淺談設(shè)計反應(yīng)譜特征周期影響因素的研究現(xiàn)狀

摘要：設(shè)計反應(yīng)譜是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的依據(jù)，標(biāo)定方法及其參數(shù)決定了設(shè)計反應(yīng)譜的形狀和抗震設(shè)計參數(shù)的取值，對確定結(jié)構(gòu)的地震動輸入和抗震設(shè)計至關(guān)重要。本文簡要介紹了設(shè)計反應(yīng)譜的特征參數(shù)，評述近年來各學(xué)者對特征周期研究的進(jìn)展，分析設(shè)計反應(yīng)譜特征周期的影響因素并討論各因素對其的影響程度，對設(shè)計反應(yīng)譜特征周期的確定、震級和震中距分組范圍的合理性以及適用性等問題進(jìn)行討論。研究結(jié)果對特征周期合理取值的研究具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：設(shè)計反應(yīng)譜;特征周期;衰減指數(shù);影響因素

設(shè)計反應(yīng)譜是經(jīng)過標(biāo)定后用于抗震設(shè)計的反應(yīng)譜，設(shè)計反應(yīng)譜的特征參數(shù)是指決定反應(yīng)譜形狀及其數(shù)值大小的參數(shù)，如平臺值、特征周期和衰減指數(shù)等。我國 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱 16 版規(guī)范）規(guī)定設(shè)計反應(yīng)譜特征周期考慮基本烈度、場地條件、震級、震中距的影響。大量學(xué)者對實際的強(qiáng)震記錄研究發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)計得出的反應(yīng)譜特征周期取值與規(guī)范規(guī)定的值略有出入。

一、反應(yīng)譜特征參數(shù)

設(shè)計反應(yīng)譜是經(jīng)過標(biāo)定后用于抗震設(shè)計的反應(yīng)譜，設(shè)計反應(yīng)譜的特征參數(shù)是指決定反應(yīng)譜形狀及其數(shù)值大小的參數(shù)，如平臺值、特征周期和衰減指數(shù)等。我國 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱 16 版規(guī)范）規(guī)定設(shè)計反應(yīng)譜特征周期考慮基本烈度、場地條件、震級、震中距的影響。大量學(xué)者對實際的強(qiáng)震記錄研究發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)計得出的反應(yīng)譜特征周期取值與規(guī)范規(guī)定的值略有出入。

設(shè)計反應(yīng)譜的特征參數(shù)主要有地震影響系數(shù)最大值αmax（或動力放大系數(shù)βmax）即平臺值、特征周期Tg、衰減指數(shù)γ、直線下降段斜率調(diào)整系數(shù)η1、阻尼調(diào)整系數(shù)η2等。

地震影響系數(shù)α用來計算結(jié)構(gòu)的地震作用： F=α·G。地震影響系數(shù)αmax是設(shè)計反應(yīng)譜的最大值，是一個平行于坐標(biāo)橫軸的平臺段。我國建筑抗震規(guī)范規(guī)定，αmax根據(jù)設(shè)計基本烈度來確定，沒有考慮場地條件的影響。有時設(shè)計反應(yīng)譜也用放大系數(shù) β來表示。地震影響系數(shù)與放大系數(shù)之間的關(guān)系：αmax = k·βmax 。

特征周期Tg是設(shè)計加速度反應(yīng)譜曲線下降段起始點對應(yīng)的周期，它反映地震動的頻譜特性。特征周期的研究對工程領(lǐng)域具有重要意義，但它沒有明確的物理意義。在16版規(guī)范中，特征周期是根據(jù)場地類別和設(shè)計地震分組來確定其取值，它并不是一個固定的值，受場地條件、地震大小、距離遠(yuǎn)近等因素的影響。

衰減指數(shù)γ在設(shè)計反應(yīng)譜曲線下降段起著重要作用，我國建筑抗震規(guī)范規(guī)定衰減指數(shù)通過阻尼比來調(diào)整。隨著高層建筑的不斷興起，應(yīng)重視長周期段的研究特別是衰減指數(shù)取值的問題，以免造成不必要的安全風(fēng)險和資源浪費。

二、特征周期的影響因素

反應(yīng)譜的特征周期反映了地震動的頻譜特性，其取值的大小決定了平臺值的寬窄，對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計起關(guān)鍵作用。特征周期的影響因素有很多，震源特性、傳播路徑，震級大小、傳播距離、地殼結(jié)構(gòu)等。在這些因素中，場地條件、震級和震中距是相對易于考慮的因素。

1.場地條件對特征周期的影響

周錫元等對GBJ11-89《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)場地分類和設(shè)計反應(yīng)譜特征周期Tg的規(guī)定在執(zhí)行過程中提出的問題進(jìn)行討論，對比國外抗震設(shè)計規(guī)范中的場地分類標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的Tg值，發(fā)現(xiàn)我國規(guī)范取值約偏小30%，并建議用插值方法細(xì)化場地類別與特征周期的取值。李小軍等研究了4類場地條件對特征周期的影響規(guī)律，研究表明相同地震動輸入下，Ⅰ類場地到Ⅳ類場地地震動長周期成分明顯增加，且對于Ⅲ、Ⅳ類場地其放大系數(shù)反應(yīng)譜較長周期處的值遠(yuǎn)比我國建筑抗震設(shè)計規(guī)定的譜值大。夏蕊芳等、郭曉云等分別利用美國和我國汶川強(qiáng)震記錄研究了場地類別對特征周期的影響規(guī)律，普遍認(rèn)為場地類別越高，特征周期值越大。我國學(xué)者對場地類別如何影響反應(yīng)譜特征周期的取值做了大量研究，發(fā)現(xiàn)隨著場地變軟，特征周期值略有增大趨勢。

2.震級、震中距對特征周期的影響

隨著我國強(qiáng)震臺網(wǎng)布置數(shù)量的增加，強(qiáng)震記錄也逐漸增多，很多學(xué)者開始研究震級、震中距對特征周期的影響規(guī)律。劉文鋒等收集美國、日本、中國臺灣等 1491條地震記錄震級以5-6、6-7、7-8; 震中距以 0

三、結(jié)論

設(shè)計反應(yīng)譜主要反應(yīng)場地地震動的幅值特性和頻譜特性，反應(yīng)譜的特征周期對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計具有關(guān)鍵作用。本文闡述了關(guān)于設(shè)計反應(yīng)譜特征周期影響因素的研究現(xiàn)狀。對比不同學(xué)者對特征周期的研究成果，總結(jié)發(fā)現(xiàn)場地條件、震級、震中距對特征周期的取值影響較大，且統(tǒng)計得出特征周期的取值與規(guī)范略有出入。希望給從事工程抗震領(lǐng)域的技術(shù)人員提供研究思路，為今后規(guī)范關(guān)于反應(yīng)譜特征參數(shù)的完善和修訂起到一定的促進(jìn)作用。

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[作者簡介]羅家倫（1997.12-）男，漢族，四川省綿陽市人，西華大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院碩士研究生在讀，主要研究方向：結(jié)構(gòu)抗震及工程安全。