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摘 要： 摘要：該文對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地基承載力的規(guī)定作了系統(tǒng)的歸納，分析了地基基礎(chǔ)工程可靠性與地基基礎(chǔ)設(shè)計等級的內(nèi)涵，歸納了目前的地基基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了地基承載力特征值的含義和獲取方法。 關(guān)鍵詞：巖土工程指標(biāo),地基承載力,特征值 建筑地
摘要：該文對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地基承載力的規(guī)定作了系統(tǒng)的歸納，分析了地基基礎(chǔ)工程可靠性與地基基礎(chǔ)設(shè)計等級的內(nèi)涵，歸納了目前的地基基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了地基承載力特征值的含義和獲取方法。
關(guān)鍵詞：巖土工程指標(biāo),地基承載力,特征值
建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計中，最重要的一個設(shè)計指標(biāo)當(dāng)屬地基承載力。要全面弄清地基承載力是如何確定的，是個涉及面較廣泛的巖土工程問題。因為巖土的工程性質(zhì)極為多樣，差別很大，而且隨著技術(shù)進步，資料及經(jīng)驗的積累是動態(tài)發(fā)展的，并逐步趨于符合工程客觀實際。本文對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地基承載力的規(guī)定作了系統(tǒng)的歸納，以幫助工程技術(shù)人員正確理解地基承載力的概念，準(zhǔn)確把握其正確的取值方法。
1地基基礎(chǔ)工程可靠性理論
目前的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計大都采用基于概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法，采用分項系數(shù)進行各類荷載效應(yīng)和承載力指標(biāo)的表達。各類工程問題都應(yīng)與可靠性(量化后稱為可靠度)密切相關(guān)，地基承載力的設(shè)計取值最終也需要回答可靠度或安全系數(shù)的問題。
在勘察設(shè)計行業(yè)中，各級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地質(zhì)參數(shù)常采用經(jīng)驗數(shù)值，這是因為地質(zhì)指標(biāo)的變異性及區(qū)域性差別在工程領(lǐng)域是較大的，為了綜合考慮經(jīng)濟成本，地質(zhì)勘察的數(shù)據(jù)成果總是相當(dāng)有限且離散的。與鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)相比，巖土力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計成果資料遠遠不夠，所以工程類比及經(jīng)驗參數(shù)方法占有一席之地。
目前巖土工程尚不能與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)一樣采取分項系數(shù)法(近似概率準(zhǔn)則)進行可靠度分析計算，其承載力指標(biāo)采取總安全系數(shù)法(俗稱的大老K法，半經(jīng)驗半概率準(zhǔn)則)進行可靠度計算就是此原因，所有不利因素通通裝入安全系數(shù)K中考慮，K的取值有時難免主觀性、經(jīng)驗性占主導(dǎo)地位。總而言之，地基基礎(chǔ)設(shè)計中，地基承載力的取值尚沒條件達到上部結(jié)構(gòu)那樣的可靠性體系的程度，也不存在嚴(yán)格意義上的承載力分項系數(shù)。
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》目前已有1974年版、1989年版、2002年版和2011年版四個版本。1974年版規(guī)范是按照安全系數(shù)法規(guī)定的。1989年版規(guī)范采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計方法，通過與1974年版安全系數(shù)2.0的校準(zhǔn)，制定了分項安全系數(shù)，由于地基可靠度研究水平的限制，沒有制定地基基礎(chǔ)設(shè)計的β值水平[1]。
