本发明涉及建筑结构的抗震设计领域。
背景技术：
地震是威胁人类生命财产安全的突发性自然灾害之一，深入研究地震造成结构破坏的原因，改进抗震设计理论，是结构抗震设计发展的热点方向之一。对近断层地震动特性的研究表明此类地震动较一般地震动呈现出较为复杂的特性，其中一个主要的特征为速度时程中出现明显的脉冲，这种特性也被发现是造成近断层区域结构破坏的重要原因。基于反应谱理论的抗震设计方法是目前各国结构抗震设计普遍采用的方法，因此抗震设计谱的合理与否直接关系到所设计结构的安全性。
根据我国现行《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)(简称“规范”)中规定可知，对处于发震断裂两侧10km以内的结构，地震动参数应计入近断层效应影响，5km以内宜乘以增大系数1.5，5km以外宜乘以不小于1.25的增大系数。使用以上增大系数的调整方法，相对于未考虑近断层效应的抗震设计谱而言，可使抗震设计谱的谱值整体提高，实现保证结构安全性的目的。然而，我国抗震设计规范只是对设计谱的谱值进行了相应的调整，没有提出关于设计谱特征周期的调整方法，即没有考虑近断层地震动对反应谱形状上可能造成的影响。目前，虽然我国开展了若干关于近断层抗震设计谱的研究工作，但是这些研究结果与我国建筑结构抗震规范的衔接存在问题，无法供设计单位的人员直接使用。
因此，合理的方式是基于现行抗震设计规范中的设计谱，采用同时调整幅值和形状的方式考虑近断层效应，这样可实现近断层抗震设计谱与现行抗震设计规范的有效衔接，便于设计人员使用。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决我国现行《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)中抗震设计谱对近断层效应的考虑存在不足的问题，进而提出了在规范抗震设计谱基础上考虑近断层效应的修正，给出了一种基于中国抗震规范的近断层抗震设计谱修正方法。
本发明给出了针对50％保证率(平均设计谱)和84％保证率(平均设计谱+1倍标准差σ)两种情况的调整系数，调整均是在抗震规范设计谱基础上进行的。本发明的使用范围为近断层区域(处于发震断裂两侧10km以内地区)建筑结构的抗震设计。
本发明的提出使用的基础资料为194条已被识别的近断层脉冲型地震动，来自文献[常志旺.近场脉冲型地震动的量化识别及特性研究.博士论文.哈尔滨工业大学,2014]。通过对这些近断层脉冲型地震动反应谱的统计研究，发现其对应的特征周期与场地类别、震级无规律性的关系可寻，因此以目前可获得的近断层脉冲型地震动资料来看，针对不同设防烈度进行设计谱的修正时，修正系数的取值可不区分场地类别和震级的影响(由于我国抗震设计规范中使用地震分组来考虑震级因素，因此可不区分场地类别和地震分组的影响)。对194条近断层脉冲型地震动进行调幅时，参考了《关于提高抗震设计安全性、增加地震作用设计值修订方案的说明》(2016提高标准)中关于多遇地震对应的地震幅值的调整建议，幅值调整为设计基本地震加速度值的0.35倍。
通过将194条近断层脉冲型地震动的平均反应谱、平均反应谱+1倍标准差σ与抗震设计规范中的设计谱进行比较，得到表1和表2中所示的针对不同设防烈度的规范设计谱幅值放大系数、特征周期tg限值、第二下降周期和周期6s处对应的谱值sa(t＝6s)。
在得到表1和表2后，本发明提出的基于中国抗震规范的近断层抗震设计谱修正方法是通过以下方案实现的：
步骤1、根据建筑结构所在场地的设防烈度、地震分组、场地类型信息，利用《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)确定多遇地震情况对应的设计谱控制参数：幅值、特征周期tg。使用抗震规范中的设计谱公式绘制抗震设计谱，该设计谱为未修正的规范设计谱；
步骤2、针对50％保证率设计谱的情况，根据建筑结构所在场地的设防烈度，按表1查出谱幅值放大系数和特征周期tg限值；针对84％保证率设计谱的情况，根据建筑结构所在场地的设防烈度，按表1查出谱幅值的放大系数、特征周期tg限值，按表2查出第二下降周期、周期6s处对应的设计谱值sa(t＝6s)；
步骤3、修正步骤1中得到的多遇地震对应的规范抗震设计谱控制参数。具体方法为将步骤1中得到的规范设计谱的幅值乘以步骤2中给出的谱幅值放大系数，将步骤1中得到的规范设计谱的特征周期tg调整到步骤2中给出的特征周期tg限值；
