基于中國(guó)規(guī)范的近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜研究

潘 毅，包韻雷，劉永鑫，李 爽

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川，成都 610031；2.西南交通大學(xué)抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川，成都 610031；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程災(zāi)變與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江，哈爾濱 150090)

近年來(lái)的強(qiáng)震記錄與震害調(diào)查都表明，近斷層區(qū)豎向地震動(dòng)相較于遠(yuǎn)場(chǎng)豎向地震動(dòng)，具有峰值加速度大、特征周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，更容易使工程結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，在近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需對(duì)豎向地震作用引起足夠的重視[1?8]。雖然國(guó)內(nèi)外的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已采取對(duì)近斷層水平向抗震設(shè)計(jì)譜乘以比例系數(shù)的方式得到了其豎向抗震設(shè)計(jì)譜，即沿用水平譜的譜形狀，但均未就近斷層豎向地震動(dòng)的特點(diǎn)給出針對(duì)性的抗震設(shè)計(jì)譜[9?10]，難以保證近斷層區(qū)的結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。因此，考慮近斷層豎向地震動(dòng)特性的影響，建立近斷層區(qū)的豎向抗震設(shè)計(jì)譜顯得尤為重要。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)近斷層區(qū)地震動(dòng)的特性及其反應(yīng)譜進(jìn)行了研究。Chang等[11]提出了一種經(jīng)驗(yàn)方法，可以對(duì)近場(chǎng)地震動(dòng)反應(yīng)譜某個(gè)周期段(0.75倍～1.09倍脈沖周期)的譜值進(jìn)行修正。Pu等[12]考慮結(jié)構(gòu)周期、阻尼、脈沖周期等因素，提出了基于實(shí)際近斷層地震動(dòng)記錄的譜模型，可用于得到更合理的設(shè)計(jì)譜。Ambraseys和Douglas[13]在研究中發(fā)現(xiàn)，近斷層豎向地震動(dòng)的特征周期相較于遠(yuǎn)場(chǎng)豎向地震動(dòng)更長(zhǎng)，其反應(yīng)譜譜值衰減速率更緩。周正華、李寧等[14?15]對(duì)291條近斷層豎向地震動(dòng)的特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，豎向與水平向反應(yīng)譜的譜峰值比大于規(guī)范中常用的推薦值0.65[16]。江輝等[17]對(duì)影響近斷層豎向反應(yīng)譜曲線各拐點(diǎn)周期的反應(yīng)譜比值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，其譜曲線的各拐點(diǎn)周期顯著延后。盡管這些研究從不同方面考慮了近斷層豎向地震動(dòng)的特性對(duì)反應(yīng)譜的影響，并對(duì)規(guī)范設(shè)計(jì)譜的修正提供了一些依據(jù)與思路，但均未提出具體的近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜，給實(shí)際工程應(yīng)用帶來(lái)了一定的困難。

國(guó)內(nèi)外抗震設(shè)計(jì)規(guī)范雖考慮了近斷層地震動(dòng)的影響，并對(duì)抗震設(shè)計(jì)譜提出了相應(yīng)的調(diào)整方法，但也僅通過(guò)單一的比例系數(shù)對(duì)其幅值進(jìn)行了簡(jiǎn)單修正。中國(guó)的GB 50011?2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡(jiǎn)稱《抗震規(guī)范》)[16]中規(guī)定“對(duì)處于斷裂帶兩側(cè)10 km以內(nèi)的結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)參數(shù)應(yīng)計(jì)入近場(chǎng)影響，5 km以內(nèi)宜乘以增大系數(shù)1.5，5 km以外宜乘以不小于1.25的增大系數(shù)”。美國(guó)ASCE 7-16規(guī)范[18]與歐洲Eurocode 8規(guī)范[19]類似，雖然在水平抗震設(shè)計(jì)譜中考慮了近斷層效應(yīng)(限制最小譜峰值)，但豎向抗震設(shè)計(jì)譜仍沿用其譜形狀，并通過(guò)乘以相應(yīng)的比例系數(shù)得到。這些調(diào)整方法相當(dāng)于將遠(yuǎn)場(chǎng)抗震設(shè)計(jì)譜進(jìn)行整體提高，但未考慮近斷層豎向地震動(dòng)譜值比大、特征周期長(zhǎng)、衰減速度慢等特點(diǎn)對(duì)抗震設(shè)計(jì)譜形狀可能造成的影響，仍不能保證近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震安全性。

