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)計在各設(shè)計院都已經(jīng)越來越熟悉。從研究生畢業(yè)到現(xiàn)在筆者也一直在進行隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計，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規(guī)范》、《建筑工程疊層橡膠隔震支座施工及驗收規(guī)范》、《隔震工程專用標識技術(shù)規(guī)程》等等。但是在不斷的學習和工作中仍然有不少的問題會突然間冒出來，下面這個是我在有一年的云南結(jié)構(gòu)年會做的一個思考，但這么多年來這個問題一直困擾著我，我也在工作中一直不斷尋求更加清晰的解決方法來指導自己的設(shè)計�，F(xiàn)在貼出來算是拋磚引玉，后面我會再把自己最近的想法做個闡述。
一、近場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)、學校、醫(yī)院等工程都采用了隔震技術(shù)，而東川區(qū)整個城區(qū)距離小江斷裂帶的距離幾乎均在10km范圍內(nèi)。國內(nèi)外雖然對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，其對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響不能忽略，尤其是對于長周期結(jié)構(gòu)如隔震結(jié)構(gòu)的影響很大。
我國規(guī)范、規(guī)程中對如何考慮近場影響的做了如下規(guī)定：
（1）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010第3.10.3條建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計應(yīng)符合的要求，其中包括對處于發(fā)震斷裂兩側(cè)10km以內(nèi)的結(jié)構(gòu)，地震動參數(shù)應(yīng)計入近場影響，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)計規(guī)范》GB50011-2010第12.2.2條規(guī)定，當處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)時，輸入地震波應(yīng)考慮近場影響系數(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，當隔震結(jié)構(gòu)位于發(fā)震斷裂主斷裂帶10km以內(nèi)時，要求各個設(shè)防類別的房屋均應(yīng)計及地震近場效應(yīng)。
（3）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010附錄L.1.3條提到近場系數(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，對處于發(fā)震斷裂10km以內(nèi)的場地，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。
我國規(guī)范對近場影響有相對較明確的規(guī)定且主要針對隔震結(jié)構(gòu)，但如何在設(shè)計中尤其是隔震設(shè)計中執(zhí)行，就是擺在我們面前的首要問題。因此，我認為需解決以下幾個問題。
（1）我國規(guī)范對于近場影響僅從地震作用的大小上進行了規(guī)定，也即對水平地震作用影響系數(shù)或時程曲線的峰值加速度進行放大，這樣的規(guī)定是否充分？
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計需考慮近場影響的先決條件是哪些？
（3）考慮近場影響的設(shè)計方法及如何執(zhí)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。
二、近場地震動的特性
近場地震動是指當震源距較小時,震源輻射地震波中的近場和中場項不能忽略的區(qū)域的地震動。到目前為止,近斷層區(qū)域沒有一個統(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。
近場地震動的特性在幾次地震中都有表現(xiàn)，如美國北嶺地震、日本阪神地震、臺灣集集地震，以高能量脈沖運動為特征，包含有方向性效應(yīng)和豎向加速度較大的特點，使結(jié)構(gòu)直接承受高能沖擊，對結(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的加速度、速度和位移時程幅值較大；低頻分量豐富,特征周期延長；持時較短；斷層走向的法向分量和平行分量的地震動特征和強度差別顯著。
（1）速度脈沖效應(yīng)。近場記錄得到的地震時程曲線可以發(fā)現(xiàn)，近場記錄中包含明顯的脈沖現(xiàn)象。
