场地分界处设计特征周期修正的应用

师华强，张 栩

（中冶地集团西北岩土工程有限公司，陕西 西安 710119）

地震动参数加速度Am和特征周期Tg等是建设工程通过抗震设计得以实现防御地震破坏的重要量化指标[1]。土层参数、场地条件对场地的地震动参数有着重要影响。我国第五代地震动参数区划图采用双参数调整，基于Ⅱ类建筑场地，对地震动峰值加速度和特征周期进行了调整[2]。建筑场地类别的确定除对建筑抗震设防起着极其重要的作用以外，也对地震地质灾害评估、地震应急中灾害预警有着重要的作用[3]。

现行规范依据场地类别与设计地震分组确定特征周期存在突变现象[4-6]。同为地震设计分组第二组的，Ⅱ类和Ⅲ类场地的特征周期分别为0.4s与0.55s。而实际场地地层可能是呈连续性变化的，场地条件接近，等效剪切波速也相近。由于剪切波速正好处于规范规定的界限处，场地类比划分却相差一个等级，导致特征周期相差较大，设计水平地震剪切力差距较大，从而影响工程造价。规范针对此类情况，规定了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，允许按插值方法确定地震作用计算的特征周期。

1 工程概况

拟建场地位于陕西省咸阳市渭城区窑店镇，南距渭河约2.5km。地貌单元渭河左岸I级阶地。拟建25～29层住宅楼。勘探深度在80m左右，场地内土层主要组成如下。第四纪全新统（Q4）填土：以黏性土为主，土质不均匀，结构疏松，层厚为0.30～7.50m；冲积黄土状土：坚硬为主，局部硬，可塑，层厚0.40～4.80m；细砂层：稍湿，稍密～中密，厚度为2.60～11.40m；中砂层：湿～饱和，中密～密实，厚度为5.30～10.00m；粉质黏土层：可塑为主，厚度为1.10～3.00m；上更新统（Q3）中粗砂层：饱和，密实，局部含有中细砂、砾砂，厚度为8.80～14.40m；等等。

2 数据资料

为确定建筑场地类别，在每栋单体高层建筑物的钻孔中选取1个钻孔进行波速测试，共计9个钻孔，测试深度0.00～20.00m，测点竖向间距1.00m。试验采用单孔检层法，震源采用人工水平激振法，用RSM-24FD浮点工程动测仪采集数据，笔记本电脑进行系统控制。由于该场地地层均匀稳定，单孔20m实测剪切波速差别较小，文章选取剪切波速数值差别最大的3个钻孔进行试验，场地单孔实测剪切波速值如表1所示。

由场地实测剪切波速测试结果可知，由于本场地砂层比较厚，地面下20m深度范围内实测土层等效剪切波速vse为229.9～245.8m/s，250m/s。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）表4.1.6，等效剪切波速150m/s＜vse≤250m/s，场地覆盖层厚度3～50m时划分为Ⅱ类；场地覆盖层厚度＞50m时，划分为Ⅲ类场地。Ⅱ类与Ⅲ类场地类别不同，修正后场地的特征周期不同。为了准确判定场地类别需要查明改场地的覆盖层厚度，因此，在场地中布置了80m深的钻孔，做了80m剪切波速测试。0～20m测试间距为1m，20～60m测试间距为2m。测试仪器采用陕西省工程地震勘察研究院研制的RSM-JQV型井下测试探头，数据采集系统为中科院岩土力学所研制生产的RSM-24FD浮点工程测试仪，测试结果如图1所示。

图1 单孔实测剪切波速值

由图1可知，83m处剪切波速＞500m/s，根据区域资料及现场其他钻探揭示的场地地层情况，拟建场地内地层分布连续，未发现有突变或错断现象。场地内及其周围亦未发现其它不良地质作用和地质灾害。拟建场地及其影响范围内无全新活动断裂带分布，场地稳定，判定场地83m以下剪切波速均＞500m/s。依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.4节，按地面至剪切波速＞500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均≥500m/s的土层顶面的距离确定，场地覆盖层厚度取83m。综合其他钻孔的剪切波速结果，判断该建筑场地类别为Ⅲ类。查《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）附录A，西安市设计分组为第二组，依据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）8.2节，如表1可知，该场地修正后特征周期为0.55s。

表1 单孔实测剪切波速值

3 特征周期修正

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6条，当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。规范条文说明中解释了分界线附近指的是相差±15%的范围。该场地实测等效剪切波速vse为229.9～245.8m/s，满足规范条件分界线相差±15%的范围，可以使用插值方法确定场地的特征周期。

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6条条文说明图7dov-vse平面上等值线图，规范给出了在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速vse平面上用等步长和按线性规则改变步长的方案进行连续化插入，相邻等值线的Tg值均相差0.01s。

拟建建筑场地20.0m深度范围内的等效剪切波速测试计算结果vse为229.9～245.8m/s，剔除填土厚度较大的异常值，场地平均等效剪切波速vse=242.85m/s。取最不利条件，场地等效剪切波速取vse为229.9m/s进行插值。根据4.1.6条条文说明图7插入数值，场地的特征周期为0.49s（）。Ⅲ类场地设计地震分组第二组特征周期为0.55s，为中间值（Ⅲ类场地设计地震分组第二组场地特征周期范围值是045～0.65s）。由此得知，拟建场地经过插值方法确定地震作用计算所用的特征周期为0.49s。

4 结束语

在大型建构筑物设计中，特征周期是建筑结构抗震设计中确定反应谱的重要特征参数，其对建筑结构的抗震设计起到至关重要的作用，所以对特征周期合理取值的研究具有一定的现实意义[7]。文章基于现行建筑抗震设计规范采用设计地震分组及场地类别划分确定场地的特征周期，通过工程实例，采用差分法合理确定了场地的特征周期，对抗震设计及工程建筑投资起重要的作用。