[科普中国]-动力放大因数

背景

我国的抗震设计反应谱是由标准反应谱，即β谱转化而来。目前，我国采用的动力放大因数βmax为2.25，而美国、欧洲、台湾等地震多发且地震动研究起步较早的发达国家(地区)均为2.5。

βmax=2.25的提出源自我国1974年的抗震设计规范，一直沿续至今，三十多年没有改变。随着科技的进步，近几十年来各国台站搜集到不少宝贵的强震记录，为动力放大因数βmax的研究提供了数据基础。胡聿贤院士主编的GB18306-2001《中国地震动参数区划图》宣贯教材中提到反应谱平台段的放大系数的优势分布均在2.5，即动力放大因数βmax值为2.5;2007年武震办[2007]4号文中βmax取为2.5，突破了常规的2.25，因而有必要对βmax进行研究。1

研究现状目前，有关动力放大因数的研究较少。章在墉利用35条地震记录，得到平均规准谱的峰值为3.32;陈达生采用同样的方法，得到的平均结果为3.04，其利用国内68条强震记录，115条国外强震记录计算阻尼比为0.05时的β曲线，分别按国内资料、国外资料、国内外资料混合三种情况，每种情况又分三类场地土(基岩、一般土、软弱土)，然后加以比较、综合考虑，发现βmax的变化范围在2.08～2.46之间，平均值为2.27。3周锡元提出以覆盖土层厚度为主要指标，考虑剪切波速进行场地分类，将场地分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类。并从美国、日本、中国、印度、秘鲁等国家收集了震级大于4.5、最大加速度Amax≥30gal的303条水平强震记录，将得到的各强震记录的加速度反应谱，用其最大加速度值进行了规一化处理，按场地分类求出平均谱。4最后得出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类场地的平均反应谱的βmax值分别为2.79、2.403、2.394、2.128，平均值为2.429。郭玉学等用平均剪切模量和覆盖土层厚度作为场地评定的指标，以模糊推论的综合评判导出场地相对的隶属度作为场地指数μ，利用场地指数μ进行场地分类(定义μ=1和0分别为硬场地和软场地)，将国内外共1046条地震记录，分别按国内资料、国外资料、国内外资料混合三种情况，每种情况考虑地震记录方向(水平或竖向)、场地(硬场地、中间场地、软场地)，并计算出标准反应谱。根据分组计算结果，动力系数βmax值随场地条件、地震动方向略有不同，大部分介于2.16～2.5之间，总平均值为2.27。建议规范中对所有场地均采用βmax=2.25。5

胡聿贤院士主编的《中国地震动参数区划图》宣贯教材详细介绍了区划图的编制背景、过程以及涉及到的技术要素和使用中的若干问题，其中在技术要素章节提到反应谱平台段的放大系数的优势分布均在2.5，即动力放大因数βmax值为2.5。虽然书中并未提及统计数据和过程，但从另一个方面说明了目前抗震规范动力放大因数取为2.25偏小。6

张皎以美国西部地震观测数据作为基础，按照我国01抗震规范的有关场地分类标准进行分类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，缺少Ⅳ类场地的地震记录)。7

综上可见，早年由于可利用的强震记录资料较少，章在塘和陈达生的有关动力放大因数的研究没有考虑地震动影响因素，只对所有的地震记录进行统计并求平均规准谱。上世纪70年代以后陈达生、周锡元、郭玉学、张皎等人的研究都只考虑了场地条件的影响，忽略了其它地震动影响因素，如震级、震中距等。因此，所建议的βmax需要进一步检验。1

分析数据来源美国西部地区是世界上强震记录最多的地区，覆盖的震级、距离范围也最广，国际上许多地震动研究均是以此为基础。从地质构造来说，台湾和日本地震多为板块边缘地震，而美国西部地震则属于板内构造地震，与我国大陆的构造更为接近。因此，本文的研究均以美国西部的强震记录作为基础。

GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(以下简称“10抗震规范”)将Ⅰ类场地划分为I0和I1两个亚类。如按I0和I1进行分别统计分析，势必会造成两者的数据都偏少，造成研究结果偏差较大，因此，将I0和I1仍合并为Ⅰ类进行研究。由于I0抗震规范对于Ⅳ场地的划分偏窄，数据收集比较困难，且不具有代表性，因此，分析时不考虑。三分量数据分布见表。7

|| || 三分量数据分布