2022年版美国荷载标准简介（抗震）
2022年版美国载荷标准ASCE 7-22（Minimum Design Loads and Associated Criteria
《建筑及其他构筑物最低设计荷载及相关规定》正式发布并于年初施行。为方便相关人员使用，现分抗震和风荷载两部分介绍本标准的主要内容及重要修改内容。
首先介绍一下抗震相关的内容。 ASCE 7-22共有29章实质性内容，其中13章与抗震相关。他们是：
11 抗震设计标准 抗震设计标准
12 建筑结构抗震设计要求 建筑抗震设计要求
13 非结构构件的抗震设计要求 非结构构件的抗震设计要求
14 特定材料的抗震设计和详细要求 与材料相关的抗震设计和详细施工要求
15 非建筑结构抗震设计要求 结构抗震设计要求
16 非线性响应历史分析 非线性时间历史分析
17 隔震结构的抗震设计要求 隔震结构的抗震设计要求
18 带阻尼系统结构的抗震设计要求 带阻尼系统结构的抗震设计要求
19 抗震设计中的土-结构相互作用 抗震设计过程中地基与上部结构之间的相互作用
20 抗震设计场地分类程序 抗震设计场地土壤分类方法
21 抗震设计中特定场地的地震动程序 确定特定场地的地震动参数
22 地震地震动和长周期转变图 地震动参数和长周期转变图
23 抗震设计参考资料 抗震设计参考资料
ASCE 7-22 抗震设计目标：
1. 避免因以下三种情况而造成严重伤害和生命损失 避免因以下三种情况而造成严重伤害和生命损失：
a.结构倒塌结构倒塌；
b.非结构部件或系统故障非结构部件或系统损坏；
c. 有害物质的释放 有害物质的释放。
2. 保留疏散通道 保持疏散通道畅通。
3. 避免关键设施丧失基本功能 避免关键设施丧失基本功能。
4. 在可行的情况下减少结构性和非结构性维修成本。在可行的情况下减少结构性和非结构性维修成本。
不同地震类别结构的最大倒塌目标概率如表1所示。
表1
ASCE 7-22 范围：
ASCE 7本身就是一个负载标准。包括恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载的计算，以及龙卷风、海啸、地震等的测定，集荷载与作用于一体，无论是上层的MODEL CODE（IBC还是NFPA 5000），或下一级的各种材料规范（如ACI、AISC等）均采用ASCE 7进行载荷计算和组合。同时，ASCE 7还包括一些与荷载相关的具体规定，特别是抗震性。 ASCE 7不仅适用于建筑，还适用于除核设施、桥梁、水利工程等少数行业外的大多数结构的设计。第12章是建筑物的抗震设计要求，第15章是结构物的抗震设计要求。第15章的详细内容如下：
15 非建筑结构抗震设计要求 结构抗震设计要求
15.1 概述
15.1.1 非建筑结构
15.1.2 设计设计
15.1.3 结构分析程序选择 结构分析方法选择
15.1.4 对垂直地面运动敏感的非建筑结构 对垂直地面运动敏感的结构
15.2 通过非结构构件与其他相邻结构连接的非建筑结构 通过非结构构件互连的结构
15.3 由其他结构支撑的非建筑结构 由其他结构支撑的结构
15.4 结构设计要求 结构设计要求
15.4.1 设计依据
15.4.2 刚性非建筑结构 刚性结构
15.4.3 负载
15.4.4 基本周期 基本周期
15.4.5 漂移限制
15.4.6 P-Delta P-Delta 效应
15.4.7 漂移、偏转和结构分离
15.4.8 位点特定响应谱 位点特定响应谱
15.4.9 混凝土或砖石中的锚 混凝土或砖石中的锚
15.4.10 可液化场地非建筑结构基础的要求
15.4.11 材料要求
15.5 与建筑物类似的非建筑结构 与建筑物类似的结构
15.5.1 概述
15.5.2 管架
15.5.3 存储架
15.5.4 发电设施
