1、中美抗震规范的比较与转换,中美抗震规范的比较与转换,设备室：蒋小文 2013年10月,第一部分 地震规范基本概念介绍,中美地震规范 建（构）筑物设防类别（或风险级别） 场地土类别 延性系数 设防目标（包括重现期） 地震分组（震源类型） 周期 地震烈度（地震分区） 地震动参数区划图（地震分区图） 反应谱曲线 地震作用设计方法,第一部分 地震规范基本概念介绍,中美地震规范,第一部分 地震规范基本概念介绍,建（构）筑物设防类别（或风险级别）,* 结论：对于石油化工装置直立设备，在抗震设计时，如采用中国规范，按标准设防类（丙类考虑）；如采用美国规范（无论是UBC，IBC还是ASCE7），重要性系数都取
2、I=1.00 。,第一部分 地震规范基本概念介绍,场地土类别,* 建（构）筑物所在场地的土层软硬程度和覆盖层厚度，对判定场地土类型具有决定性的影响，从而导致建（构）筑物对同一地震烈度下的地震响应有较大差别（不同场地土类别具有不同的特征周期）。,第一部分 地震规范基本概念介绍,场地土类别,* 结论：（1）中美规范中场地土类别的大致对应关系可见下表，方便在地震参数转换时予以考虑； （2）ASCE7中指出“如果场地的土壤特性具体信息不充分，在不能确定场地的级别情况下，都可划分为D类”,第一部分 地震规范基本概念介绍,延性系数,* 结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承 载能力或到达以后而承载
3、能力还没有明显下降期间的变形 能力，即为延性。延性指当地震迫使结构发生较大的非线 性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过 弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志。延性系数也可理解为地震力降低系数。我国规范规定把设 防烈度地震作用降低约3（精确值为2.86） 倍来进行承载 力设计，即设防烈度地震作用反应谱除以地震承载力降低 系数3，而得到设计所用的反应谱。,第一部分 地震规范基本概念介绍,延性系数,* 结论： （1）中国规范没有延性等级的划分，对于所有的结构，折减系数（延性系数）都为2.86； （2）美国规范中对于不同的的结构具有不同延性等级，即折减系数（延性系数）不同，对于
4、石油化工钢制直立设备：UBC中R=2.9，IBC/ASCE7中R=3.0。,第一部分 地震规范基本概念介绍,设防目标（包括重现期）,* 超越概率：在一定时期内（例如50年），工程场地可能遭遇大于或等于给定的地震烈度值或地震动参数值的概率重现期为n ，年发生概率 ，在年限T内，发生地震烈度超过给定地震烈度的概率由上式可得到：,第一部分 地震规范基本概念介绍,设防目标（包括重现期）,第一部分 地震规范基本概念介绍,设防目标（包括重现期）,* 结论： （1）美国UBC规范采用单一水准设防思想，重现期与中国规范基本烈度地震一样，根据其设防目标是为了防止倒塌，则相当于中国规范中的“大震” ；（2）美国A
5、SCE7，IBC采用两水准设防思想，其对应的“设计地震”和“最大考虑地震”重现期与中国规范的基本烈度地震和罕遇地震一样，即相当于中国规范中的“中震”和“大震”。 ,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震分组（震源类型）,* 结论： （1）中国规范有明确的地震分组的概念，在美国UBC规范中也有类似的概念（震源类型）。地震分组适用于中国规范所有的地震场合，而美国UBC规范震源类型只适用于地震分区为4的场合； （2）美国IBC和ASCE7中没有明确的地震分组或震源类型的概念，但其在抗震设计中针对震级和震中距对结构的影响是有所体现（体现在反应谱曲线上）； （3）对于地震分组或震源类型，中美规范不具有可比
6、。,第一部分 地震规范基本概念介绍,周期,第一部分 地震规范基本概念介绍,周期,* 结论： （1）中国规范和美国UBC规范类似，都采用场地土特性与地震分组（对于UBC为地震分区）来确定特征周期； （2）IBC、ASCE7：以区划图的方式给出，类似于GB中的“中国地震动反应谱特征周期区图”。,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震烈度（地震分区）,GB： 震级：指一次地震所释放的能量大小，震级越高释放能量越大。国际通 常采用里氏震级作为度量，里氏震级共有十二级。 地震烈度：一次实际地震只有一个震级，但每次地震在地震影响区域的 不用地点其地面设施和设备破坏程度不尽相同。因此，把某一地区遭受 了地震的
7、工程设施和设备宏观破坏程度称之为地震烈度。目前，地震烈度 是按宏观破坏情况进行评定，并把宏观破坏现象与烈度对应起来形成表 格，即为国际通行的麦卡里烈度表。麦卡里烈度表把地震烈度分为12度 地震基本烈度：地震基本烈度是具有一定发生概率的烈度值，是某一地 区多年地震统计的最高地震烈度（一个概率统计的烈度） 抗震设防烈度：抗震设防烈度是对建（构）筑物的抗震性能的要求，它 不仅和当地的地震基本烈度有关，还和建（构）筑物本身的要求有关。 甲级、乙级、丙、丁级设防烈度是不同的。一般情况下，抗震设防烈 度可采用基本烈度。,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震烈度（地震分区）,GB：GB50011适用于设防烈