針對(duì)目前研究與規(guī)范中的不足，本文以實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)為研究對(duì)象，首先計(jì)算得到相應(yīng)的反應(yīng)譜，接著將近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜與我國(guó)《抗震規(guī)范》中的設(shè)計(jì)譜進(jìn)行對(duì)比分析，然后基于分析結(jié)果及中國(guó)規(guī)范，對(duì)規(guī)范設(shè)計(jì)譜進(jìn)行修正，最后提出更為合理的近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的計(jì)算公式與設(shè)計(jì)建議，為近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)的豎向抗震設(shè)計(jì)提供參考。

1 近斷層豎向地震動(dòng)的選擇與分析

近斷層區(qū)可能出現(xiàn)破壞能力較強(qiáng)的豎向地震動(dòng)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要考慮豎向地震作用的影響。為保證近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜具有足夠的安全性，通過(guò)PEER(美國(guó)太平洋地震研究中心)數(shù)據(jù)庫(kù)，選取了1240組近斷層地震動(dòng)記錄，并基于顯著半脈沖的脈沖型地震動(dòng)識(shí)別方法[20]，同時(shí)考慮選擇的豎向地震動(dòng)的強(qiáng)度不至過(guò)小，按照以下原則進(jìn)行了嚴(yán)格篩選，最終得到了198條近斷層豎向地震動(dòng)記錄。

1)斷層距Rjb≤60 km，

2)矩震級(jí)MW≥5，

3)地面峰值加速度PGA≥0.02 g。

近斷層區(qū)一般指斷層距不超過(guò)20 km的范圍，但也有研究認(rèn)為，斷層距不超過(guò)60 km的范圍較為合理[1]。目前對(duì)近斷層范圍的界定仍存爭(zhēng)議，為保證得到的近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜具有可靠性，則需要更多的近斷層豎向地震動(dòng)記錄，因此，本文選用60 km作為近斷層區(qū)的斷層距界限值。選取的198條近斷層豎向地震動(dòng)記錄中，斷層距在20 km以內(nèi)的占比為70%，20 km～60 km以內(nèi)的占比為30%。

由GB 18306?2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(簡(jiǎn)稱《地震區(qū)劃圖》)[21]可知，特征周期Tg是確定抗震設(shè)計(jì)譜的重要參數(shù)之一，因此有必要討論Tg對(duì)設(shè)計(jì)譜的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[22]，地震動(dòng)特征周期Tg可由式(1)得到：式中：EPA表示有效峰值加速度，定義為5%阻尼比的絕對(duì)加速度反應(yīng)譜在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下，平臺(tái)段T0(起始周期)～T1(結(jié)束周期)內(nèi)的平均值與放大系數(shù)2.5的比值；EPV表示有效峰值速度，定義為5%阻尼比的擬速度反應(yīng)譜在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下，平臺(tái)段的T1(起始周期)～T2(結(jié)束周期)內(nèi)的平均值與放大系數(shù)2.5的比值。

選取的198條豎向地震動(dòng)的特征周期Tg與斷層距、場(chǎng)地類別之間的分布關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，近斷層豎向地震動(dòng)的特征周期Tg與斷層距、場(chǎng)地類別無(wú)明顯分布規(guī)律，這與文獻(xiàn)[23]中對(duì)近斷層水平向地震動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。由于目前所掌握的近斷層脈沖型地震動(dòng)豎向分量記錄不足以形成統(tǒng)計(jì)規(guī)律，通過(guò)不同斷層距和場(chǎng)地類別下特征周期Tg的分布來(lái)建立近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜是不可靠的。因此，建議在近斷層區(qū)不考慮斷層距和場(chǎng)地類別對(duì)特征周期Tg的影響，即在分析近斷層區(qū)豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜時(shí)，不對(duì)斷層距和場(chǎng)地類別進(jìn)行分組。

