經(jīng)過幾年的云南結(jié)構(gòu)人的不懈努力，隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在各設(shè)計(jì)院都已經(jīng)越來越熟悉。從研究生畢業(yè)到現(xiàn)在筆者也一直在進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，過程中筆者參與了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部課題“建筑隔震設(shè)計(jì)施工管理措施研究”、省里的地方規(guī)程《建筑工程疊層橡膠隔震支座性能要求和檢測(cè)規(guī)范》、《建筑工程疊層橡膠隔震支座施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《隔震工程專用標(biāo)識(shí)技術(shù)規(guī)程》等等。但是在不斷的學(xué)習(xí)和工作中仍然有不少的問題會(huì)突然間冒出來，下面這個(gè)是我在有一年的云南結(jié)構(gòu)年會(huì)做的一個(gè)思考，但這么多年來這個(gè)問題一直困擾著我，我也在工作中一直不斷尋求更加清晰的解決方法來指導(dǎo)自己的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在貼出來算是拋磚引玉，后面我會(huì)再把自己最近的想法做個(gè)闡述。
一、近場(chǎng)地震影響問題的提出
采用隔震技術(shù)能明顯提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此隔震結(jié)構(gòu)在高烈度地區(qū)的應(yīng)用越來越多。昆明市東川區(qū)（設(shè)防烈度為9度，0.40g）城區(qū)內(nèi)的很多房地產(chǎn)、學(xué)校、醫(yī)院等工程都采用了隔震技術(shù)，而東川區(qū)整個(gè)城區(qū)距離小江斷裂帶的距離幾乎均在10km范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)外雖然對(duì)于近斷層地震影響的研究還不夠充分，但從震害及相關(guān)研究分析表明，其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響不能忽略，尤其是對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)如隔震結(jié)構(gòu)的影響很大。
我國(guó)規(guī)范、規(guī)程中對(duì)如何考慮近場(chǎng)影響的做了如下規(guī)定：
（1）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010第3.10.3條建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計(jì)應(yīng)符合的要求，其中包括對(duì)處于發(fā)震斷裂兩側(cè)10km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，5km以內(nèi)宜乘以增大系數(shù)1.5,5km以外宜乘以不小于1.25的增大系數(shù)。
（2）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010第12.2.2條規(guī)定，當(dāng)處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)時(shí)，輸入地震波應(yīng)考慮近場(chǎng)影響系數(shù)，5km以內(nèi)取1.5，5km以外可取不小于1.25。條文解釋中提到，當(dāng)隔震結(jié)構(gòu)位于發(fā)震斷裂主斷裂帶10km以內(nèi)時(shí)，要求各個(gè)設(shè)防類別的房屋均應(yīng)計(jì)及地震近場(chǎng)效應(yīng)。
（3）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010附錄l.1.3條提到近場(chǎng)系數(shù)的概念。其中，距發(fā)震斷層5km 以內(nèi)取1.5；（5～10）km 取不小于1.25。
（4）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010第5.3.4條和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》jgj3-2010第4.3.14條文說明中提到，對(duì)處于發(fā)震斷裂10km以內(nèi)的場(chǎng)地，豎向反應(yīng)譜的最大值可能接近水平譜，但特征周期小于水平譜。
我國(guó)規(guī)范對(duì)近場(chǎng)影響有相對(duì)較明確的規(guī)定且主要針對(duì)隔震結(jié)構(gòu)，但如何在設(shè)計(jì)中尤其是隔震設(shè)計(jì)中執(zhí)行，就是擺在我們面前的首要問題。因此，我認(rèn)為需解決以下幾個(gè)問題。
（1）我國(guó)規(guī)范對(duì)于近場(chǎng)影響僅從地震作用的大小上進(jìn)行了規(guī)定，也即對(duì)水平地震作用影響系數(shù)或時(shí)程曲線的峰值加速度進(jìn)行放大，這樣的規(guī)定是否充分？