15.5.5 储罐和容器的结构塔
15.5.6 码头和码头
15.6 与建筑物不相似的非建筑结构的一般要求
15.6.1 挡土结构 挡土结构
15.6.2 桁架塔、烟囱和烟囱 桁架塔、烟囱和烟囱
15.6.3游乐设施
15.6.4 特殊水工建筑物 特殊水工建筑物
15.6.5 二级安全壳系统 围堰系统
15.6.6 电信塔
15.6.7陆上风力发电机组钢管支撑结构
15.6.8 地面支撑悬臂墙或围栏 地面支撑悬臂墙或围栏
15.6.9 旋转设备和工艺容器或滚筒的钢筋混凝土桌面结构 电力设备和工艺容器的桌面混凝土支撑结构
15.6.10 钢照明系统支撑杆结构 照明用钢杆结构
15.7 储罐和容器 储罐和容器
15.7.1 概述
15.7.2 设计依据
15.7.3 强度和延展性 强度和延展性
15.7.4 管道附件的灵活性 管道连接的灵活性
15.7.5 锚地锚地
15.7.6 地面支撑液体储罐 地面支撑液体储罐
15.7.7 储水和水处理罐和容器 水和水处理罐和容器
15.7.8 储存液体的石化和工业液体储罐和容器石化和工业液体储罐和容器
15.7.9 地面支撑颗粒物料储罐 地面支撑颗粒物料储罐
15.7.10 用于液体和颗粒材料的高位储罐和容器 用于液体和颗粒材料的高位储罐和容器
15.7.11 锅炉和压力容器 锅炉和压力容器
15.7.12 液体和气体球体 液体和气体球罐
15.7.13 冷冻气液储罐和容器
15.7.14 用于液体或蒸气储存的卧式鞍座支撑容器 用于液体或蒸气储存的卧式鞍座支撑容器
建筑物、构筑物的风险等级和抗震设计类别：
每个建筑物和构筑物的作用和功能不同，应根据其重要性、功能和灾后要求划分风险级别，ASCE 7。建筑物和构筑物分为四个级别。一级主要是对人类生命构成风险极低的建筑物、构筑物，如农业温室等。 Ⅲ级主要是对国民经济影响较大、可能造成重大人员伤亡的建筑物、构筑物。就建筑物、构筑物而言，四级建筑物、构筑物是指具有灾后恢复功能、对国家具有重要意义的建筑物、构筑物；二级建筑物、构筑物是指除上述三级以外的大多数其他建筑物、构筑物。在 ASCE 7 中，表 1.5-1 及其描述为每个分类提供了更详细的解释。
建筑物、构筑物风险等级的划分起着非常重要的作用。它不仅有利于确定抗震设计类别，而且在计算地震力时，应根据不同的危险等级，采用不同的重要性系数来调整地震力的大小。 I ，二级结构的重要性系数为1.0，三级结构的重要性系数为1.25，四级结构的重要性系数为1.5。请注意，这与中文规范完全不同。
根据ASCE 7进行抗震设计时，除了划分每个建筑物和构筑物的风险等级外，还必须根据每个建筑物和构筑物的风险等级、地震参数值和场地类别为其分配抗震设计类别（SEISMIC） 。设计类别，SDC）。根据ASCE 7进行抗震设计时钢结构地基基础分类，抗震设计类别非常重要。它关系到结构抗震系统的选择、地震力的计算以及抗震结构。抗震设计类别分为A、B、C、D、E、F六级，从低到高，抗震要求越来越严格。 A级结构除少数结构要求外，不需要抗震设计。其他五类建筑、构筑物的抗震设计类别必须严格按照规范要求进行设计。
地震动加速度和设计反应谱的确定：
基于风险考虑的最大地震反应（MCER）反应谱中使用的加速度参数SS、S1、SMS和SM1并非全部在ASCE 7-22中直接给出，而是可以根据建筑物或结构的位置来确定，风险级别和站点类别是从美国国家地质服务网站地震数据库或 ASCE 7 网站检索的。需要注意的是，SMS和SM1不需要设计者计算，可以直接获得。与之前版本的 ASCE 7 一样，ASCE 7-22 中的 MCER 基本上相当于重现期为 2475 年的地震（50 年超越概率为 2%）。设计加速度 SDS 和 SD1 等于 SMS 和 SM1 乘以 2∕3。一些参考资料中对这个2/3有多种解释，官方的解释是：因为按照MCER设计的结构经过实际地震和实验的检验，具有大约1.5倍设计抗倒塌能力，所以对于SMS和SM1乘以2/3后钢结构地基基础分类，仍然可以满足不塌陷的要求。需要注意的是，适用于ASCE 7的建筑结构中，除液化天然气（LNG）设施等少数结构外，均统一采用SS和S1进行设计。