步骤4、根据步骤2中得到的修正后的设计谱的幅值和特征周期tg，使用抗震规范中的设计谱公式绘制新的抗震设计谱。针对50％保证率设计谱的情况，新绘制的设计谱即为修正后的抗震设计谱。针对84％保证率设计谱的情况，将新绘制的设计谱在第二下降周期至6s之间的谱曲线改为直线段代替，6s处的设计谱取表2中给出的周期6s处对应的设计谱值sa(t＝6s)，改后的设计谱即为修正后的抗震设计谱。
进一步地，所述设防烈度为6度、7度、8度和9度。
进一步地，步骤3中，采用同时调整幅值和形状的方式考虑近断层效应，所述的谱幅值和tg是同时调整，以实现近断层抗震设计谱与现行抗震设计规范的有效衔接。
进一步地，将所述方法应用于近断层区域建筑结构抗震设计。
进一步地，所述方法的使用范围为处于发震断裂两侧10km以内地区的近断层区域建筑结构的抗震设计。
与现有技术相比的优点和发明效果：
1、本发明解决了我国现行《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)中抗震设计谱对近断层效应进行考虑时仅对幅值进行修正的不足。
2、采用本发明可与现行规范中的抗震设计谱相结合，经过修正即可得到考虑近断层效应的设计谱，因此十分易于工程设计人员接受和使用。
3、本发明不但给出了50％保证率(平均设计谱)情况的修正方法，也给出了84％保证率(平均设计谱+1倍标准差σ)情况的修正方法，可满足不同保证率情况的使用需求。
附图说明
图1为修正后的规范抗震设计谱与实际194条近断层脉冲型地震动反应谱的对比(50％保证率情况)；
图2为修正后的规范抗震设计谱与实际194条近断层脉冲型地震动反应谱的对比(84％保证率情况)。
具体实施方式
具体实施方式一，步骤如下：
步骤1、根据建筑结构所在场地的设防烈度、地震分组、场地类型信息，利用《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)确定多遇地震情况对应的设计谱控制参数：幅值、特征周期tg。假设设防烈度为6度、7度、8度和9度，地震分组和场地类型取《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)中给出的所有可能的组合(地震分组为3组，场地类型为5类，组合后共15种情况)。使用抗震规范中的设计谱公式绘制抗震设计谱，该设计谱为未修正的规范设计谱；
步骤2、针对50％保证率设计谱的情况，根据建筑结构所在场地的设防烈度，按表1查出谱幅值放大系数和特征周期tg限值；针对84％保证率设计谱的情况，根据建筑结构所在场地的设防烈度，按表1查出谱幅值的放大系数、特征周期tg限值，按表2查出第二下降周期、周期6s处对应的设计谱值sa(t＝6s)；
步骤3、修正步骤1中得到的规范抗震设计谱控制参数。具体方法为将步骤1中得到的规范设计谱的幅值乘以步骤2中给出的谱幅值放大系数，将步骤1中得到的规范设计谱的特征周期tg调整到步骤2中给出的特征周期tg限值；
步骤4、根据步骤2中得到的修正后的设计谱的幅值和特征周期tg，使用抗震规范中的设计谱公式绘制新的抗震设计谱。针对50％保证率设计谱的情况，新绘制的设计谱即为修正后的抗震设计谱。针对84％保证率设计谱的情况，将新绘制的设计谱在第二下降周期至6s之间的谱曲线改为直线段代替，6s处的设计谱取表2中给出的周期6s处对应的设计谱值sa(t＝6s)，改后的设计谱即为修正后的抗震设计谱。
图1给出了修正后的规范抗震设计谱与实际194条近断层脉冲型地震动反应谱的对比结果(50％保证率)。图2给出了修正后的规范抗震设计谱与实际194条近断层脉冲型地震动反应谱的对比结果(84％保证率)。图中纵坐标sa(t)为结构的基本周期t对应的抗震设计谱的谱值。图1中修正后的规范设计谱有两条曲线，其中靠近实际地震动反应谱的一条曲线为多个修正后的规范抗震设计谱(14个)重叠成一条曲线的结果，另一条曲线为未调整的规范抗震设计谱特征周期tg大于tg限值的情况。图1和图2给出的结果显示修正后的规范设计谱的谱值大于实际地震动反应谱的谱值，因此说明本发明可以保证近断层区建筑结构抗震设计的安全性。
表1修正后设计谱幅值放大系数与特征周期限值
注：1、“—”表示放大系数为1.0；
2、tg限值：一般情况取限值，当未修正设计谱的特征周期tg大于限值时，按未修正设计谱的特征周期tg取值；
3、“g”表示重力加速度。
表284％保证率情况下修正后设计谱直线下降段参数