浅谈设计反应谱特征周期影响因素的研究现状

摘要：设计反应谱是建筑结构抗震设计的依据，标定方法及其参数决定了设计反应谱的形状和抗震设计参数的取值，对确定结构的地震动输入和抗震设计至关重要。本文简要介绍了设计反应谱的特征参数，评述近年来各学者对特征周期研究的进展，分析设计反应谱特征周期的影响因素并讨论各因素对其的影响程度，对设计反应谱特征周期的确定、震级和震中距分组范围的合理性以及适用性等问题进行讨论。研究结果对特征周期合理取值的研究具有一定的实用价值。

关键词：设计反应谱;特征周期;衰减指数;影响因素

设计反应谱是经过标定后用于抗震设计的反应谱，设计反应谱的特征参数是指决定反应谱形状及其数值大小的参数，如平台值、特征周期和衰减指数等。我国 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震设计规范》（以下简称 16 版规范）规定设计反应谱特征周期考虑基本烈度、场地条件、震级、震中距的影响。大量学者对实际的强震记录研究发现，统计得出的反应谱特征周期取值与规范规定的值略有出入。

一、反应谱特征参数

设计反应谱是经过标定后用于抗震设计的反应谱，设计反应谱的特征参数是指决定反应谱形状及其数值大小的参数，如平台值、特征周期和衰减指数等。我国 GB50011—2010（2016 版）《建筑抗震设计规范》（以下简称 16 版规范）规定设计反应谱特征周期考虑基本烈度、场地条件、震级、震中距的影响。大量学者对实际的强震记录研究发现，统计得出的反应谱特征周期取值与规范规定的值略有出入。

设计反应谱的特征参数主要有地震影响系数最大值αmax（或动力放大系数βmax）即平台值、特征周期Tg、衰减指数γ、直线下降段斜率调整系数η1、阻尼调整系数η2等。

地震影响系数α用来计算结构的地震作用： F=α·G。地震影响系数αmax是设计反应谱的最大值，是一个平行于坐标横轴的平台段。我国建筑抗震规范规定，αmax根据设计基本烈度来确定，没有考虑场地条件的影响。有时设计反应谱也用放大系数 β来表示。地震影响系数与放大系数之间的关系：αmax = k·βmax 。

特征周期Tg是设计加速度反应谱曲线下降段起始点对应的周期，它反映地震动的频谱特性。特征周期的研究对工程领域具有重要意义，但它没有明确的物理意义。在16版规范中，特征周期是根据场地类别和设计地震分组来确定其取值，它并不是一个固定的值，受场地条件、地震大小、距离远近等因素的影响。

衰减指数γ在设计反应谱曲线下降段起着重要作用，我国建筑抗震规范规定衰减指数通过阻尼比来调整。随着高层建筑的不断兴起，应重视长周期段的研究特别是衰减指数取值的问题，以免造成不必要的安全风险和资源浪费。

二、特征周期的影响因素

反应谱的特征周期反映了地震动的频谱特性，其取值的大小决定了平台值的宽窄，对结构的抗震设计起关键作用。特征周期的影响因素有很多，震源特性、传播路径，震级大小、传播距离、地壳结构等。在这些因素中，场地条件、震级和震中距是相对易于考虑的因素。

1.场地条件对特征周期的影响

周锡元等对GBJ11-89《建筑抗震设计规范》中有关场地分类和设计反应谱特征周期Tg的规定在执行过程中提出的问题进行讨论，对比国外抗震设计规范中的场地分类标准和相应的Tg值，发现我国规范取值约偏小30%，并建议用插值方法细化场地类别与特征周期的取值。李小军等研究了4类场地条件对特征周期的影响规律，研究表明相同地震动输入下，Ⅰ类场地到Ⅳ类场地地震动长周期成分明显增加，且对于Ⅲ、Ⅳ类场地其放大系数反应谱较长周期处的值远比我国建筑抗震设计规定的谱值大。夏蕊芳等、郭晓云等分别利用美国和我国汶川强震记錄研究了场地类别对特征周期的影响规律，普遍认为场地类别越高，特征周期值越大。我国学者对场地类别如何影响反应谱特征周期的取值做了大量研究，发现随着场地变软，特征周期值略有增大趋势。

2.震级、震中距对特征周期的影响

随着我国强震台网布置数量的增加，强震记录也逐渐增多，很多学者开始研究震级、震中距对特征周期的影响规律。刘文锋等收集美国、日本、中国台湾等 1491条地震记录震级以5-6、6-7、7-8; 震中距以 0

三、结论

设计反应谱主要反应场地地震动的幅值特性和频谱特性，反应谱的特征周期对结构的抗震设计具有关键作用。本文阐述了关于设计反应谱特征周期影响因素的研究现状。对比不同学者对特征周期的研究成果，总结发现场地条件、震级、震中距对特征周期的取值影响较大，且统计得出特征周期的取值与规范略有出入。希望给从事工程抗震领域的技术人员提供研究思路，为今后规范关于反应谱特征参数的完善和修订起到一定的促进作用。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范GB50011-2010[M].中国建筑工业出版社，2016.

[2]郭明珠，等.反应谱特征周期的统计分析[J].防灾科技学院学报，2016， 18（1）：9.

[3]赵培培，等.川滇甘陕地区设计反应谱特征周期的统计分析[J].世界地震工程，2017，33（2）：8.

[4]夏蕊芳，闫帅平等.设计特征周期的影响因素[J].土木工程与管理学报， 2012，29（2）：4.

[5]郭晓云，薄景山等.汶川地震反应谱特征周期统计分析[J].地震工程与工程振动，2013，33（2）：5.

[6]李小军，彭青.不同类别场地地震动参数的计算分析[J].地震工程与工程振动，2001，21（1）：8.

[作者简介]罗家伦（1997.12-）男，汉族，四川省绵阳市人，西华大学应急管理学院硕士研究生在读，主要研究方向：结构抗震及工程安全。