ASCE 7-22与之前版本最大的变化是在地震反应谱中引入了新的多周期反应谱，直接给出了0.0 s、0.01 s、0.02 s、0.03 s、0.05 s处的周期， 0.075秒、0.1秒、0.15秒、0.2秒、0.25秒、 0.3 s、0.4 s、0.5 s、0.75 s、1.0 s、1.5 s、2.0 s、3.0 s、4.0 s、5.0 s、7.5 s和10 s，共22个周期的加速度值，两个周期之间可使用线性插值。虽然标准中仍然保留了原来的两周期响应谱，但规范规定应优先使用多周期响应谱。此外，ASCE 7-22还增加了新的垂直地震反应谱。当标准要求考虑竖向地震时，可根据该反应谱计算竖向地震效应。图1是从ASCE 7网站获得的美国某地的抗震设计参数和水平地震反应谱。
图1
结构体系及设计系数R、Ω0、Cd的选择：
ASCE 7 中的抗震设计最有用的是表 12.2-1：抗震系统的设计系数和因数。该表包括几乎所有建筑物的抗震结构体系。设计人员可以根据设计结构的抗震设计类别、高度、材料等选择抗震系统，确定设计系数R、Ω0、Cd和抗震结构要求。 R、Ω0、Cd的定义及作用如下：
R（响应修正系数）——地震作用调整系数，又称延性系数，是综合考虑结构延性、材料超强、结构阻尼变化、结构分析误差等因素，以减少地震影响的系数。因为R是除数，所以它的值总是大于1。
Ω0（超强度系数）——超强度系数，是为了增加抗震结构某些关键构件和节点的抗震效果，以保证其安全而采用的系数。
Cd（挠度放大系数）——位移展开系数，将计算出的结构弹性位移展开为设计地震作用下的结构位移。
图 2 显示了它们的相互关系。与中国抗震规范一样，抗震设计除了计算和调整结构地震力和位移外，还需要进行抗震结构设计。表12.2-1第二栏给出了所选结构体系施工要求对应的章节。这将导致ACI 318或AISC 341的具体要求。该标准还对两种不同结构系统水平或垂直组合的结构提供了明确的规定。
图2
ASCE 7-22中引入了一个新术语，即扭转不规则度（TIR），并对平面不规则度和垂直不规则度的判断标准进行了较大修改。详细内容参见规范表12.3。 -1和12.3-2。
地震作用方向及结构分析方法：
地震作用不仅要考虑两个正交的水平地震力，还要考虑垂直地震力，其中垂直地震力必须考虑向上或向下两种情况。 ASCE 7-22 对如何考虑水平地震力进行了重大修改。有两种方法用于不同的情况。一种是单向法，即水平地震力在两个正交方向上各自独立作用。方向，只有当抗震设计类别为B级和某些类别为C级时，才可以使用单向法。另一种方法是双向组合法，即取一个水平方向的100%地震力和30%的水平方向地震力。其他水平方向进行组合。抗震设计类别为C（部分）、D、E、F类的结构必须采用双向组合法。当然也有例外，在某些情况下也可以使用单向方法。
ASCE 7-22推荐了三种结构分析方法，即等效侧向力程序、模态响应谱分析和线性响应历史分析。当然，非线性响应历史分析也可以用于所有结构的抗震分析。需要注意的是，本次修订取消了对等效水平力法使用的一些限制，工程师可以根据结构的具体情况选择合适的分析方法。
结构计算模型及抗震有效重量：