2002年版規(guī)范與2011年版規(guī)范基本保持體系不變。同時在1989年版規(guī)范的修訂說明中還曾指出：“本規(guī)范必須與根據(jù)1984年國家批準(zhǔn)發(fā)布的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ68-84制訂、修訂的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GBJ9-87等各種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范配套使用。”因此，現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)規(guī)范在形式上雖然是用安全系數(shù)K來表示，實際上也采用了“工程結(jié)構(gòu)可靠性”的概念。
需要注意的是，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94的1994版，將樁基設(shè)計的可靠性方法向上部結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，當(dāng)時按概率極限狀態(tài)設(shè)計法中的分項系數(shù)進行表達，形式上先進。在修訂后的《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94的現(xiàn)行2008版[2]又采用安全系數(shù)K的表達方法，這主要是考慮與國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007的設(shè)計原則保持一致，以方便使用(參見該規(guī)范第3.1.1條條文說明)。
2地基基礎(chǔ)設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
涉及建筑地基承載力確定的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要有：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011(以下簡稱GB50007)、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DBJ50-047-2016(以下簡稱DBJ50-047)、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002、《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ6-2011、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008(以下簡稱JGJ94)、《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001(2009年版)及其他勘察設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
此外還有適用于某些特殊地質(zhì)情況，或某個特殊領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。如《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JGJ118-2011、《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004、《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》GB50112-2013、《液壓振動臺基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》GB50699-2011、《塔式起重機混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》JGJT187-2009等，這些與常規(guī)工程的地基基礎(chǔ)設(shè)計問題無關(guān)，具體工程具體采用。
在這個龐大的地基基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)家族中，國標(biāo)GB50007[3]是最基本的地基基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，可稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計的母標(biāo)準(zhǔn)，它為各類工程的不同類別地質(zhì)條件下的巖土地基承載力的確定提供了統(tǒng)一的準(zhǔn)則。通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的比較可以認(rèn)為，地基承載力的確定原理只要弄清楚GB50007的規(guī)定就足夠了，其他標(biāo)準(zhǔn)涉及地基承載力如何取值的條文與GB50007是重復(fù)相同的，直接引用該國標(biāo)的較多，當(dāng)有重疊表述時也與其在力學(xué)概念與數(shù)理統(tǒng)計邏輯上是一致的。
