場地分界處設(shè)計(jì)特征周期修正的應(yīng)用

師華強(qiáng)，張 栩

（中冶地集團(tuán)西北巖土工程有限公司，陜西 西安 710119）

地震動參數(shù)加速度Am和特征周期Tg等是建設(shè)工程通過抗震設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)防御地震破壞的重要量化指標(biāo)[1]。土層參數(shù)、場地條件對場地的地震動參數(shù)有著重要影響。我國第五代地震動參數(shù)區(qū)劃圖采用雙參數(shù)調(diào)整，基于Ⅱ類建筑場地，對地震動峰值加速度和特征周期進(jìn)行了調(diào)整[2]。建筑場地類別的確定除對建筑抗震設(shè)防起著極其重要的作用以外，也對地震地質(zhì)災(zāi)害評估、地震應(yīng)急中災(zāi)害預(yù)警有著重要的作用[3]。

現(xiàn)行規(guī)范依據(jù)場地類別與設(shè)計(jì)地震分組確定特征周期存在突變現(xiàn)象[4-6]。同為地震設(shè)計(jì)分組第二組的，Ⅱ類和Ⅲ類場地的特征周期分別為0.4s與0.55s。而實(shí)際場地地層可能是呈連續(xù)性變化的，場地條件接近，等效剪切波速也相近。由于剪切波速正好處于規(guī)范規(guī)定的界限處，場地類比劃分卻相差一個等級，導(dǎo)致特征周期相差較大，設(shè)計(jì)水平地震剪切力差距較大，從而影響工程造價。規(guī)范針對此類情況，規(guī)定了當(dāng)有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于場地類別的分界線附近時，允許按插值方法確定地震作用計(jì)算的特征周期。

1 工程概況

擬建場地位于陜西省咸陽市渭城區(qū)窯店鎮(zhèn)，南距渭河約2.5km。地貌單元渭河左岸I級階地。擬建25～29層住宅樓。勘探深度在80m左右，場地內(nèi)土層主要組成如下。第四紀(jì)全新統(tǒng)（Q4）填土：以黏性土為主，土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)疏松，層厚為0.30～7.50m；沖積黃土狀土：堅(jiān)硬為主，局部硬，可塑，層厚0.40～4.80m；細(xì)砂層：稍濕，稍密～中密，厚度為2.60～11.40m；中砂層：濕～飽和，中密～密實(shí)，厚度為5.30～10.00m；粉質(zhì)黏土層：可塑為主，厚度為1.10～3.00m；上更新統(tǒng)（Q3）中粗砂層：飽和，密實(shí)，局部含有中細(xì)砂、礫砂，厚度為8.80～14.40m；等等。

2 數(shù)據(jù)資料

為確定建筑場地類別，在每棟單體高層建筑物的鉆孔中選取1個鉆孔進(jìn)行波速測試，共計(jì)9個鉆孔，測試深度0.00～20.00m，測點(diǎn)豎向間距1.00m。試驗(yàn)采用單孔檢層法，震源采用人工水平激振法，用RSM-24FD浮點(diǎn)工程動測儀采集數(shù)據(jù)，筆記本電腦進(jìn)行系統(tǒng)控制。由于該場地地層均勻穩(wěn)定，單孔20m實(shí)測剪切波速差別較小，文章選取剪切波速數(shù)值差別最大的3個鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)，場地單孔實(shí)測剪切波速值如表1所示。

由場地實(shí)測剪切波速測試結(jié)果可知，由于本場地砂層比較厚，地面下20m深度范圍內(nèi)實(shí)測土層等效剪切波速vse為229.9～245.8m/s，250m/s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）表4.1.6，等效剪切波速150m/s＜vse≤250m/s，場地覆蓋層厚度3～50m時劃分為Ⅱ類；場地覆蓋層厚度＞50m時，劃分為Ⅲ類場地。Ⅱ類與Ⅲ類場地類別不同，修正后場地的特征周期不同。為了準(zhǔn)確判定場地類別需要查明改場地的覆蓋層厚度，因此，在場地中布置了80m深的鉆孔，做了80m剪切波速測試。0～20m測試間距為1m，20～60m測試間距為2m。測試儀器采用陜西省工程地震勘察研究院研制的RSM-JQV型井下測試探頭，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為中科院巖土力學(xué)所研制生產(chǎn)的RSM-24FD浮點(diǎn)工程測試儀，測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 單孔實(shí)測剪切波速值

由圖1可知，83m處剪切波速＞500m/s，根據(jù)區(qū)域資料及現(xiàn)場其他鉆探揭示的場地地層情況，擬建場地內(nèi)地層分布連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)有突變或錯斷現(xiàn)象。場地內(nèi)及其周圍亦未發(fā)現(xiàn)其它不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。擬建場地及其影響范圍內(nèi)無全新活動斷裂帶分布，場地穩(wěn)定，判定場地83m以下剪切波速均＞500m/s。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.4節(jié)，按地面至剪切波速＞500m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均≥500m/s的土層頂面的距離確定，場地覆蓋層厚度取83m。綜合其他鉆孔的剪切波速結(jié)果，判斷該建筑場地類別為Ⅲ類。查《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）附錄A，西安市設(shè)計(jì)分組為第二組，依據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）8.2節(jié)，如表1可知，該場地修正后特征周期為0.55s。

表1 單孔實(shí)測剪切波速值

3 特征周期修正

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6條，當(dāng)有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于所列場地類別的分界線附近時，應(yīng)允許按插值方法確定地震作用計(jì)算所用的特征周期。規(guī)范條文說明中解釋了分界線附近指的是相差±15%的范圍。該場地實(shí)測等效剪切波速vse為229.9～245.8m/s，滿足規(guī)范條件分界線相差±15%的范圍，可以使用插值方法確定場地的特征周期。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6條條文說明圖7dov-vse平面上等值線圖，規(guī)范給出了在場地覆蓋層厚度dov和等效剪切波速vse平面上用等步長和按線性規(guī)則改變步長的方案進(jìn)行連續(xù)化插入，相鄰等值線的Tg值均相差0.01s。

擬建建筑場地20.0m深度范圍內(nèi)的等效剪切波速測試計(jì)算結(jié)果vse為229.9～245.8m/s，剔除填土厚度較大的異常值，場地平均等效剪切波速vse=242.85m/s。取最不利條件，場地等效剪切波速取vse為229.9m/s進(jìn)行插值。根據(jù)4.1.6條條文說明圖7插入數(shù)值，場地的特征周期為0.49s（）。Ⅲ類場地設(shè)計(jì)地震分組第二組特征周期為0.55s，為中間值（Ⅲ類場地設(shè)計(jì)地震分組第二組場地特征周期范圍值是045～0.65s）。由此得知，擬建場地經(jīng)過插值方法確定地震作用計(jì)算所用的特征周期為0.49s。

4 結(jié)束語

在大型建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，特征周期是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中確定反應(yīng)譜的重要特征參數(shù)，其對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，所以對特征周期合理取值的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[7]。文章基于現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用設(shè)計(jì)地震分組及場地類別劃分確定場地的特征周期，通過工程實(shí)例，采用差分法合理確定了場地的特征周期，對抗震設(shè)計(jì)及工程建筑投資起重要的作用。