圖1 不同場(chǎng)地類別下特征周期與斷層距的關(guān)系Fig.1 Relationship between characteristic period and fault distance under different site classes

近斷層水平向與豎向地震動(dòng)特征周期Tg的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，無(wú)論是平均值、中位值還是最大值，豎向地震動(dòng)的特征周期Tg相較于水平向均較小，這是由于豎向地震動(dòng)中的高頻成分豐富，而中低頻成分較少。但與《抗震規(guī)范》中的特征周期值相比，近斷層豎向地震動(dòng)特征周期Tg的平均值與中位值仍大于規(guī)范中部分特征周期值。特征周期Tg作為抗震設(shè)計(jì)譜的重要參數(shù)之一，決定著譜形狀以及幅值的選擇。很顯然，規(guī)范中直接將水平設(shè)計(jì)譜乘以調(diào)整系數(shù)0.65得到豎向設(shè)計(jì)譜(即沿用水平設(shè)計(jì)譜的譜形狀)的做法不夠合理，需要考慮特征周期Tg對(duì)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的影響。

表1 近斷層地震動(dòng)Tg的統(tǒng)計(jì)特征值Table1 Statistical characteristic values of Tg for near-fault ground motion

2 近斷層豎向反應(yīng)譜與規(guī)范設(shè)計(jì)譜的比較

《抗震規(guī)范》中明確規(guī)定，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采用兩階段設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)，即多遇地震作用下的承載能力驗(yàn)算和彈性變形驗(yàn)算以及罕遇地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算。在對(duì)近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行兩階段設(shè)計(jì)時(shí)，有必要考慮近斷層地震動(dòng)的特性，使其在受到近斷層地震作用時(shí)仍具有足夠的抗力與延性。

2.1 地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)比值

《抗震規(guī)范》規(guī)定，在8度、9度區(qū)計(jì)算豎向地震作用時(shí)，豎向地震影響系數(shù)最大值可取水平地震影響系數(shù)最大值的65%。但規(guī)范取值是基于近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)地震的總體統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并未針對(duì)近斷層進(jìn)行單獨(dú)研究，且在靠近發(fā)震斷層的范圍內(nèi)，豎向地震動(dòng)強(qiáng)度衰減并不明顯，如圖2所示。圖2中aE為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，其值由式(2)[22]可得。同時(shí)，由于豎向地震動(dòng)高頻成分豐富，在反應(yīng)譜的短周期段，《抗震規(guī)范》可能低估了近斷層豎向地震作用。因此，有必要對(duì)豎向與水平向地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)比值進(jìn)行研究，保證近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的安全性。

圖2 近斷層區(qū)地震動(dòng)強(qiáng)度隨斷層距的衰減關(guān)系Fig.2 Attenuation relationship between ground motion intensity and fault distance

式中：aE為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)；MW為矩震級(jí)；Rjb為斷層距；A、B、C、D和E為回歸系數(shù)，取值見(jiàn)文獻(xiàn)[22]。

對(duì)198條地震記錄的豎向與水平向地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)比值(加速度反應(yīng)譜比SV/H1和有效峰值加速度比RV/H1)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，如圖3和圖4所示。由圖3可知，在反應(yīng)譜的短周期段(T≤0.2 s)，各類場(chǎng)地的SV/H1均大于規(guī)范取值0.65，但在實(shí)際工程中，較少出現(xiàn)自振周期小于0.2 s的建(構(gòu))筑物，因此忽略這部分反應(yīng)譜比對(duì)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的影響在工程設(shè)計(jì)中是可接受的。在達(dá)到峰值點(diǎn)(約0.1 s處)之后，SV/H1迅速下降，原因是豎向地震動(dòng)的特征周期Tg較水平向短，即平臺(tái)峰值的持續(xù)時(shí)間更短。當(dāng)T＞0.2 s時(shí)，各類場(chǎng)地的SV/H1均接近或小于規(guī)范取值(0.65)，而實(shí)際工程中絕大部分建(構(gòu))筑物的自振周期都大于0.2 s。因此，從加速度反應(yīng)譜比的角度來(lái)看，規(guī)范取值(0.65)同樣適用于近斷層區(qū)。由圖4可知，越靠近斷層，RV/H1越大，但從整體來(lái)看，73%的豎向地震動(dòng)EPA小于0.65倍水平向地震動(dòng)EPA。因此，在時(shí)程分析中，規(guī)范取值(0.65)依然是可行的。