除少数特殊情况外，结构分析应使用 3D 模型。对于混凝土和砖石结构，还必须考虑裂缝对结构刚度的影响。对于钢框架结构，必须考虑节点域变形对结构位移的影响。 ASCE 7与中国地震力计算规范的一大区别是地震有效权重值不同。 ASCE 7与中国代码相同。所有恒荷载均应包含在地震有效重量中，而除非另有规定，一般不包含活荷载。凡与结构无可靠固定连接的家具、设备和人员，不计入抗震有效重量。也就是说，办公、住宅等的楼层活荷载不计入地震力的计算。此次修订明确了正常运行条件下固定在结构上的设备的抗震有效重量应包括正常运行时所有介质的重量。
基础与基础：
确定地震力时，允许假设结构固结在基础顶面上，不考虑基础弹性。这可以大大简化计算，但往往会增加地震力。因此，在进行结构分析时，考虑地基具有一定的弹性是合理的。在确定与地基变形相协调的土体剪切模量G时，考虑到土体性质的不确定性，G应有一个变化范围，上限为G(1+Cvs)，下限为G/( 1 + Cvs) ，Cvs为变异系数，一般取1.0，最小为0.5。 ASCE 7允许在计算地基基础时适当减小上部倾覆力。地基承载力可采用许用应力法或极限承载力法计算。需要注意的是，当抗震设计类别为DF时，桩基础必须考虑水平和竖向群桩效应。当桩距小于8倍桩径时，必须考虑水平群桩效应。当桩距小于3倍桩径时，必须考虑竖向群桩效应。桩群效应。
结构抗震设计：
第15章主要用于结构的抗震设计，但ASCE 7-22在第15章开头明确指出，本章也适用于一些工业建筑，例如用于封闭式工艺机械设备和无人值守的工业建筑。长期以来，炼钢、铝冶炼厂、压缩机厂、泵房、飞机机库等建筑物在正常运行时只能由检修维护人员进入。这些建筑物可以设计为结构物，其抗震要求比建筑物低。可按表15.4-1进行设计。此外，发电厂锅炉房等设施也可采用表15.4-1，大大简化了这些设施的抗震设计要求。
结构的类型有很多种，ASCE 7 将其分为两大类：相似建筑和非相似建筑。类似建筑物有管架、货架、设备架等，其抗震结构体系与建筑物相同。非类似建筑物包括各种储罐、塔、烟囱、筒仓和电力设备。地基、娱乐设施、风力发电机等，也就是说ASCE 7范围内的所有结构都包含在内，其抗震结构体系与建筑物完全不同。除了按照 ASCE 7 进行设计外，许多特殊结构还具有行业特定的设计标准。例如，石化行业有一个常用的标准，即ASCE《石化及其他工业设施的地震评估和设计》。工业设施。作为最低标准，液化天然气设施必须首先满足ASCE 7-22要求，然后根据API 620和NFPA 59A进行抗震设计。此次修订增加了压气机等大型电力设备的台式混凝土支撑结构的抗震设计要求。
抗震性能设计：
除常规设计方法外，ASCE 7-22还允许使用基于性能的方法进行抗震设计，但必须满足以下要求： 1. 必须得到项目现场相关官员的批准； 2、其指标可靠性应符合表2规定；
表2
3、必须由经有关部门认可并具有相关经验的第三方独立审核。
带阻尼（耗能、减震）结构的隔震和抗震设计：
第17章和第18章分别用于隔震结构和阻尼（耗能、减震）结构的抗震设计。 ASCE 7规定任何建筑物都可以采用隔震或阻尼结构。 ASCE 7-22对这两章的修改比较大。隔震结构的主要修改是将结构底部剪力的计算由设计地震改为MCER地震，并采用与之相协调的上下限值的隔震器。计算基于刚度和位移，放宽了使用等效底剪法的限制。更重要的是，它对如何确定隔离器的设计参数提供了更明确的规定。隔震器是隔震结构中最关键的组成部分。其质量、抵抗恶劣环境的能力、抗老化能力、防火性能、维护水平等都影响其功能。在建筑物50年的设计寿命中，取决于可能发生地震时不到1分钟内隔震器的性能！ ASCE 7对隔震阻尼结构的设计审查和产品检验有非常严格的要求。从初步设计开始到详细设计结束，第三方独立评审员必须直接参与。必要时还必须参加隔震器样品的检验。实验对制造商也有非常严格的要求，以确保他们为设计提供的参数与产品性能一致。
关于ASCE 7-22抗震设计的具体内容，感兴趣的朋友应该详细阅读规范原文，同时仔细阅读相关规定。
