建筑抗震设计：场地类别对抗震设防标准调整

1.场地类别

（1）场地土是地震波传播的介质

地震导致结构物的破坏大体上有下述三种情况：

1）结构物在地面运动作用下产生剧烈振动过程中，因结构强度不足、变形过大、连接破坏、构件失稳或整体倾覆而破坏。

2）地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对其上部结构物构成直接危害。

3）地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效，对其上部结构物造成破坏。

按照结构物的破坏性质可将上述三种震害分成两类：

1）振动破坏，即地震作用使结构物产生惯性力，它附加在静荷载之上，最终导致总应力超过材料强度而达到破坏状态。大多数结构的震害属于这一类。此即上述第1）种破坏原因导致结构物的破坏。

2）地基失效，结构物本身具有足够的抗震能力，在振动作用下本不致破坏，但是由于地基沉陷、失稳等原因导致结构开裂、倾斜（甚至倾倒）、下沉，或者使结构物损坏，或者使结构物不能正常使用。此即上述第2）、3）种破坏原因导致结构物的破坏。

地基失效的原因不外乎地震断裂引起的地表错位、构造性地裂、大面积地震液化和软土震陷、滑移、不均匀地基的差异沉降等，直接研究地基的失效原因即能找出相应对策。

振动破坏是由于结构强度不足、过大变形、连接破坏、构件失稳或整体倾覆而破坏。看似与地基土无关，其实不然。结构物基础之下持力层的土，即所谓“场地土”，在地震作用下，场地土既是结构物的地基（支承上部结构物传来的各种荷载），又是地震波传播的介质，场地土的土层条件将影响地表地震动的大小和特征，即具有放大作用和滤波效应。它在地震期间及震后的表现，直接影响上部结构物的破坏程度。

地震时，地震波是通过地层内的不同介质达到地球表面，并通过建筑物所在的场地对地面建筑物施加影响。建筑物所在区域性的地质和地形地貌特征等对地震的影响是很大的，而局部地质、地形条件的差异，也会在一定的区域内产生不同的地震影响。建筑物所在场地的工程地质条件千差万别，不同场地对地震波的反应也不同，对建筑物的破坏程度的影响也将不同。为了正确地进行建筑物的抗震设计，就必须掌握场地土的特性，尤其是其动力特性。

（2）场地的地震影响

震害调查表明，不同覆盖层厚度上的建筑物，其震害明显不同。在冲积层最厚的地方，高层建筑破坏较严重，在覆盖层为中等厚度的一般地基上，中等高度的一般房屋破坏比高层建筑严重，在基岩上的各类房屋，破坏普遍较轻。

震害调查还表明，地下水位对建筑物震害也有明显影响。地下水位越高，建筑物震害越重。在不同的地基中，地下水位的影响也有差别，对软弱土层的影响最大，黏性土次之，对卵石、砾石、碎石、角砾石的影响较小。

通过对震害现象的分析。可以发现以下的规律：

1）在软土地基上，柔性结构容易遭到破坏，刚性结构表现较好；在坚硬地基上，柔性结构表现较好，而刚性结构表现不一，有的表现较差，有的表现较好，常出现矛盾现象。

2）在坚硬地基上，建筑物的破坏通常是由于结构破坏而产生的；在软弱地基上，则有时是由于结构破坏，有时是由于砂土液化、软土震陷和地基不均匀沉降等造成的地基失效所致。

3）就地面建筑物总的破坏现象来说，在软弱地基上的破坏比坚硬地基上的破坏要严重。

（3）场地土的动力特性

浅层土的固有周期，即其自振周期，是场地土的重要动力特征之一，是评价场地总体动力特性的一个指标。多层土的固有周期具有下列特点：

1）硬夹层的存在使多层土的固有周期略为减小，而且随着夹层愈靠近基底，减小愈明显。

2）软夹层的存在使多层土的固有周期增大，其增大的程度与夹层位置有关，夹层愈靠近基底，固有周期增大愈多，最多可增大1/3左右。

3）硬表层厚度的变化对固有周期的影响与硬夹层的影响相似，使固有周期有所减小。

4）土层的固有周期与覆盖层厚度具有良好的相关性，土层的固有周期随覆盖层厚度的增大而增加。

（4）放大作用和滤波作用

图1.5.1是地震波由基岩通过场地土传播到地表的示意图。场地土对于从基岩传来的入射波具有放大作用和滤波作用。

图1.5.1 地震波由基岩通过场地土传播到地表的示意图

1）场地土对于从基岩传来的入射波具有放大作用。(www.xing528.com)