圖3 各場(chǎng)地類別下加速度反應(yīng)譜比的均值Fig.3 Mean curves of response spectra ratio under different site classes

圖4 各場(chǎng)地類別下有效峰值加速度比的分布Fig.4 Distribution of EPA ratio under different site classes

2.2 反應(yīng)譜與規(guī)范譜形狀

對(duì)于近斷層區(qū)尤其是靠近發(fā)震斷裂帶的結(jié)構(gòu)，需要具有一定的安全儲(chǔ)備。《抗震規(guī)范》明確指出，對(duì)處于發(fā)震斷裂兩側(cè)10 km以內(nèi)的結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)參數(shù)應(yīng)計(jì)入近場(chǎng)影響，其中5 km以內(nèi)以乘以增大系數(shù)1.5，5 km以外宜乘以不小于1.25的增大系數(shù)。而實(shí)際工程的選址往往會(huì)與發(fā)震斷層保持一個(gè)安全距離，且近斷層影響范圍通常認(rèn)為可達(dá)到20 km～60 km，因此《抗震規(guī)范》給出10 km以內(nèi)的增大系數(shù)并不完全適合近斷層區(qū)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。為得到針對(duì)規(guī)范設(shè)計(jì)譜的合理修正方法，本文將198條近斷層豎向地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜的平均譜分別與1.25倍和1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜進(jìn)行比較。但由于地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)存在明顯的離散性，難以保證平均譜(保證率為50%的反應(yīng)譜)用于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)具有足夠的安全度。因此，為減小地震動(dòng)離散性的影響，保證結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的安全度，本文同時(shí)給出了保證率為84%的反應(yīng)譜(平均譜+1倍標(biāo)準(zhǔn)差譜)的結(jié)果，如圖5、圖6所示。圖中α為地震影響系數(shù)，其值為加速度反應(yīng)譜Sa除以重力加速度g；APGA為地震動(dòng)峰值加速度，其值與《抗震規(guī)范》相同，見(jiàn)表2。圖5和圖6中的規(guī)范設(shè)計(jì)譜曲線對(duì)應(yīng)的Tg分別為0.20 s、0.25 s、0.30 s、0.35 s、0.40 s、0.45 s、0.55 s、0.65 s、0.75 s及0.90 s，罕遇地震下Tg增加0.05 s。

表2 不同設(shè)防烈度下的地震動(dòng)峰值加速度Table2 Peak ground motion acceleration under different seismic precautionary intensities

由圖5、圖6可知：1)1.5倍和1.25倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜的譜值遠(yuǎn)大于近斷層平均譜，僅當(dāng)Tg等于0.2 s時(shí)，1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜值在其速度控制段末至位移控制段初(約0.6 s～1.5 s)略小于平均譜值，僅當(dāng)Tg小于0.35 s時(shí)，1.25倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜值在其速度控制段中至位移控制段初(約0.5 s～2.0 s)略小于平均譜值；2)與平均譜+1倍標(biāo)準(zhǔn)差譜的譜峰值相比，1.25倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜明顯偏小，1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜吻合較好；3)在曲線下降段，規(guī)范設(shè)計(jì)譜的衰減速度明顯快于近斷層反應(yīng)譜。綜上所述，為保證近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)的安全性，采用平均譜+1倍標(biāo)準(zhǔn)差譜作為研究對(duì)象較為合理，且與《抗震規(guī)范》中采用1.5倍地震效應(yīng)增大系數(shù)的規(guī)定保持一致，也為該規(guī)定找到了物理意義，更方便地與現(xiàn)行規(guī)范結(jié)合。另一方面，修正規(guī)范設(shè)計(jì)譜曲線的衰減速度、調(diào)整其譜形狀是確定近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的關(guān)鍵。