8、度为6、7、8、9度地区建（构）筑工程的抗震设计以及隔震、消能减震设计；抗震设防烈度大于9度地区建（构）筑工程以及行业有特殊要求的工业建筑，抗震设计应按有关专门规定执行。,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震烈度（地震分区）,UBC： UBC中将地震分区（类似中国规范中抗震设防烈度），且分为（0）、1、 2A、2B、3、4区，见下表。每个分区对应一地震分区系数Z， Z实际上可 理解为地震加速度的峰值。,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震烈度（地震分区）,ASCE7/IBC： 对于地震设计类别根据建筑物风险类别以及该建筑物所处地的设计地震 下加速度反应谱值 ，分为A、B、C、D、E、F五类。,
9、第一部分 地震规范基本概念介绍,地震烈度（地震分区）,* 结论： （1）根据地震加速度值，GB中的设防烈度与UBC中的地震分区有如下基本对应关系，但不是绝对地能一一对应。,（2）UBC地震分区与IBC地震类别的对应关系,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震动参数区划图（地震分区图）,* 地震动建筑抗震设计规范疑问解答中对地震动的解释 ：,中国规范与美国ASCE7/IBC都提供了地震动的参数区划图，只有提供这些参数，才能依此绘制出用来进行抗震设计的反应谱曲线或地震影响系数曲线。,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震动参数区划图（地震分区图）,* GB中国地震动参数区划图GB18306-2001中
10、给出了两张区划图：中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区划图。 中国地震动峰值加速度区划图 中国地震动反应谱特征周期区划图,* UBC美国UBC规范中没有地震动参数区划图，但提供了一张全美国的地震分区图。 地震分区图 值得提出的是美国UBC规范以附录的形式给出了美国之外的世界各主要城市的地震UBC分区,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震动参数区划图（地震分区图）,* ASCE7/IBCASCE7与IBC的地震动区划图完全一样。ASCE7中的22章详细描述了此规范用到的地震动区划图。 区划图由美国地质调查局USGS(United States Geological Survey
11、)、 建设地震安全委员会抗震设计过程评估组以及美国土木工程师学会地震 分委员会共同完成。 图22-122-6为最大考虑地震动参数和的区划图； 图22-1222-16为长周期过渡周期的区划图； 图22-722-11为B类场地土的最大考虑地震地面运动加速度 峰值区划图（单位g/100）。 美国本土可从软件上查询。或者从美国地质调查局网站在线查询： http:/earthquake.usgs.gov/hazards/apps/gis/ 美国之外的国家或其联邦(海外)领地的地震动参数： https:/geohazards.usgs.gov/secure/designmaps/ww/applicatio
12、n.php,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* GB 地震影响系数最大值 :建（构）物最大加速度绝对值和重力加速度的比值。考虑建（构）物动力放大系数，建（构）物的最大加速度绝对值 ， 为最大地面动加速度。因此， 中国规范中：,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* GBGB中的反应谱曲线是以结构的阻尼比为5%， 建立的，我们称之为标准反应谱（对于某一给定的设计基本地震加速度，共有12条标准反应谱曲线）。反应谱曲线分为上升段、平台段、指数下降段和直线下降段。对于阻尼比不等于5%的结构，对反应谱进行调整。,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* UBC反应谱曲线只有上升
13、段、平台段、指数下降段。,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* ASCE7/IBC,Fa，Fv与场地土类别有关的系数,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* ASCE7/IBC,第一部分 地震规范基本概念介绍,反应谱曲线,* 结论 （1）建立反应谱的基准一样，阻尼比5%，对于石油化工直立设备，按JB/T4710-2005一阶振型的阻尼比为1%3%。（2）反应谱曲线的形状基本一样,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震作用设计方法,* GBGB50011中对于结构抗震计算的方法有:,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震作用设计方法,* UBC结构地震作用计算方法有：静态侧向力计算
