場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響分析

摘 要：振型分解反應(yīng)譜法是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要分析方法。文章采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）提供的振型分解反應(yīng)譜法，通過三個(gè)不同場地條件、不同高度的典型剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例，分析不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的差異，研究場地特征對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞：振型分解反應(yīng)譜法；場地特征；剪力墻結(jié)構(gòu)；地震響應(yīng)

1 概述

振型分解反應(yīng)譜法是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要分析方法。[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（以下簡稱《抗規(guī)》）以地震影響系數(shù)曲線的形式給出了地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。[2]相同地震烈度、相同場地條件時(shí)，影響地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的因素有很多，如震源機(jī)制、震級(jí)大小、震中距遠(yuǎn)近等。《抗規(guī)》考慮地震作用時(shí)，以地震烈度為基礎(chǔ)，通過場地特征周期Tg反映設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響。[3]其中，設(shè)計(jì)地震分組區(qū)分震源遠(yuǎn)近，場地類別體現(xiàn)場地土軟硬程度和覆蓋層厚度的影響。

文章采用振型分解反應(yīng)譜法，通過三個(gè)不同場地條件、不同高度的典型剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例，研究設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。

2 工程案例

工程一位于浙江省湖州市，6度（0.05g）區(qū)，剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地震分組第一組，Ⅲ類場地，場地特征周期0.45s，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.04，地上11層、地下1層，建筑平面長度21.2m、寬度12.6m，結(jié)構(gòu)高度31.9m，第一、第二階周期分別為1.229s、1.160s。

工程二位于福建省福州市，7度（0.10g）區(qū)，剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地震分組第二組，Ⅲ類場地，場地特征周期0.55s，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08，地上18層、地下1層，建筑平面長度35.9m、寬度20.6m，結(jié)構(gòu)高度52.4m，第一、第二階周期分別為1.791s、1.628s。

工程三位于安徽省阜陽市，7度（0.10g）區(qū)，剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)地震分組第一組，Ⅲ類場地，場地特征周期0.45s，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08，地上34層、地下1層，建筑平面長度33.5m、寬度16.4m，結(jié)構(gòu)高度98.6m，第一、第二階周期分別為3.085s、2.905s。

3 場地特征對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響

《抗規(guī)》以地震影響系數(shù)曲線的形式給出了地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，通過場地特征周期Tg反映設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響，不同的場地特征周期Tg對(duì)應(yīng)不同的地震影響系數(shù)曲線。以工程一為例，多遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)阻尼比？啄取5%，不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別的地震影響系數(shù)曲線如圖1所示。圖1中T1、T2對(duì)應(yīng)工程一的第一、第二階周期。

由圖2可知，設(shè)計(jì)地震分組和場地類別對(duì)應(yīng)的場地特征周期Tg越大，地震影響系數(shù)？琢值越大，且地震影響系數(shù)曲線受設(shè)計(jì)地震分組的影響要小于受場地類別的影響。場地特征對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響主要集中在地震影響系數(shù)曲線的速度控制段，對(duì)位移控制段影響較小，對(duì)加速度控制段則沒有影響。以工程一為例，第一、第二階周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段，不同設(shè)計(jì)地震分組對(duì)？琢值影響的變化幅度均勻，約15～20%，不同場地類別對(duì)？琢值影響的變化幅度差異較大，約25～40%。

4 場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響

根據(jù)SATWE的計(jì)算結(jié)果，不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別時(shí)，三個(gè)工程案例的X向結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)如表2、表3所示，X向結(jié)構(gòu)層間位移角曲線如圖3、圖4所示。

工程一的結(jié)構(gòu)基本周期較短，不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段。由表1可知，設(shè)計(jì)地震分組每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%；Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí)，場地類別每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%，Ⅳ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約40%。由圖2可知，不同設(shè)計(jì)地震分組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度均勻，Ⅳ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度增大較多。

工程二的結(jié)構(gòu)基本周期較短，不同設(shè)計(jì)地震分組及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段，Ⅰ1類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段。由表2可知，設(shè)計(jì)地震分組每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約15%；不同場地類別時(shí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的變化幅度差異較大，Ⅱ類場地較Ⅰ1類場地提高約10%，Ⅲ類場地較Ⅱ類場地提高約20%，Ⅳ類場地較Ⅲ類場地提高約30%。由圖3可知，不同設(shè)計(jì)地震分組時(shí)，層間位移角曲線變化幅度均勻，Ⅰ1、Ⅱ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度較小，Ⅲ、Ⅳ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度增大較多。

工程三的結(jié)構(gòu)基本周期較長，設(shè)計(jì)地震分組第三組及Ⅳ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段，設(shè)計(jì)地震分組第一組、第二組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段。由表3可知，不同設(shè)計(jì)地震分組時(shí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的變化幅度差異較大，第二組較第一組提高約5%，第三組較第二組提高約15%；Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí)，場地類別每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約5%，Ⅳ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%。由圖4可知，設(shè)計(jì)地震分組第一組、第二組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度均勻且幅度較小，設(shè)計(jì)地震分組第三組及Ⅳ類場地時(shí)，層間位移角曲線變化幅度增大較多。

綜上所述，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線均有較大影響，且場地類別的影響要大于設(shè)計(jì)地震分組的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段時(shí)，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)影響較大，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度均勻，Ⅳ類場地時(shí)，由于場地特征周期Tg提高較多，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度增大較多。隨著建筑高度增加、結(jié)構(gòu)周期延長，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響逐漸減小。當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段時(shí)，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)影響較小，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度較小。

5 結(jié)束語

文章采用振型分解反應(yīng)譜法，通過三個(gè)典型的剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例，研究場地特征對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，得到以下結(jié)論：（1）場地特征對(duì)地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響主要集中在地震影響系數(shù)曲線的速度控制段，對(duì)位移控制段影響較小，對(duì)加速度控制段則沒有影響。地震影響系數(shù)曲線受設(shè)計(jì)地震分組的影響要小于受場地類別的影響。（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段時(shí)，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)影響較大，設(shè)計(jì)地震分組或場地類別每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約15～20%，Ⅳ類場地時(shí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約30～40%。隨著建筑高度增加、結(jié)構(gòu)周期延長，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響逐漸減小。（3）當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段時(shí)，場地特征對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)影響較小，設(shè)計(jì)地震分組或場地類別每提高一級(jí)，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高不大于10%。

參考文獻(xiàn)

[1]趙西安.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的若干問題[J].建筑科學(xué)，1994（1）.

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