圖5 實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜與1.25倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜比較Fig.5 Comparison between response spectra of actual nearfault velocity ground motionand 1.25-time code-specific design spectra

圖6 實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜與1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜比較Fig.6 Comparison between response spectra of actual nearfault velocity ground motionand 1.5-time code-specific design spectra

3 近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的確定

3.1 豎向設(shè)計(jì)譜幅值和特征周期的確定

保證率為84%的近斷層地震動(dòng)豎向反應(yīng)譜(平均譜+1倍標(biāo)準(zhǔn)差譜)與不同特征周期、不同設(shè)防烈度下1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜的比較，如圖7所示。可以發(fā)現(xiàn)，在多遇地震作用下限制Tg不小于0.90 s，罕遇地震作用下限制Tg不小于0.95 s，可以保證1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜在整個(gè)周期段上不小于近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜。但是，在加速度控制段與速度控制段(中短周期段)，1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜的幅值過(guò)于保守，不夠合理。另一方面，《地震區(qū)劃圖》中鮮有Tg不小于0.90 s的場(chǎng)地，但若按照實(shí)際Tg值進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，則在位移控制段(長(zhǎng)周期段)偏于不安全。因此，為同時(shí)保證豎向抗震設(shè)計(jì)的合理性與安全性，需重新確定幅值和最小特征周期。

圖7 實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜與1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜比較及Tg調(diào)整Fig.7 Determination of near-fault characteristic period limits and 1.5-time code-specific design spectra

由圖7可知，1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜能包絡(luò)實(shí)際近斷層豎向反應(yīng)譜的譜峰值，則近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜的譜峰值可與規(guī)范保持一致。同時(shí)，考慮到《抗震規(guī)范》中1.5倍地震作用放大系數(shù)可能是為了滿足84%的保證率以及結(jié)構(gòu)更容易通過(guò)變形驗(yàn)算，因此在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中還需分為兩種情況：1)使用反應(yīng)譜法進(jìn)行多遇地震作用下的承載能力與彈性變形驗(yàn)算時(shí)，均需乘以1.5倍的放大系數(shù)；2)使用時(shí)程分析法進(jìn)行罕遇地震作用下的變形驗(yàn)算時(shí)，若選擇的地震動(dòng)為脈沖型地震動(dòng)的豎向分量，可不乘以放大系數(shù)，若選擇非脈沖型地震動(dòng)的豎向分量，建議乘以1.5倍的放大系數(shù)。對(duì)于最小特征周期，根據(jù)前文所述的近斷層豎向地震動(dòng)特點(diǎn)，同時(shí)為減小地震動(dòng)離散性的影響，選取表1中豎向地震動(dòng)特征周期的中位值作為水平段終點(diǎn)周期值，即Tg為0.40 s，且罕遇地震作用下增加0.05 s。

3.2 近斷層區(qū)豎向設(shè)計(jì)譜的計(jì)算公式

考慮到近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜的適用性與規(guī)范的延續(xù)性，本文的近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜的計(jì)算公式仍采用《抗震規(guī)范》中的四段式結(jié)構(gòu)，并根據(jù)上述分析結(jié)果做以下修正：

1)直線上升段。由于該范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物自振周期短、剛度大，地震作用可視為隨周期發(fā)生線性變化，因此該段與規(guī)范保持一致。

2)水平段。豎向地震影響系數(shù)αvmax與規(guī)范保持一致，且起點(diǎn)周期值仍取0.1 s。對(duì)于終點(diǎn)周期值，即Tg，在多遇地震作用下，最小取為0.40 s，罕遇地震作用下，最小取為0.45 s。