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮近場(chǎng)影響的先決條件是哪些？
（3）考慮近場(chǎng)影響的設(shè)計(jì)方法及如何執(zhí)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。
二、近場(chǎng)地震動(dòng)的特性
近場(chǎng)地震動(dòng)是指當(dāng)震源距較小時(shí),震源輻射地震波中的近場(chǎng)和中場(chǎng)項(xiàng)不能忽略的區(qū)域的地震動(dòng)。到目前為止,近斷層區(qū)域沒有一個(gè)統(tǒng)一的具體定義,大部分研究人員將距離斷層破裂面小于20km的區(qū)域看作近斷層區(qū)域。
近場(chǎng)地震動(dòng)的特性在幾次地震中都有表現(xiàn)，如美國(guó)北嶺地震、日本阪神地震、臺(tái)灣集集地震，以高能量脈沖運(yùn)動(dòng)為特征，包含有方向性效應(yīng)和豎向加速度較大的特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)直接承受高能沖擊，對(duì)結(jié)構(gòu)的力和變形的要求都顯著提高。
一般來說,近斷層脈沖型地震動(dòng)的加速度、速度和位移時(shí)程幅值較大；低頻分量豐富,特征周期延長(zhǎng)；持時(shí)較短；斷層走向的法向分量和平行分量的地震動(dòng)特征和強(qiáng)度差別顯著。
（1）速度脈沖效應(yīng)。近場(chǎng)記錄得到的地震時(shí)程曲線可以發(fā)現(xiàn)，近場(chǎng)記錄中包含明顯的脈沖現(xiàn)象。
（2）方向性效應(yīng)。近場(chǎng)地面運(yùn)動(dòng)在垂直地層斷裂方向上的強(qiáng)度往往大于平行斷裂方向的強(qiáng)度，越靠近震中方向性越是明顯。斷層在破裂過程中會(huì)不斷向外輻射傳播能量，在近斷層范圍內(nèi)，當(dāng)斷層破裂方向朝著場(chǎng)地時(shí)，且斷層破裂速度接近場(chǎng)地的剪切波速，則破裂到達(dá)場(chǎng)地的時(shí)候，斷層在破裂的過程中向外輻射釋放的能量也將同時(shí)到達(dá)場(chǎng)地，斷層破裂速度越接近場(chǎng)地剪切波速累計(jì)效應(yīng)也就越明顯。由于前方向性效應(yīng)具有明顯的脈沖特點(diǎn)，并能對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，故一般只考慮前方向性效應(yīng)。
（3）豎向加速度效應(yīng)。地震中一般豎向加速度比相應(yīng)的水平加速度要小，峰值通常被假設(shè)為水平方向的2/3。盡管豎向加速度對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說意義不是很大，但是對(duì)于近場(chǎng)來說并非總是如此，越來越多的近場(chǎng)加速度記錄表明2/3這個(gè)值是偏小的。近場(chǎng)地震中有相當(dāng)比例的房屋是因?yàn)檫^大的豎向作用而破壞的。對(duì)于近場(chǎng)地震，2/3這個(gè)傳統(tǒng)數(shù)值是偏小的，而對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)地震，這個(gè)數(shù)值是偏于保守的。
三、近場(chǎng)地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響
在近場(chǎng)地震中，位移沖擊對(duì)高層及基底隔震結(jié)構(gòu)延性的要求遠(yuǎn)大于目前規(guī)范所規(guī)定的水平。由于具有明顯的加速度，速度，位移沖擊，近場(chǎng)地震會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的基底剪力，層間位移和頂層位移，從近場(chǎng)記錄得到的非彈性位移比也遠(yuǎn)大于由遠(yuǎn)場(chǎng)記錄所得到的值。震害表明斷層附近是地震破壞最嚴(yán)重的區(qū)域，由于工程建設(shè)上的需要, 美國(guó)和歐洲的抗震規(guī)范都開始考慮近斷層場(chǎng)地的地震動(dòng)輸入修正方法。美國(guó)統(tǒng)一建筑規(guī)范(ubc)按照斷層的活動(dòng)性分為a、b、c三類,針對(duì)這3個(gè)等級(jí)的斷層修正斷層距10km以內(nèi)場(chǎng)地的地震動(dòng)參數(shù)。我國(guó)和歐洲規(guī)范也有類似規(guī)定,但這只是一些初步的修正方法,沒有考慮斷層附近地震動(dòng)的空間分布規(guī)律和時(shí)頻特征。
研究分析表明，向前方向性效應(yīng)脈沖主要增大高階振型響應(yīng),從而結(jié)構(gòu)中上部層間變形較大?；瑳_效應(yīng)脈沖主要激起結(jié)構(gòu)的基本振型響應(yīng),從而結(jié)構(gòu)底部層間變形較大。
