后保持在彈性范圍留出了余地。
再看抗規(guī)(gb50011-2010(2016版))，第6.2.2條強(qiáng)柱弱梁計(jì)算公式。
抗規(guī)式（6.2.2-2）與美標(biāo)式（18.7.3.2）一致，不同之處為式（6.2.2-2）柱的彎矩為計(jì)算值，但兩式的結(jié)果是一樣的?？挂?guī)將此式應(yīng)用于一級(jí)框架，保證了該類(lèi)結(jié)構(gòu)強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于其它抗震等級(jí)，抗規(guī)按式（6.2.2-1）進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁計(jì)算。該式為抗彎需求計(jì)算公式，梁的彎矩為內(nèi)力而不是承載力，它以一個(gè)超強(qiáng)系數(shù)6擬達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的目的。嚴(yán)格的講，由于計(jì)算值和實(shí)配鋼筋的差異，式（6.2.2-1）和（6.2.2-2）沒(méi)有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。考慮到在構(gòu)建超強(qiáng)系數(shù)時(shí)規(guī)范力圖使一、二級(jí)情況下兩式等同，那么必然得到下面的推論：對(duì)于三、四級(jí)框架，值偏小，不能保證強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)。
表6.1.2為抗規(guī)的框架抗震等級(jí)分類(lèi)。可以看出，三、四級(jí)框架對(duì)應(yīng)著低烈度6、7度區(qū)。根據(jù)前面的討論，6度區(qū)地震通常不起控制作用，因而7度區(qū)的砼框架是目前抗規(guī)的洼地。如果取一、二級(jí)的平均值1.6與三級(jí)的1.3作比較，前者按20%超強(qiáng)考慮，則后者的超強(qiáng)為（1.2-1.6/1.3）=0，即7度區(qū)的三級(jí)框架完全沒(méi)有實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。
明知三、四級(jí)框架做不出強(qiáng)柱弱梁，規(guī)范為什么這樣作呢（其實(shí)我就此問(wèn)題問(wèn)過(guò)抗規(guī)的前輩），或者說(shuō)規(guī)范的用意如何呢？這還是要回到30年前89規(guī)范的年代，以當(dāng)時(shí)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平，采取這種抓大放小的處理方法是可以理解的，這就好像乙類(lèi)建筑只加強(qiáng)構(gòu)造措施不提高地震力的做法如出一轍。然而，目前中國(guó)國(guó)力已有長(zhǎng)足的提升，強(qiáng)柱弱梁的計(jì)算方法也應(yīng)回到正確的軌道上來(lái)。修改的方法很簡(jiǎn)單，取消抗震等級(jí)（國(guó)外規(guī)范沒(méi)有抗震等級(jí)），按公式（6.2.2-2）進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算。
寫(xiě)到這，大家突然發(fā)現(xiàn)：
1. 不僅是強(qiáng)柱弱梁計(jì)算公式，抗規(guī)所有具有“強(qiáng)弱”含義的能力設(shè)計(jì)法計(jì)算公式，包括強(qiáng)剪弱彎（6.2.4-1）、（6.2.5-1）、（6.2.8-1）、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件（d.1.1-1）的公式，都存在這一共性問(wèn)題。而取消抗震等級(jí)，恢復(fù)“強(qiáng)弱”計(jì)算公式的本來(lái)面目，是解決這一問(wèn)題的必由之路；
2. 抗震等級(jí)概念，作為極具中國(guó)特色的抗震理念，保證了建筑工程最基本的抗震能力。伴隨著過(guò)去30年中國(guó)走過(guò)溫飽階段的重要發(fā)展歷程，抗震等級(jí)作為抗規(guī)最重要的概念沒(méi)有之一，為建筑工程的地震安全性起到了保駕護(hù)航的作用。隨著中國(guó)國(guó)力的提升，走入小康水平發(fā)展快車(chē)道，抗震設(shè)計(jì)思想也要接軌，抗震設(shè)計(jì)方法也要回歸。能力設(shè)計(jì)法，能力要夠！
革命尚未成功，同志仍需努力。