场地特征对剪力墙结构地震响应的影响分析

场地特征对剪力墙结构地震响应的影响分析

振型分解反应谱法是高层建筑结构抗震设计的重要分析方法。文章采用《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）提供的振型分解反应谱法，通过三个不同场地条件、不同高度的典型剪力墙结构工程案例，分析不同设计地震分组、不同场地类别下结构地震响应的差异，研究场地特征对地震设计反应谱和剪力墙结构地震响应的影响规律。

标签：振型分解反应谱法；场地特征；剪力墙结构；地震响应

1 概述

振型分解反应谱法是高层建筑结构抗震设计的重要分析方法。[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（以下简称《抗规》）以地震影响系数曲线的形式给出了地震设计反应谱。[2]相同地震烈度、相同场地条件时，影响地震设计反应谱的因素有很多，如震源机制、震级大小、震中距远近等。《抗规》考虑地震作用时，以地震烈度为基础，通过场地特征周期Tg反映设计地震分组、场地类别对地震设计反应谱的影响。[3]其中，设计地震分组区分震源远近，场地类别体现场地土软硬程度和覆盖层厚度的影响。

文章采用振型分解反应谱法，通过三个不同场地条件、不同高度的典型剪力墙结构工程案例，研究设计地震分组、场地类别对地震设计反应谱和剪力墙结构地震响应的影响规律。

2 工程案例

工程一位于浙江省湖州市，6度（0.05g）区，剪力墙结构，设计地震分组第一组，Ⅲ类场地，场地特征周期0.45s，多遇地震水平地震影响系数最大值0.04，地上11层、地下1层，建筑平面长度21.2m、宽度12.6m，结构高度31.9m，第一、第二阶周期分别为1.229s、1.160s。

工程二位于福建省福州市，7度（0.10g）區，剪力墙结构，设计地震分组第二组，Ⅲ类场地，场地特征周期0.55s，多遇地震水平地震影响系数最大值0.08，地上18层、地下1层，建筑平面长度35.9m、宽度20.6m，结构高度52.4m，第一、第二阶周期分别为1.791s、1.628s。

工程三位于安徽省阜阳市，7度（0.10g）区，剪力墙结构，设计地震分组第一组，Ⅲ类场地，场地特征周期0.45s，多遇地震水平地震影响系数最大值0.08，地上34层、地下1层，建筑平面长度33.5m、宽度16.4m，结构高度98.6m，第一、第二阶周期分别为3.085s、2.905s。

3 场地特征对地震设计反应谱的影响

《抗规》以地震影响系数曲线的形式给出了地震设计反应谱，通过场地特征周期Tg反映设计地震分组、场地类别对地震设计反应谱的影响，不同的场地特征周期Tg对应不同的地震影响系数曲线。以工程一为例，多遇地震时，结构阻尼比？啄取5%，不同设计地震分组、不同场地类别的地震影响系数曲线如图1所示。图1中T1、T2对应工程一的第一、第二阶周期。

由图2可知，设计地震分组和场地类别对应的场地特征周期Tg越大，地震影响系数？琢值越大，且地震影响系数曲线受设计地震分组的影响要小于受场地类别的影响。场地特征对地震设计反应谱的影响主要集中在地震影响系数曲线的速度控制段，对位移控制段影响较小，对加速度控制段则没有影响。以工程一为例，第一、第二阶周期处于地震影响系数曲线的速度控制段，不同设计地震分组对？琢值影响的变化幅度均匀，约15～20%，不同场地类别对？琢值影响的变化幅度差异较大，约25～40%。

4 场地特征对剪力墙结构地震响应的影响

根据SATWE的计算结果，不同设计地震分组、不同场地类别时，三个工程案例的X向结构地震响应如表2、表3所示，X向结构层间位移角曲线如图3、图4所示。

工程一的结构基本周期较短，不同设计地震分组、不同场地类别时，结构基本周期均处于地震影响系数曲线的速度控制段。由表1可知，设计地震分组每提高一级，结构地震响应提高约20%；Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ类场地时，场地类别每提高一级，结构地震响应提高约20%，Ⅳ类场地时，结构地震响应提高约40%。由图2可知，不同设计地震分组及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ类场地时，层间位移角曲线变化幅度均匀，Ⅳ类场地时，层间位移角曲线变化幅度增大较多。