在近斷層地震區(qū)決定地震動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素不完全是峰值加速度，還包括峰值速度、峰值位移、pgv/pga、pgd/pgv、脈沖持時(shí)等其他參數(shù)。因?yàn)榉逯导铀俣群艽蟮牡卣饎?dòng)作用于建筑結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)并不一定就相應(yīng)地大。
四、考慮近場(chǎng)影響的先決條件及建議
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010中明確規(guī)定處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)考慮近場(chǎng)影響。
發(fā)震斷層顧名思義是指發(fā)生地震的斷層，又稱發(fā)震斷裂，是活斷層中的一種。有過破壞性歷史地震記錄及被查明全新世以來有過中強(qiáng)史前地震活動(dòng)的斷裂。由發(fā)震斷層錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生的地震，發(fā)震斷層為地震能量的釋放中心，與其距離越近的場(chǎng)地震害越重，具有潛在地震活動(dòng)的斷層通常稱為發(fā)震斷層，而與地震活動(dòng)沒有成因聯(lián)系的一般斷層，稱為非發(fā)震斷層。
距發(fā)震斷層某一特定的范圍內(nèi)應(yīng)考慮近場(chǎng)影響。距離發(fā)震斷層的遠(yuǎn)近及是否存在發(fā)震斷層，應(yīng)該在地勘報(bào)告中有所體現(xiàn)。另，近場(chǎng)地震對(duì)特定的結(jié)構(gòu)形式影響大如隔震結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)周期的高層結(jié)構(gòu)、大跨度的鋼結(jié)構(gòu)等。綜合以上所述，如下建議：
（1）對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)周期的高層結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)等應(yīng)注意考慮近場(chǎng)影響；
（2）地勘報(bào)告中應(yīng)對(duì)以上結(jié)構(gòu)形式的場(chǎng)地距發(fā)震斷層的距離及是否為發(fā)震斷層進(jìn)行明確；
（3）對(duì)一般的丙類建筑，處于10km以內(nèi)時(shí)考慮近場(chǎng)影響；對(duì)于乙類建筑，處于20km以內(nèi)時(shí)考慮近場(chǎng)影響。
五、近場(chǎng)影響的分析方法
考慮近場(chǎng)影響時(shí)，可以采用近場(chǎng)影響系數(shù)的方法，如處于發(fā)震斷層10km-20km時(shí)，取1.1-1.2；5km-10km時(shí)，取1.25；5km以內(nèi)時(shí)取1.5。
在近場(chǎng)地震動(dòng)選取時(shí)，應(yīng)區(qū)別于一般工程的地震動(dòng)選取。即在滿足于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50011-2010的相關(guān)規(guī)定以外，對(duì)實(shí)際地震動(dòng)的選取應(yīng)限定其震中距、速度脈沖的持續(xù)時(shí)間、pga與pga的大小等進(jìn)行限制。
筆者在查閱相關(guān)研究成果后建議，按下列條件選取實(shí)際地震波：
（1）震中距小于20km；
（2）pga>0.20g、pgv>20cm/s、pgv/pga>0.2；
（3）速度脈沖的持時(shí)不小于0.5s。
在采用考慮近場(chǎng)影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，可以按下述方法：（以隔震結(jié)構(gòu)為例）
（1）按照上述方法選取實(shí)際地震波及人工合成地震波；
（2）將考慮了近場(chǎng)影響系數(shù)的地震波輸入計(jì)算模型，并通過對(duì)比得到的樓層剪力比或傾覆力矩比，確定水平向減震系數(shù)；
（3）通過水平向減震系數(shù)確定隔震后水平地震影響系數(shù)最大值，其中隔震后水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以近場(chǎng)影響系數(shù)。
六、幾點(diǎn)疑問
（1）考慮近場(chǎng)影響時(shí)，豎向地震作用是否也需一并放大。如不一并放大，抗規(guī)中對(duì)于豎向地震作用不小于20%、30%、40%重力荷載代表值的規(guī)定，是否能夠包羅近場(chǎng)影響。
（2）考慮按筆者收集匯總的方法選擇得到的實(shí)際地震波進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，是否可以不再進(jìn)行近場(chǎng)影響系數(shù)的放大。
（3）筆者所述的隔震后水平地震影響系數(shù)最大值乘以近場(chǎng)影響系數(shù)是否正確。是否只需按抗規(guī)的規(guī)定在輸入地震波時(shí)考慮近場(chǎng)影響系數(shù)即可，換算后的水平地震影響系數(shù)最大值可不再進(jìn)行放大。