3)曲線下降段。通過(guò)圖7可以看出，近斷層豎向反應(yīng)譜的衰減速度明顯慢于1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜，且其TL(曲線下降段終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期值)大于規(guī)范值5Tg。同時(shí)，《抗震規(guī)范》中針對(duì)衰減指數(shù)γ和TL的取值并無(wú)近斷層相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或理論作為支撐。因此，擬根據(jù)近斷層豎向反應(yīng)譜的譜形狀，減小γ取值，并增大TL取值。

4)直線下降段。實(shí)際近斷層豎向反應(yīng)譜在直線下降段的衰減速度略快于1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜，即該范圍內(nèi)規(guī)范設(shè)計(jì)譜值較大。因此，沿用1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜的形式是安全的。

除上述修改外，阻尼比的調(diào)整也會(huì)影響設(shè)計(jì)譜譜值的大小，為減少影響因素，在修正過(guò)程中阻尼比取值均為5%。綜上所述，本文建議的近斷層區(qū)豎向抗震設(shè)計(jì)譜采用以下形式：

式中：αv、αvmax、η1、η2的含義及取值與《抗震規(guī)范》相同；Tg按照實(shí)際場(chǎng)地類別與設(shè)計(jì)地震分組進(jìn)行取值，但多遇地震作用下不小于0.40 s，罕遇地震作用下不小于0.45 s；γ取為0.6；kv為豎向設(shè)計(jì)譜的幅值放大系數(shù)，取1.5。

近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜與實(shí)際近斷層反應(yīng)譜的比較如圖8所示。可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)周期段上，近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜譜值不小于保證率為84%的實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜與1.5倍規(guī)范設(shè)計(jì)譜，且其譜形狀與實(shí)際近斷層豎向地震動(dòng)反應(yīng)譜吻合較好。

圖8 實(shí)際近斷層反應(yīng)譜與豎向抗震設(shè)計(jì)譜比較Fig.8 Comparison between response spectra of actual nearfault and vertical seismic design spectra

4 結(jié)論及建議

本文以198條近斷層豎向地震動(dòng)為研究對(duì)象，分析得到實(shí)際近斷層地震動(dòng)豎向反應(yīng)譜，并與規(guī)范中的抗震設(shè)計(jì)譜進(jìn)行了對(duì)比，得到以下主要結(jié)論：

(1)對(duì)于近斷層豎向抗震設(shè)計(jì)譜，可按照現(xiàn)行《抗震規(guī)范》中設(shè)計(jì)譜的公式形式，再對(duì)譜值、特征周期、衰減指數(shù)進(jìn)行調(diào)整。譜值調(diào)整系數(shù)建議取1.5，多遇地震下特征周期取值不小于0.40 s，罕遇地震下特征周期取值不小于0.45 s，衰減指數(shù)建議取0.6，其他參數(shù)的取值均與《抗震規(guī)范》保持一致。調(diào)整后的設(shè)計(jì)譜計(jì)算公式更合理，且易于工程應(yīng)用。

(2)建議近斷層區(qū)豎向與水平向地震影響系數(shù)之比仍取規(guī)范值0.65。在進(jìn)行近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)罕遇地震的變形驗(yàn)算時(shí)，也可使用該值進(jìn)行有效峰值加速度的調(diào)幅。當(dāng)水平向輸入的地震動(dòng)為脈沖型地震動(dòng)，建議僅對(duì)豎向地震動(dòng)有效峰值加速度乘以0.65；當(dāng)水平向輸入的地震動(dòng)為非脈沖型地震動(dòng)，建議在豎向地震動(dòng)有效峰值加速度乘以0.65的同時(shí)，再乘以1.5倍放大系數(shù)。非脈沖型地震動(dòng)增大系數(shù)取1.5的原因是，非脈沖型地震動(dòng)的破壞能力比脈沖型地震動(dòng)小，在缺乏符合本地區(qū)場(chǎng)地條件的近斷層脈沖型地震動(dòng)的情況下，仍能根據(jù)放大后的非脈沖型地震動(dòng)計(jì)算結(jié)果，來(lái)保證近斷層區(qū)的結(jié)構(gòu)通過(guò)罕遇地震作用下的變形驗(yàn)算。