就全國范圍而言，地質(zhì)差異很大，地基問題僅靠國家級標(biāo)準(zhǔn)難以覆蓋、也難以合乎所有工程實際來規(guī)定所有內(nèi)容，所以很多省區(qū)均有各自的地基基礎(chǔ)地方標(biāo)準(zhǔn)。重慶市也不例外。DBJ50-047[4]是在國標(biāo)GB50007的框架下，結(jié)合自身山地城市特點制定的地方標(biāo)準(zhǔn)。各個層次(國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的地基基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常都有大量重復(fù)的內(nèi)容，需要指出的是，地方級的標(biāo)準(zhǔn)不能低于國家、行業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)名稱中帶有“技術(shù)”者均屬綜合性標(biāo)準(zhǔn)，即不僅含設(shè)計，還有施工、檢測、驗收等內(nèi)容，涉及地基基礎(chǔ)時還有巖土勘察內(nèi)容。
3地基基礎(chǔ)設(shè)計等級
與上部結(jié)構(gòu)概念一樣的是，對地基基礎(chǔ)設(shè)計，也區(qū)分了等級，其可靠度水平不應(yīng)低于上部建筑結(jié)構(gòu)。GB50007與DBJ50-047有所不同，DBJ50-047規(guī)定的是地基基礎(chǔ)安全等級的概念，共有一、二、三級，但并未明確各等級對應(yīng)的重要性系數(shù)值，僅統(tǒng)一提到不小于1.0，但對有些情況下的技術(shù)措施是與安全等級有關(guān)的。
GB50007、JGJ94規(guī)定了地基基礎(chǔ)設(shè)計等級，并按地基基礎(chǔ)設(shè)計的復(fù)雜性及技術(shù)難度，規(guī)定了甲、乙、丙三個設(shè)計等級。不同等級的地基基礎(chǔ)有如下不同：(1)是否考慮沉降計算有所不同;(2)對地基承載力確定的嚴(yán)格程度不同;(3)檢測驗收標(biāo)準(zhǔn)不同�？梢姷鼗A(chǔ)設(shè)計等級與地基可靠性標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)。對確定地基承載力特征值的嚴(yán)格程度主要體現(xiàn)在設(shè)計等級上�？辈煲�(guī)范也有甲乙丙三個勘察等級，其勘察內(nèi)容技術(shù)深度不同，比如鉆探孔總數(shù)、控制性鉆探孔比例、孔間距、勘察方法等等執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同。
4地基承載力
與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計計算所不同的是，地基計算中，巖土體的抗力指標(biāo)為地基承載力特征值，而上部結(jié)構(gòu)承載力計算中材料的承載力指標(biāo)的代表值為標(biāo)準(zhǔn)值或組合值(標(biāo)準(zhǔn)值乘分項系數(shù)即為設(shè)計值)，且上部結(jié)構(gòu)工程材料的強度標(biāo)準(zhǔn)值是在大量的樣本數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上統(tǒng)計回歸通過平均值和標(biāo)準(zhǔn)差得出的。
地基承載力的確定，是地勘單位的工作，在地勘資料中交代。工程經(jīng)驗較多的人，能根據(jù)踏勘及巖土外觀性狀作出淺層地基承載力的大致判斷，如能結(jié)合釬探等簡單工具方法，甚至有把握修建不高的房屋，但畢竟不科學(xué)，有一定風(fēng)險，也不合符強制性標(biāo)準(zhǔn)要求。建筑地基承載力的確定，總體上以試驗方法得到的指標(biāo)為準(zhǔn)，以下為獲取地基承載力的基本方法。
4.1巖土分類
按照GB50007的規(guī)定，地基巖土的地質(zhì)分類：巖石、碎石土、砂土、粉土、黏土、人工填土。前5項的每一項都可再細(xì)分子項，在此基礎(chǔ)上還有些特殊的土。其中巖石的工程分類有三類：風(fēng)化程度類、堅硬程度類、完整程度類。
4.2巖土工程特性指標(biāo)
逐一列出GB50007中所涉及的工程特性指標(biāo)，計有：(1)強度指標(biāo);(2)壓縮性指標(biāo);(3)靜力觸探探頭阻力;(4)動力觸探錘擊數(shù);(5)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù);(6)載荷試驗承載力。其中除第(2)項外均與地基承載力相關(guān)。