14、法和动态侧向力计算法。静态侧向力计算法基底总水平地震力计算公式:,* IBC/ASCE7结构地震作用计算方法有：静态算法（等效侧力法，按12.8）和动态算法（模态分析法，按12.9；线性时程响应法，按16.1；非线性时程响应法，按16.2）。静态算法基底总地震剪力公式：,第一部分 地震规范基本概念介绍,地震作用设计方法,* 结论（1）当都采用静态算法中的底部剪力法时，GB，UBC,IBC/ASCE7规范具有可比较性;(2)石油化工直立设备的抗震设计采用的动态算法中的振型分解反应谱法（JB/T4710),中美规范如何比较？,第二部分 地震参数转换,为什么要转换,整体引进基础设计的国内项目要求,国
15、内项目中引进设备的抗震验算要求,涉外工程的要求,第二部分 地震参数转换,基本假设,* 结论假设对于石油化工装置直立设备，都按规范静态算法中的底部剪力法进行抗震设计（与JB/T4710-2005考虑不同）；且对于直立设备这样的多质点体系，规范的重力载荷如 ， 都以设备的操作重计入。,第二部分 地震参数转换,GBUBC,* 转换原则设备底截面的总水平地震力： 比较可知，由于重力载荷都为设备操作重，因此要使得两个规范计算的设备底截面的总水平地震力相当，则必须使得转换后的（或 ）能够包络住 （或 ）,* 转换参数 GB： 重现期、地震烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组、场地土类别 UBC：重现期、
16、地震分区、震源类型（类似于GB的地震分组）、震中距、场地土类别,* 转换示例GBUBC：以北京为例（GB50011上的参数：抗震设防烈度为8度、设计基本地震加速度为0.2g、设计地震分组为：第一组、II类场地土（标准场地土）转换后UBC参数为：2B区，场地土类别Sd,第二部分 地震参数转换,GBIBC/ASCE7,* 转换原则设备底截面的总水平地震力： 比较可知，由于重力载荷都为设备操作重，因此要使得两个规范计算的设备底截面的总水平地震力相当，则必须使得转换后的（或 ）能够包络住 （或 ）,* 转换参数 GB： 重现期、地震烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组、场地土类别 ASCE7：重现期
17、、 Ss 、 S1 、 TL 、地震设计类别、场地土类别,第二部分 地震参数转换,GBIBC/ASCE7,不同重现期换算GB：以重现期为475年的地震地面运动峰值加速度为基准，其它重现期地震地面运动峰值加速度与之的比值定义为 ，则对应于不同的地震烈度 可见下表：,各重现期地震地面运动峰值加速度比值,第二部分 地震参数转换,GBIBC/ASCE7,不同重现期换算ASCE7/IBC：以50年超越概率为10%（重现期475年）的短周期（0.2秒）谱加速度为基准， 50年超越概率为2%（重现期2475年）的短周期（0.2秒）谱加速度与之的比值定义为 ，则对应于美国不同城市的 见下表（部分城市）：,美国
18、不同城市,第二部分 地震参数转换,GBIBC/ASCE7,GBASCE7/IBC对于给定的某中国城市，地震烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组、场地土类别是一定的，即设计基本地震加速度 （也即基本烈度对应的地面运动峰值加速度），场地土类别，特征周期 确定，则对应的ASCE7/IBC地震动参数由下面式确定：,* 转换示例GBASCE7/IBC：以北京为例（GB50011上的参数：抗震设防烈度为8度、设计基本地震加速度为0.2g、设计地震分组为：第一组、I类场地土）。转换后ASCE7/IBC参数为： 类， ，,第二部分 地震参数转换,GBIBC/ASCE7,ASCE7/IBCGB某对于给定的某美
19、国城市，最大考虑地震下的 、 以及场地土类别是确定的，由此 ， 也确定，则由下式可确定中国规范中的地震动参数：,* 转换示例ASCE7/IBCGB以美国旧金山为例（ 、 ，标准场地土 ，则 ， ）。转换后GB参数为：(III类场地土，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g，设计地震分组为：第二组),第三部分 存在问题与展望,世界其它主要经济体（国家）抗震设计规范,第三部分 存在问题与展望,储罐抗震的设计规范的差异,石油化工装置中的大罐是一类比较特殊的设备：一方面其直径一般都较大，钢材用量大；另一方面其基本都是用来储存易燃、易爆以及易挥发性的油品。因此，大罐的安全抗震设计对于整个装置乃至生命线工程都至关重要，并且如能达到既满足抗震安全，又能经济合理，对节约整个项目投资具有非常重要意义。中国：GB50341-2003立式圆筒钢制焊接油罐设计规范SH/T3026-2005钢制常压立式筒形储罐抗震鉴定标准美国：API650-2012钢制焊接石油储罐API620-2009 大型低压焊接储罐设计与建造了解中国规范与美国规范关于大罐抗震设计相关规定（如设防基准，设计准则，数学模型及参数和计算方法）的差异，对于寰球公司承接国际工程具有重要意义。,谢 谢！,