工程二的结构基本周期较短，不同设计地震分组及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地时，结构基本周期均处于地震影响系数曲线的速度控制段，Ⅰ1类场地时，结构基本周期处于地震影响系数曲线的位移控制段。由表2可知，设计地震分组每提高一级，结构地震响应提高约15%；不同场地类别时，结构地震响应的变化幅度差异较大，Ⅱ类场地较Ⅰ1类场地提高约10%，Ⅲ类场地较Ⅱ类场地提高约20%，Ⅳ类场地较Ⅲ类场地提高约30%。由图3可知，不同设计地震分组时，层间位移角曲线变化幅度均匀，Ⅰ1、Ⅱ类场地时，层间位移角曲线变化幅度较小，Ⅲ、Ⅳ类场地时，层间位移角曲线变化幅度增大较多。

工程三的结构基本周期较长，设计地震分组第三组及Ⅳ类场地时，结构基本周期均处于地震影响系数曲线的速度控制段，设计地震分组第一组、第二组及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ类场地时，结构基本周期均处于地震影响系数曲线的位移控制段。由表3可知，不同设计地震分组时，结构地震响应的变化幅度差异较大，第二组较第一组提高约5%，第三组较第二组提高约15%；Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ类场地时，场地类别每提高一级，结构地震响应提高约5%，Ⅳ类场地时，结构地震响应提高约20%。由图4可知，设计地震分组第一组、第二组及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ类场地时，层间位移角曲线变化幅度均匀且幅度较小，设计地震分组第三组及Ⅳ类场地时，层

间位移角曲线变化幅度增大较多。

综上所述，场地特征对剪力墙结构地震响应、层间位移角曲线均有较大影响，且场地类别的影响要大于设计地震分组的影响。当结构基本周期处于地震影响系数曲线的速度控制段时，场地特征对剪力墙结构影响较大，结构地震响应、层间位移角曲线变化幅度均匀，Ⅳ类场地时，由于场地特征周期Tg提高较多，结构地震响应、层间位移角曲线变化幅度增大较多。随着建筑高度增加、结构周期延长，场地特征对剪力墙结构地震响应的影响逐渐减小。当结构基本周期处于地震影响系数曲线的位移控制段时，场地特征对剪力墙结构影响较小，结构地震响应、层间位移角曲线变化幅度较小。

5 结束语

文章采用振型分解反应谱法，通过三个典型的剪力墙结构工程案例，研究场地特征对地震设计反应谱和剪力墙结构地震响应的影响，得到以下结论：（1）场地特征对地震设计反应谱的影响主要集中在地震影响系数曲线的速度控制段，对位移控制段影响较小，对加速度控制段则没有影响。地震影响系数曲线受设计地震分组的影响要小于受场地类别的影响。（2）当结构基本周期处于地震影响系数曲线的速度控制段时，场地特征对剪力墙结构影响较大，设计地震分组或场地类别每提高一级，结构地震响应提高约15～20%，Ⅳ类场地时，结构地震响应提高约30～40%。随着建筑高度增加、结构周期延长，场地特征对剪力墙结构地震响应的影响逐渐减小。（3）当结构基本周期处于地震影响系数曲线的位移控制段时，场地特征对剪力墙结构影响较小，设计地震分组或场地类别每提高一级，结构地震响应提高不大于10%。

参考文献

[1]赵西安.高层建筑结构抗震设计的若干问题[J].建筑科学，1994（1）.

[2]GB50011-2010.中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]吕悦军，等.场地类别条件对地震参数影响的关键问题[J].震灾防御技术，2008，6（3）.