4.2.1強度指標(biāo)
主要指抗剪強度指標(biāo)，即粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ。獲得途徑：①現(xiàn)場取樣做室內(nèi)土工試驗;②現(xiàn)場剪切試驗;③工程經(jīng)驗類比取值。試驗得到的樣本值，經(jīng)按照GB50007附錄E的數(shù)理統(tǒng)計計算，得到c和φ值(巖芯取樣做抗壓強度試驗得到的單軸抗壓強度也應(yīng)歸于此類，但GB50007未明確)。
4.2.2地基變形計算指標(biāo)
主要指用于地基沉降計算的壓縮模量等壓縮性指標(biāo)。
4.2.3地基承載力指標(biāo)
上述(3)—(5)項所列指標(biāo)是為確定某些類別巖土的地基承載力，通過一類小型原位試驗或測試得出的試驗結(jié)果。這類結(jié)果與地基承載力有經(jīng)驗及工程類比上的對應(yīng)關(guān)系。適合難以取樣做室內(nèi)土工試驗的碎石土及砂土，又比原位載荷試驗經(jīng)濟簡單。此類小型原位試驗得出的成果是：①對重型圓錐動力觸探錘擊數(shù)，采用統(tǒng)計經(jīng)修正最后得出碎石土的密實度;②對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)或靜力觸探探頭阻力，采用統(tǒng)計經(jīng)修正最后得出砂土的密實度;③對靜力觸探探頭阻力，可得出黏性土的塑性狀態(tài)。
舊版GB50007有明確的關(guān)于上述試驗成果與相應(yīng)類別的巖土地基承載力的對應(yīng)表格。并應(yīng)理解為僅適用于涉及的巖土類別。但現(xiàn)行GB50007(2011版)正文已取消這類表格，僅在條文說明中列出。它的優(yōu)點是成本較低方法簡單，缺點是變異性較大。換言之可靠度不高，需結(jié)合其它方法綜合確定地基承載力。單獨使用可僅限于估算。早年的實際設(shè)計中，有些簡單的工程直接按此做施工圖設(shè)計。
4.2.4載荷試驗承載力
按建筑地基極限承載力進行原位試驗，是各種方法中可靠性最準(zhǔn)確的試驗方法，也是設(shè)計等級為甲級的建筑物必須采用的方法，對土質(zhì)地基，分為深層、淺層平板載荷試驗，分別適用于深基礎(chǔ)(主要是樁基礎(chǔ)、沉管基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻)、淺基礎(chǔ)。對巖質(zhì)地基，不分深淺，也不需基礎(chǔ)深度、寬度修正(可參見GB50007附錄H)。
當(dāng)巖質(zhì)地基為破碎、極破碎巖體時，由于已接近土質(zhì)地基性狀，可按平板載荷試驗確定。其中巖體的完整性分類，GB50007第4.1.4條另有界定。該法確定地基承載力最為可靠，但成本相對較高。由于試驗樣本有限，所以對變異性大的場地，可靠性高也僅是相對其它方法而言。
4.3地基承載力特征值
4.3.1地基承載力的意義及基本確定方法
上述這些巖土工程基本指標(biāo)都由規(guī)定數(shù)量的試驗樣本經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到，其數(shù)值含義應(yīng)給予嚴(yán)格定義和區(qū)分。對巖土工程，各類工程特性指標(biāo)的代表值分別有標(biāo)準(zhǔn)值、平均值及特征值，這三個值有明確的換算關(guān)系。其中，根據(jù)GB50007-2011第4.2.2條的規(guī)定，巖土抗剪強度指標(biāo)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)值為代表值(還應(yīng)包括巖芯取樣的單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值);壓縮指標(biāo)應(yīng)以平均值為代表值;載荷試驗承載力應(yīng)以特征值為代表值。地基承載力特征值完全可以說就是舊版GB50007(74版)的地基容許承載力值，換了個提法而已。特別需要注意的是地基承載力沒有設(shè)計值的提法。
按照GB50007的術(shù)語定義，地基承載力特征值定義為：“由載荷試驗確定的地基土壓力-變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值”。由此可以看出，地基承載力特征值是一個非常獨特的工程設(shè)計抗力指標(biāo)，它不僅考慮了地基土的承載力特性，更重要的是考慮了變形特性，是一個綜合的工程抗力指標(biāo)。
4.3.2地基承載力特征值其他獲取方法
