西安地区场地特征周期插值方法探讨

西安地区场地特征周期插值方法探讨

摘要：自2022年1月1日起《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021（下文简称《抗通规》）将采用插值方法确定场地特征周期Tg值升级为强制性工程建设规范条款，延续了《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）（下文简称《抗规》）条文说明的等值线连续化插值方法，但规范正文未明确给出Tg等值线插值方法。《抗通规》执行后，场地特征周期插值由过去的选择性执行（实际设计中一般情况下若插值对项目成本投资控制有利便插值，反之则不插值）变成必须执行的要求。西安地区Ⅱ至Ⅲ类场地过渡段的特征周期Tg插值一般将增大，导致中长周期结构的地震作用增大，相应设防投资也将增加。本文结合《抗通规》条款推荐采用一种斜线连续化插值方法，既可满足规范的强制性要求，又可节约实际工程的建筑设防投资。

关键词：场地特征周期；等效剪切波速；插值方法；含钢量

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0引言

渭河盆地属山间盆地，夹于秦岭造山带与鄂尔多斯高地之间，西安市位于渭河断陷盆地中段南部。全市第四系覆盖层厚度较厚，大于500m；东南隅的黄土塬地势高起，第四系（只有黄土）较薄，约百余米。

西安地区2007年以来小震活动频次上升，2009年发生高陵ML4.8级地震，2010年发生三原ML3.8级地震，近场地震活动呈增强趋势。西安地区近场地震活动的水平和强度在历史时期曾经较高，最高达6¾级，是一个地震较为活跃的地区，存在发生中强地震的概率。

《抗通规》第4.2.2条要求当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于场地类别的分界线±15%范围内时，应按插值方法确定场地特征周期，但规范正文未明确给出Tg等值线图插值方法。当建筑的结构自振周期位于0.1s~Tg及Tg~5Tg之间时，插值所得的较大场地特征周期将使地震影响系数变大，地震作用增强，单体结构的钢筋、混凝土含量等土建成本相应增加。因此提出合理的特征周期插值方法具有重要的实际意义，满足规范强制性要求的同时可节约社会资源。

1 场地特征周期的概念

场地特征周期Tg为抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的设计谱下降段起始点对应的周期值，由工程所在地的设计地震分组和场地类别确定，Tg=2πυ/A，υ和A分别为地震动峰值速度和峰值加速度。设计地震分组考虑了地震环境或大小远近对反应谱形状的影响。场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度确定。《抗规》第4.1.6条要求当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定特征周期Tg值。但《抗通规》将采用插值方法确定Tg 值升级为强制性规范条款。

2 西安地区地震区划概况

西安地区的抗震设防标准主要区域为8度0.2g。西安市的设计地震分组在《抗规》之前为第一组，大部分场地为Ⅱ类场地，特征周期0.35s；部分场地为Ⅲ类场地，特征周期0.45s。根据2016年6月1日起实施的《中国地震动参数区划图》GB18306-2015中规定的地震动加速度反应谱特征周期区划图，《抗规》将西安市的设计地震分组调整为第二组，调整后Ⅱ类场地对应的特征周期取值0.40s，Ⅲ类场地对应的特征周期取值0.55s。

3 特征周期插值方法

3.1《抗规》方法

《抗规》第4.1.6条条文说明提出了一种非线性插值方法：在dov-Vse平面上的Tg等值线图，该图适用于抗震分组为第一组的场地。

海南省住房和城乡建设厅2019年1月3日印发的《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（试行）》的通知，给出了设计抗震分组为第二组的特征周期等值线图（图1），条文说明该插值图为抗震规范编写组2017年3月31日回答海南省抗震办公室提问时所提供的。

上述两组插值图均属于抗震规范组官方发布的内容，整体思路是为了避免在土层的效剪切波速和覆盖层厚度分界处场地的相邻特征周期在Ⅱ类至Ⅳ类的数值间产生跳跃变化，保证Tg值的连续过渡，在等值线间距可能造

图1第二组特征周期等值线图

成突变的区段内采用步距递增或递减的非线性插值，如图中等值线分区有疏有密的渐变。但上述特征周期等值线图仍存在一些不严谨的问题：

（1）Ⅲ与Ⅳ类场地分界线在横向应为80m处；

（2）当剪切波速在插值界限处时，按图1插值所得的Tg值存在突变，与概念不符：如

第二组抗震设计分组，dov=80m时，Vse=287.5m/s的Tg插值为0.44s，大于Vse=288m/s的

Tg值0.40s。

3.2《抗震工程学》（第二版）

《抗震工程学》第4.3节场地分类方法及其在抗震设计规范中的应用中，详细阐述了场

地分类方法、场地类别对αmax的影响，其中软土层对输入的地震动强度具有放大效应；第13.2节表明场地覆盖层厚度越厚，中长周期的柔性建筑破坏越严重。在关于场地反应谱特征

周期的连续化问题中，明确了连续化插值过程的基本规则和约定，文中Tg插值等值线图与《抗规》是一致的。

同时也指出目前的基础资料数据库不全面，需要更长时间的原始地震数据积累，现行规

范反应谱的场地分类只是一种粗略的的划分，在实际地震中是难以保证无偏差的，所有的

T­g值连续性划分都只是一种形式上的细分，并不能真正改善设计用T­g值的准确性，因此当

前过细的分档和连续化划分只能满足人们心理上的精度要求。一般工程按规范规定的场地类

别选择Tg值已经足够，只有当νse和dov值都有准确数据和特殊要求时，才考虑Tg值的

连续化取值。由此可见T­g值的精确取值目前在理论上还不够完善，实际工程应用上须简化

处理。

3.3《建筑工程抗震性态设计通则》CECS 160:2004（下文简称《通则》）

《通则》第4.2.4节中，建筑所在地点的地震动参数区划图的特征周期分区按下列方法

取值：

（1）对于处在特征周期一区的建筑场地，特征周期直接根据场地的等效剪切波速和覆

盖层厚度按附录B取值，表中未列出的数值取相近数值间的插值。

（2）对于处在特征周期二区的建筑场地，特征周期应取一区相同场地的7/6倍。

（3）对于处在特征周期三区的建筑场地，特征周期应取一区相同场地的4/3倍。

因《通则》为试用版，且其计算方法与《抗规》不一致，至今尚未正式实施。