坡地建筑的地震作用放大系数讨论

坡地建筑的地震作用放大系数讨论

唐亮卢海林

昆明理工大学设计研究院

摘要：本文结合工程实例，对规范要求在“条状突出的山嘴、高耸独立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘”等抗震不利地段建造的丙类及丙类以上建筑时，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数这一规范条文的理解和应用进行讨论。

一、前言

云南地区是地震高发地，半数以上土地面积属于7度以上地震烈度设防区，并且处于云贵高原，山地面积比例大。大部分地区处于陡坡、山坡上。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010强制性条文规定，当需要在条状突出的山嘴、高耸独立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，地震影响系数最大值应乘以增大系数，以此来考虑山地建筑的震害危险。从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总趋势，大致可以归纳为以下几点：高突地形距离基准面的高度越大，高处的反应愈强烈；离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大，反应相对减小；从岩土构成方面看，在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明显减小的；边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。

二、工程概况

天宇泽园项目位于昆明市北市区，地形北高南低，西高东低。拟建的“天宇泽园”净用地面积100715.05m2，地上总建筑面积130342.49m2，地下总建筑面积45182.9m2（纯地下车库建筑面积25792.7m2，洋房地下夹层建筑面积1613.40m2，叠拼地下室建筑面积14736.80m2，高层地下夹层建筑面积3040.00m2），容积率1.29，建筑基底面积25766.20m2，绿化率40.00%，建筑密度25.58%。

本文以异形叠拼住宅47栋为例分析在陡坡上的地震作用放大。47栋具体位置详图二示意：

图二示意图

该建筑为钢筋混凝土剪力墙结构，地下局部1层，地上5层，室外地面至主屋面高度15.900m。本工程安全等级为二级，设计合理使用年限：50年。建筑抗震设防类别：丙类。地基基础设计等级：乙级。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别Ⅱ类。

三、水平地震影响系数最大值的调整

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010强制性条文规定，当需要在条状突出的山嘴、高耸独立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，地震影响系数最大值应乘以增大系数，其值应根据不利地段的具体情况确定，在1.1~1.6范围内采用。以此来考虑山地建筑的震害危险。

《抗规》正文对坡地建筑只给出了概念性的地震作用放大，但具体如何取值，放大到多少，并未明确，只给出一个1.1~1.6的范围。目前工程界统一按抗规条文的公式来确定地震作用放大系数，但各设计和审图人员却并未形统一公识，依然没有权威结论。

在《抗规》条文说明中：

以突出地形的高差H，坡降角度的正切H/L，建筑距突出地形边缘的相对距离L1/H为参数，归纳出各种地形的地震力作用放大如下：

λ=1+ξα

式中：

λ-局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数；

α-局部突出地形地震动参数的增大幅度，按表2取值；

ξ-附加调整系数，与建筑场地离突出台地边缘的距离L1与相对高差H的相对比值有关。当L1/H<2.5时，ξ可取为1.0；当2.5≤L1/H<5时，ξ可取为0.6；当L1/H≥5时，ξ可取为0.3；L、L1均应按距离场地的最近点考虑。

表一局部突出地形水平地震影响系数的增大幅度

以47栋为例，在试算初期，依据建筑总图，陡坡坡底距突出地形边缘的距离边坡近乎直立，坡降的水平距离L=0，突出地形的高差H=20m，即H/L=∞，且建筑物距坡边L1=5m，L1/H<2.5。

依据《抗规》条文公式：地震力放大作用为：λ=1+ξα

其中：L1/H=0.2＜2.5，ξ取1.0；非岩质地层H=20m且H/L=∞，α取0.5。

根据上述公式得出λ=1.5。

由此在SATWE参数中，水平地震影响系数最大值取0.24。

这样地震放大系数要取到1.5，仔细思考一下，会觉得这种取值方法相当不合理。因为只要建筑物存直角陡坡，无论建筑与坡底的高差大小，即使突出地形的高差H=0.5m，都需要考虑地震力放大，这种和工程实际是非常不相符的。本工程中，我们和审图中心的总工沟通下来后，审图中心的意见是让我们适当放大，取到?1.3，不需要取1?5，但是也没有依据，只是根据以往工程经验和个人规范理解。同时，对于同一片场地内，各栋的地震作用放大系数该如何取，也是争议颇多。笔者借本工程就地震作用放大系数，论述一些自己的看法。

四、参数取值的讨论

规范中对水平地震影响系数最大值增大系数的计算中，参数的取值没有明确的表示，一般的计算简图（如图三所示），但是存在以下几个问题：

图三不同的边坡形式

1、如果边坡或陡坡处于近似直立的情况时，即H/L=∞，地震动参数α最小值取0.3从而λ=1+ξα=1.09，此时地震影响系数最大值按规范乘以增大系数，其值不小于1.1。这种情况一味强调了陡坡的坡度对地震的影响而忽视了陡坡的高差大小在地震反应中作用；

2、在不同边坡形式下，按规范公式计算，L越大时反而越有利，相比图三3种情况，反而1更有利，这与实际是不符的；

3、规范次条文的应用，H的取值不好界定，究竟是指的基准地形，还是突出局部的竖向距离，规范并没有明确陡坡计算的基准面。

规范条文中指出：依据宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。所谓局部突出地形主要指山包、山梁和悬崖、陡坎等，情况比较复杂，对各种可能出现的情况的地震动参数的放大作用都作出具体的规定是很困难的。从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总趋势，大致可以归纳为以下几点：

1、高突地形距离基准面的高度越大，高处的反应愈强烈；

2、离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大，反应相对减小；

3、从岩土构成方面看，在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；

4、高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明显减小的；

5、边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。

笔者认为，以上条文可以理解要从两方面考虑：一、建筑物建造于人工边坡所产生的不利影响，边坡一般尺度较小，而且是在可控的范围以内，在建筑物建设过程中首先要重视边坡的稳定以及对建筑物的局部稳定的影响，此时人为手段可以干预。在H在5米范围内，笔者认为可以不考虑地震反应作用放大。因为此时陡坡增加的地震反应很小，在工程实际中，可以不予考虑。二、在同一片场地内，对于同一片场地小范围内的建筑物而言，地震作用是一个宏观概念，同时考虑基础埋深的影响，加大基础埋深可以有效地控制边坡问题。对于这种情况，笔者认为，同一片坡地建筑的地震不利影响系数应基本一致，对于陡坡高差大，建筑物临边坡较近时，可单独对待，但不宜超过整个场地的地震作用放大会系数较多，增量应控制在0.1~0.2之间；在设计过程中充分考虑的场地及四周的地质条件，从而灵活判断、准确调整。

五、结束语

山区建筑建设场地的情况非常复杂，不可能对所有情况统一规定，而且也不能保证合理性。在实际过程中，要结合规范对实际情况加以分析，不能一概而论，必须做到具体问题具体分析，切实理解和确定对抗震不利地段的地震力放大系数，保证建筑物的安全。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范GB50011-2010