淺談設計反應譜特征周期影響因素的研究現狀

摘要：設計反應譜是建筑結構抗震設計的依據，標定方法及其參數決定了設計反應譜的形狀和抗震設計參數的取值，對確定結構的地震動輸入和抗震設計至關重要。本文簡要介紹了設計反應譜的特征參數，評述近年來各學者對特征周期研究的進展，分析設計反應譜特征周期的影響因素并討論各因素對其的影響程度，對設計反應譜特征周期的確定、震級和震中距分組范圍的合理性以及適用性等問題進行討論。研究結果對特征周期合理取值的研究具有一定的實用價值。

關鍵詞：設計反應譜;特征周期;衰減指數;影響因素

設計反應譜是經過標定后用于抗震設計的反應譜，設計反應譜的特征參數是指決定反應譜形狀及其數值大小的參數，如平臺值、特征周期和衰減指數等。我國 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震設計規范》（以下簡稱 16 版規范）規定設計反應譜特征周期考慮基本烈度、場地條件、震級、震中距的影響。大量學者對實際的強震記錄研究發現，統計得出的反應譜特征周期取值與規范規定的值略有出入。

一、反應譜特征參數

設計反應譜是經過標定后用于抗震設計的反應譜，設計反應譜的特征參數是指決定反應譜形狀及其數值大小的參數，如平臺值、特征周期和衰減指數等。我國 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震設計規范》（以下簡稱 16 版規范）規定設計反應譜特征周期考慮基本烈度、場地條件、震級、震中距的影響。大量學者對實際的強震記錄研究發現，統計得出的反應譜特征周期取值與規范規定的值略有出入。

設計反應譜的特征參數主要有地震影響系數最大值αmax（或動力放大系數βmax）即平臺值、特征周期Tg、衰減指數γ、直線下降段斜率調整系數η1、阻尼調整系數η2等。

地震影響系數α用來計算結構的地震作用： F=α·G。地震影響系數αmax是設計反應譜的最大值，是一個平行于坐標橫軸的平臺段。我國建筑抗震規范規定，αmax根據設計基本烈度來確定，沒有考慮場地條件的影響。有時設計反應譜也用放大系數 β來表示。地震影響系數與放大系數之間的關系：αmax = k·βmax 。

特征周期Tg是設計加速度反應譜曲線下降段起始點對應的周期，它反映地震動的頻譜特性。特征周期的研究對工程領域具有重要意義，但它沒有明確的物理意義。在16版規范中，特征周期是根據場地類別和設計地震分組來確定其取值，它并不是一個固定的值，受場地條件、地震大小、距離遠近等因素的影響。

衰減指數γ在設計反應譜曲線下降段起著重要作用，我國建筑抗震規范規定衰減指數通過阻尼比來調整。隨著高層建筑的不斷興起，應重視長周期段的研究特別是衰減指數取值的問題，以免造成不必要的安全風險和資源浪費。

二、特征周期的影響因素

反應譜的特征周期反映了地震動的頻譜特性，其取值的大小決定了平臺值的寬窄，對結構的抗震設計起關鍵作用。特征周期的影響因素有很多，震源特性、傳播路徑，震級大小、傳播距離、地殼結構等。在這些因素中，場地條件、震級和震中距是相對易于考慮的因素。

1.場地條件對特征周期的影響

周錫元等對GBJ11-89《建筑抗震設計規范》中有關場地分類和設計反應譜特征周期Tg的規定在執行過程中提出的問題進行討論，對比國外抗震設計規范中的場地分類標準和相應的Tg值，發現我國規范取值約偏小30%，并建議用插值方法細化場地類別與特征周期的取值。李小軍等研究了4類場地條件對特征周期的影響規律，研究表明相同地震動輸入下，Ⅰ類場地到Ⅳ類場地地震動長周期成分明顯增加，且對于Ⅲ、Ⅳ類場地其放大系數反應譜較長周期處的值遠比我國建筑抗震設計規定的譜值大。夏蕊芳等、郭曉云等分別利用美國和我國汶川強震記錄研究了場地類別對特征周期的影響規律，普遍認為場地類別越高，特征周期值越大。我國學者對場地類別如何影響反應譜特征周期的取值做了大量研究，發現隨著場地變軟，特征周期值略有增大趨勢。

2.震級、震中距對特征周期的影響

隨著我國強震臺網布置數量的增加，強震記錄也逐漸增多，很多學者開始研究震級、震中距對特征周期的影響規律。劉文鋒等收集美國、日本、中國臺灣等 1491條地震記錄震級以5-6、6-7、7-8; 震中距以 0

三、結論

設計反應譜主要反應場地地震動的幅值特性和頻譜特性，反應譜的特征周期對結構的抗震設計具有關鍵作用。本文闡述了關于設計反應譜特征周期影響因素的研究現狀。對比不同學者對特征周期的研究成果，總結發現場地條件、震級、震中距對特征周期的取值影響較大，且統計得出特征周期的取值與規范略有出入。希望給從事工程抗震領域的技術人員提供研究思路，為今后規范關于反應譜特征參數的完善和修訂起到一定的促進作用。

參考文獻

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[6]李小軍，彭青.不同類別場地地震動參數的計算分析[J].地震工程與工程振動，2001，21（1）：8.

[作者簡介]羅家倫（1997.12-）男，漢族，四川省綿陽市人，西華大學應急管理學院碩士研究生在讀，主要研究方向：結構抗震及工程安全。