（2）方向性效應(yīng)。近場地面運動在垂直地層斷裂方向上的強度往往大于平行斷裂方向的強度，越靠近震中方向性越是明顯。斷層在破裂過程中會不斷向外輻射傳播能量，在近斷層范圍內(nèi)，當斷層破裂方向朝著場地時，且斷層破裂速度接近場地的剪切波速，則破裂到達場地的時候，斷層在破裂的過程中向外輻射釋放的能量也將同時到達場地，斷層破裂速度越接近場地剪切波速累計效應(yīng)也就越明顯。由于前方向性效應(yīng)具有明顯的脈沖特點，并能對工程結(jié)構(gòu)造成嚴重的破壞，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。盡管豎向加速度對大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計來說意義不是很大，但是對于近場來說并非總是如此，越來越多的近場加速度記錄表明2/3這個值是偏小的。近場地震中有相當比例的房屋是因為過大的豎向作用而破壞的。對于近場地震，2/3這個傳統(tǒng)數(shù)值是偏小的，而對于遠場地震，這個數(shù)值是偏于保守的。
三、近場地震對結(jié)構(gòu)的影響
在近場地震中，位移沖擊對高層及基底隔震結(jié)構(gòu)延性的要求遠大于目前規(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，近場地震會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的基底剪力，層間位移和頂層位移，從近場記錄得到的非彈性位移比也遠大于由遠場記錄所得到的值。震害表明斷層附近是地震破壞最嚴重的區(qū)域，由于工程建設(shè)上的需要, 美國和歐洲的抗震規(guī)范都開始考慮近斷層場地的地震動輸入修正方法。美國統(tǒng)一建筑規(guī)范(UBC)按照斷層的活動性分為A、B、C三類,針對這3個等級的斷層修正斷層距10km以內(nèi)場地的地震動參數(shù)。我國和歐洲規(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的空間分布規(guī)律和時頻特征。
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)決定地震動強度的關(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、脈沖持時等其他參數(shù)。因為峰值加速度很大的地震動作用于建筑結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)并不一定就相應(yīng)地大。
四、考慮近場影響的先決條件及建議
《建筑抗震設(shè)計規(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史前地震活動的斷裂。由發(fā)震斷層錯動而產(chǎn)生的地震，發(fā)震斷層為地震能量的釋放中心，與其距離越近的場地震害越重，具有潛在地震活動的斷層通常稱為發(fā)震斷層，而與地震活動沒有成因聯(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)考慮近場影響。距離發(fā)震斷層的遠近及是否存在發(fā)震斷層，應(yīng)該在地勘報告中有所體現(xiàn)。另，近場地震對特定的結(jié)構(gòu)形式影響大如隔震結(jié)構(gòu)、長周期的高層結(jié)構(gòu)、大跨度的鋼結(jié)構(gòu)等。綜合以上所述，如下建議：
（1）對于隔震結(jié)構(gòu)、長周期的高層結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)等應(yīng)注意考慮近場影響；
（2）地勘報告中應(yīng)對以上結(jié)構(gòu)形式的場地距發(fā)震斷層的距離及是否為發(fā)震斷層進行明確；
（3）對一般的丙類建筑，處于10km以內(nèi)時考慮近場影響；對于乙類建筑，處于20km以內(nèi)時考慮近場影響。
五、近場影響的分析方法
考慮近場影響時，可以采用近場影響系數(shù)的方法，如處于發(fā)震斷層10km-20km時，取1.1-1.2；5km-10km時，取1.25；5km以內(nèi)時取1.5。
在近場地震動選取時，應(yīng)區(qū)別于一般工程的地震動選取。即在滿足于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010的相關(guān)規(guī)定以外，對實際地震動的選取應(yīng)限定其震中距、速度脈沖的持續(xù)時間、PGA與PGA的大小等進行限制。
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）速度脈沖的持時不小于0.5s。
在采用考慮近場影響系數(shù)進行計算分析時，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際地震波及人工合成地震波；
（2）將考慮了近場影響系數(shù)的地震波輸入計算模型，并通過對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)乘以近場影響系數(shù)。
六、幾點疑問
（1）考慮近場影響時，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，是否能夠包羅近場影響。
（2）考慮按筆者收集匯總的方法選擇得到的實際地震波進行時程分析時，是否可以不再進行近場影響系數(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)定在輸入地震波時考慮近場影響系數(shù)即可，換算后的水平地震影響系數(shù)最大值可不再進行放大。
