1概述

钢筋混凝土结构抗震设计是一门非常复杂的学科。世界上许多国家和组织致力于地震反应和结构设计的研究。每次地震都会给人类带来新的教训，人类会根据这些教训不断地完善规范要求。

地震产生的水平和竖向地面运动会引起起结构底部的振动。由于结构上部的运动受到结构质量（惯性）的阻力，地面振动在结构中产生变形，这些变形在结构中产生内力。地震运动在结构上产生地震荷载，这些荷载可以是水平的，也可以是竖向的，并且可以使结构构件受到轴力、弯矩和剪力的影响，其大小决定于结构的许多特性，例如质量、刚度、延性以及振动周期。本文从规范应用的角度探讨了钢筋混凝土结构的抗震设计、设计地震荷载的计算，以及构件的构造要求。

钢筋混凝土结构的抗震设计根据ACI318的一般设计规定以及第18章的抗震设计规定进行。根据ACI318的规定，钢筋混凝土结构的抗震目标为地震作用下结构不致发生倒塌。一般来说，地震的大小跟地面运动的加速度、速度和位移有关。抗震设计荷载根据《建筑物和其他结构的最小设计荷载》（ASCE/SEI）确定。根据该规范规定，混凝土结构可承担的设计地震大小与结构的抗震设计等级（SDC）有关，抗震设计等级与建筑所在地理位置及其场地类别相关。当结构的抗震设计等级SDC为 A类时，结构仅满足ACI318的一般设计规定即可；随着抗震等级的增高SDC（B、C、D、E或F），结构的抗震要求越来越高，而且必须满足ACI318第18章的相关要求。ACI318第18章的要求基于钢筋混凝土结构非弹性响应的假设，非弹性行为以钢筋屈服为特征。结构构件的钢筋屈服可以耗散地震产生一些能量，使地震时在这些构件中产生的内力小于结构弹性响应时的内力。下面根据ASCE7-16的规定和ACI318-19第18章的构件设计和构造要求，讨论美国标准地震设计的基本步骤。

2最大考虑地震

美国西海岸等地震危险性高的地区，地震风险最高。美国大部分地区都有一定程度的地震风险。

ASCE 7-16的很大一部分篇幅用力于确定地震设计荷载，该地震荷载通过“最大考虑地震”（MCE）得到，这是2500年发生一次的罕遇地震。MCE级地震的大小用谱响应加速度参数SS和S1来表述，其值在ASCE7提供的等高线图中给出，也可从美国地质服务局（USGS）网（www.USGS.gov）下载。参数SS是衡量MCE在较短周期（0.2秒）内对结构影响程度的指标，参数S1是测量MCE在较长周期（1秒）内对结构影响程度的指标，这些被称为谱响应参数，其值可在ASCE/SEI图22-1至22-19中查得。如果S1小于或等于0.04，SS小于或等于0.15，则结构抗震等级为SDCA，S1和SS的较高值对应于相对较高的抗震设计等级。SS和S1是重力加速度的比率，在南加州的部分地区，SS的值可能是1.0（重力加速度的100%），而在中西部的部分地区，SS的值可能只有几个百分点。

3场地类别

反应谱响应参数根据结构所在的场地类别进行修正。根据ASCE/SEI7第20.3节和表20.3-1，场地被划分为A级至F级类别，其深度按场地上部的100英尺。最低的场地类别为A类（硬岩），其抗震设计荷载最低，较高的场地类别会产生较高的抗震设计载荷载。如果无法获得场地类别数据，ASCE/SEI7允许注册设计专业人员编制调查报告，根据已知地质条件估算场地类别。如果不充分了解场地特性，除有关部门或岩土工程数据可确定为E或F类的场地外，场地类别为D类。一旦确定定了场地类别，则分别使用表3.1和如上所述的S_S和S₁值确定短周期和长周期对应的场地系数F_a和Fv。

MCE谱响应加速度和设计响应加速度

短周期和长周期（1-s）的MCE谱响应加速度（与设计荷载有关）S_MS、S_M1由每个谱响应加速度参数（S_S和S₁）乘以其相应的场地系数得到：

                                                                                  (ASCE/SEI 式 11.4-1)

                                                                                  (ASCE/SEI 式 11.4-2)

表3.1最大考虑地震谱响应加速度参数

注：S_S中间值采用直线插值

表3.2最大考虑地震谱响应加速度参数

注：S1中间值采用直线插值。

S_S、S₁（场地E级）的场地系数最大值分别为2.5、3.5。如果工程师为了节约勘察场地类别的费用而采用默认的场地类别D，则抗震设计荷载会显著增加。

设计地震荷载根据设计地震（小于最大考虑地震的严重程度，认为每500年才发生一次）确定。设计谱加速度参数S_DS和S_D1为S_MS和S_M1的值乘以2/3：