ASCE/SEI 7规定的体系

钢结构抗震体系SFRS通常分为三个预期非弹性响应能力水平，根据体系统预期提供的延性水平，分为普通、中等或特殊。被指定为普通的体系的设计和构造提供有限的延性，并且构造要求不像那些被分类为中间或特殊的体严格。在某些情况下，根据适用的建筑规范，SFRS可被归类为“未特殊构造的抗震结构”。每种分类都有以下抗震性能因素：

•反应修正系数，R

•超强系数，Ωo

•变形放大系数，Cd

当组合使用时，这些因素定量地概述了SFRS的预期性能。影响性能的其他因素有重要系数I_e、冗余系数ρ。这些因素将在下面讨论。

对于ASCE/SEI 7表12.2-1中规定的结构，必须设计满足AISC抗震规定。对于钢结构，这通常用于SDC D和更高的地方，其R大于3。然在某些情况下，一个小于3的R体系，仍需满足AISC抗震规定。

R大于3的体系用于设计满足AISC抗震规定和AISC规范要求的建筑物。在计算抗震基底剪力时使用大于3的R需要使用抗震设计的构造体系，该体系能够提供与设计中选择的R值相称的延性水平。这种延性水平是通过适当的材料和截面选择、SFR消能构件使用低宽厚比构件、节点构造以抵抗与系统非弹性承载力相关的力和变形实现，以及在大地震中预期的大变形下提供系统侧向稳定性。考虑以下三个例子：

1特殊同心支撑框架（SCBF）系统如图1-3所示，SCBF体系通常为通过支撑的拉伸屈服和/或压缩屈曲进行能量耗散。周围的柱、梁以及这些构件之间的相关连接件必须成比例，以便在它们经受这些变形时保持基本的弹性。

2偏心支撑框架（EBF）体系统如图1-4所示，EBF系统通常为通过连杆中的剪切和/或弯曲屈服而产生能量耗散。当连接件发生非弹性变形时，连接件、支撑和柱外部的梁必须按比例保持基本弹性。

图 1-3 延性支撑框架

3特殊抗弯框架（SMF）体系如图1-5所示，SMF系统通常为，在梁与柱的连接附近，但在梁与柱的连接外部，通过梁弯曲屈服来进行能量耗散。梁与柱的连接以及柱本身必须成比例，以保持基本的弹性，因为梁受到非弹性变形的影响。

图 1-4 延性偏心支撑框架

图 1-5 延性抗弯框架

抗震性能系数

反应修正系数R

抗震设计类别与SFRS类型一起用于确定结构所需的最低非弹性、延性响应水平。相应的预期系统行为以R系数的进行确定，R系数是应用于侧向力的反应修正系数，用于调整考虑非弹性响应能力的结构所需的侧向强度。

反应修正系数R考虑了结构的延性和超强。该系数位于用于计算结构抗震基底剪力方程的分母中，因此，较高的R值对应于减少的抗震设计力。这些抗震设计力与弹性设计模型一起使用，确认延性和超强度对SFRS整体抗力的好处。设计R值较大的结构必须具有在设计水平震动期间承受较大非弹性变形要求的能力。设计R接近1.0的结构预计将经历设计震动，同时保持基本弹性。图1-6显示了R和设计水平力之间的关系，以及结构系统的相应侧向变形（FEMA，2015）。

图1-6.R与设计荷载水平及侧向变形的关系

影响反应修正系数大小的因素包括重力荷载抵抗体系对SFRS构件失效的脆弱性、系统可达到的非弹性变形的水平和可靠性，以及潜在的备用框架抗力，如双重框架体系提供的抗力。如图1-6所示，为了使体系利用更高的R值，系统的其他构件必须具有足够的强度和变形能力，以在最大侧向变形水平下保持稳定。如果无法实现体系冗余和超强，则应在结构设计和构造采用较低的R值。所有结构系统的R值见ASCE/SEI 7表12.2-1。

R=3的应用

对于ASCE/SEI 7中规定的SDC 为B和C的结构，工程师可选择仅使用AISC规范来设计和构造。此时（R值为3）具有与传统钢框架相关的延性，但并未针对高抗震性进行详细说明。然而，值得注意的是，即使不是专门为抗震设计或构造的钢结构也具有一定的抗震能力，这可能足以满足有限的抗震需求。

工程师选择设计满足AISC规范R=3的结构时，通常比按照AISC抗震规定设计的相同结构更具成本效益。采用更高的R值。额外制造，达到与较高R相称的高延展性所需的安装和检验成本超过R=3系统所需的额外费用。

R=3选项通常不适用于钢–混凝土组合系统。

变形放大系数，Cd

在减小侧向力下计算的弹性层间位移乘以变形放大系数Cd，以更好地估计设计地震地面运动可能导致的总层间位移。这些放大的层间位移用于验算是否符合允许的层间位移，确定相邻结构之间的间距，并确定不属于SFRS的结构构件和非结构构件的抗震要求。

超强与极限地震荷载效应

大多数SFRS通过结构中不同水平的非弹性反应来耗散地震能量。AISC抗震规定中的抗震体系指定了通过延性非弹性反应和保持基本弹性的构件来耗散大部分能量的构件。ASCE/SEI 7中的某些荷载组合和AISC抗震规定中规定了超强地震荷载Emh，用于设计抗震体系统中保持基本弹性的构件。超强地震荷载包含了ASCE/SEI7规定的放大（超强）系数，Ωo，适用于每个给定体系。ASCE/SEI 7和AISC地震规定引入了一个新术语，即能力限制地震荷载Ecl，该术语明确了与体系统指定屈服构件的最大预期能力相关的横向地震荷载水平。ASCE/SEI 7提供了具体方向，以确定何时考虑这些提升地震力水平。极限地震荷载Ecl代表SFRS水平地震荷载的上限，因此Emh不必超过Ecl。这些特殊的地震荷载组合，包括Ecl或Emh，都是针对非弹性行为可能导致系统性能不佳的构件或连接采用的。这些构素的失效可能导致不可接受的行为，因此，通过应用超强系数，可以防止出现较大的非弹性变形。

需要特殊地震荷载组合的构件和连接件，包括ASCE/SEI 7中的超强或能力限制水平地震荷载效应，包括以下内容：

1支撑不连续墙或框架的构件（第12.3.3.3节）

2 SDC至F结构用传力杆（第12.10.2.1节）

3斜桩（第12.13.8.4节）

4桩的锚固（第12.13.8.5节）

5桩拼接（第12.13.8.6节）

在AISC抗震规定中，使用术语“超强地震荷载”来说明超强系数Ωo的应用。超强地震荷载是指使用ASCE/SEI 7荷载组合，包括Ωo。当规定了超强地震荷载时，Emh可以基于超强系数Ωo，或等于能力限制地震荷载Ecl。在某些情况下，必须使用限容地震荷载，在这种情况下，在ASCE/SEI7中的特殊地震荷载组合中，限容水平地震荷载效应Ecl代替Emh。详见AISC抗震规定第B2节。