从震源传来的地震波是由许多频率不同的谐波分量叠加而成的。地震波中与场地土层固有周期相近的谐波分量被放大，当地震动中主导谐波分量的周期与该地点土层的固有周期一致时，发生类共振现象，使地表面的振幅大大增加，从而使该波引起地表土层的振动最为激烈。

2）场地土对于从基岩传来的入射波又具有滤波作用。

图1.5.2 场地土的放大和滤波作用

场地土对于从基岩传来的入射波中与场地土层固有周期不同的谐波分量又具有滤波作用，因此，土质条件对于改变地震波的频率特性具有重要的作用。

由此可见，当基岩入射来的大小和周期不同的波群进入地表土层时，土层会使一些与土层固有周期相一致的某些频率波群放大并通过，而将另一些与土层固有周期不一致的某些频率波群缩小或滤掉（图1.5.2）。由于表层土的滤波作用，使坚硬场地的地震动以短周期为主，而软弱场地土的地震动则以长周期为主。又由于地表土层的放大作用，使坚硬场地土的地震动加速度幅值在短周期范围内局部增大；同时，使软弱场地土的地震动加速度幅值在长周期范围内局部增大。根据上述建筑场地上建筑物的共振效应，就不难解释为何坚硬场地土自振周期短的刚性建筑物和软弱场地上长周期柔性建筑物的震害均会增大。

综上所述，建筑场地的特性对建筑物的地震反应有很大的影响。为此，《建筑抗震设计规范》将场地的类别划分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其分类的依据由场地土类型和覆盖层厚度两个要素决定，第三章将作详细讨论。

2.“抗震设防烈度”的调整

在抗震设计中如何考虑场地类别的影响，《建筑抗震设计规范》提出调整“抗震设防烈度”的方法。即在确定“抗震设防标准”时考虑场地的放大作用或滤波效应。考虑场地类别的调整仅适用于“抗震构造措施”。

《建筑抗震设计规范》规定：

3.3.2 建筑场地为Ⅰ类时，对甲、乙类的建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；对丙类的建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。

3.3.3 建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，除本规范另有规定外，宜分别按抗震设防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）时各抗震设防类别建筑的要求采取抗震构造措施。

【例1.5.9】 某丙类建筑所在场地为Ⅰ类，设防烈度为6度，其抗震构造措施应按何项要求处理（ ）。

（A）7度 （B）5度

（C）6度 （D）处于不利地段时，7度

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第3.3.2条，建筑场地为Ⅰ类时，对丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍按6度的要求采取抗震构造措施。

【例1.5.10】 某乙类多层建筑所在场地为Ⅰ类，抗震设防烈度为6度，确定其抗震构造措施，应按下列何项要求处理？（ ）

（A）6度 （B）7度 （C）8度 （D）不能确定

答案：（A）

根据《建筑抗震设计规范》第3.3.2条规定，Ⅰ类场地，乙类建筑抗震构造措施可按本地区抗震设防烈度要求处理，即取6度。

【例1.5.11】 某丙类多层建筑所在场地为Ⅰ类，抗震设防烈度为7度，确定其抗震构造措施时应按下列何项要求处理？（ ）

（A）6度 （B）7度 （C）8度 （D）不能确定

答案：（A）

根据《建筑抗震设计规范》第3.3.2条规定，对丙类建筑抗震构造措施应允许按本地区设防烈度降低1度的要求采取抗震构造措施，即按6度处理。

【例1.5.12】 某丙类多层建筑所在场地为Ⅳ类场地，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，其房屋抗震构造措施应按下列何项要求处理？（ ）

（A）6度 （B）7度 （C）8度 （D）9度

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第3.3.3条规定，T_g=0.15g时，抗震构造措施按抗震设防烈度8度的要求处理。