從GB50007的定義來看，地基承載力特征值為基于現(xiàn)場載荷試驗得到的力學(xué)指標(biāo)。探頭阻力與錘擊數(shù)方法也是獲取地基承載力指標(biāo)的方法，對此有另外的規(guī)定，由于現(xiàn)行GB50007正文取消了其與地基承載力的關(guān)系表格，表明已不推薦作為地基承載力的取值依據(jù)。但尚有別的用處，所以除與承載力關(guān)系的表格以外，在標(biāo)準(zhǔn)中依然保留。作為巖土體重要強度指標(biāo)的巖土抗剪強度指標(biāo)主要用于邊坡穩(wěn)定性分析及支擋結(jié)構(gòu)巖土壓力計算，也可代入相關(guān)公式靠計算得出地基承載力特征值。
GB50007-2011僅列出5.2.5這一個公式采用抗剪強度指標(biāo)公式法計算地基承載力特征值，但應(yīng)該不限于該公式。該公式對偏心距要求很小，接近中心受壓，所以使用范圍不大。根據(jù)GB50007相關(guān)條文規(guī)定，凡是采用理論公式計算得到的地基承載力，都只具有初設(shè)估算的效能，施工圖設(shè)計前，均需通過試驗得來的指標(biāo)確定后再進行地基基礎(chǔ)施工圖設(shè)計，而不區(qū)分公式中各參數(shù)是否來自試驗或經(jīng)驗。確定建筑地基承載力特征值的方法有除了試驗法外，還有其他方法，現(xiàn)把有關(guān)方法列舉如下：(1)載荷試驗法;(2)原位試驗方法，包括觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗等;(3)理論公式計算法，即根據(jù)土的抗剪強度指標(biāo)采用理論公式計算的方法(GB50007-2011除第5.2.5條外并未具體列入其它公式，僅是提了一下可用公式計算);(4)規(guī)范表格法;(5)經(jīng)驗方法。
其中試驗法分為好幾類，涉及承載力的已表達如前述。除規(guī)模小的臨時性建構(gòu)筑物可簡單按經(jīng)驗確定外(GB50007并無此表述)，通常需要綜合考慮幾個方法確定地基承載力特征值，而且都需要有試驗指標(biāo)參與綜合確定。(詳GB50007-2011第3.0.4條)。其中公式計算法不能作為實施依據(jù)，只能估算用。上述第(2)、(3)種方法，可歸為同類方法。此分類不盡科學(xué)，因為后三個類別有交叉，公式法的參數(shù)往往有經(jīng)驗數(shù)值。載荷試驗法、探頭阻力、錘擊數(shù)均屬于現(xiàn)場試驗。試驗還包括現(xiàn)場取樣做室內(nèi)土工試驗，室內(nèi)土工試驗包括一系列物理力學(xué)指標(biāo)試驗�，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并不排斥使用未列入的其它成熟方法，比如旁壓法(可用于測定深層地基承載力)等。載荷實驗方法是最直接可靠的方法，但成本也最高。實際工程中，除規(guī)范規(guī)定必須采用或地質(zhì)條件很復(fù)雜、土質(zhì)很不均勻需要采用時，一般不用此法。
此法對設(shè)備條件要求較高。當(dāng)為巖體地基時，不具備設(shè)備條件時會達不到需要的壓力值。當(dāng)巖石強度很高時，極限破壞難以達到。試驗成果不僅有地基承載力指標(biāo)，需要時還有地基壓縮指標(biāo)及其它物理力學(xué)指標(biāo)。對土質(zhì)地基，壓縮指標(biāo)甚至比承載力指標(biāo)重要，并與承載力指標(biāo)相關(guān)，有時承載力指標(biāo)由沉降指標(biāo)控制取值。對地基承載力的確定，GB50007-2011按設(shè)計等級有嚴(yán)格程度不同的標(biāo)準(zhǔn)(詳?shù)?.0.4條)。但各種情況都需有試驗指標(biāo)，區(qū)別在試驗項目不同。所以綜合起來，確定地基承載力(以特征值為代表值)的因素主要是試驗，有時結(jié)合經(jīng)驗。下面有必要對試驗作個介紹。
4.4地基承載力試驗方法
對巖質(zhì)地基，有兩類方法：
(1)對完整、較完整、較破碎的巖體，由于可取樣本巖芯做試驗，可用此法。經(jīng)試驗樣本數(shù)理統(tǒng)計后得出的成果是單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值(按巖石的性狀分為天然或飽和試驗)，由于巖芯體量小，僅是巖塊，未反映巖體結(jié)構(gòu)面等因素對承載力的削弱，GB50007采用折減系數(shù)方法來考慮，根據(jù)巖體與巖塊的差異程度，折減系數(shù)分別為0.1～0.5，可見最小的折減，也有2.0的安全系數(shù)，折減后的值即是特征值。本法通常偏于安全，因為沒考慮實際巖體周邊圍壓的有利作用。
(2)原位載荷試驗：可用于所有巖體及各等級，甲級必用，具體操作詳見GB50007-2011附錄H。
(3)當(dāng)巖質(zhì)地基為破碎、極破碎時，按土質(zhì)地基方法試驗。對土質(zhì)地基：(1)原位載荷試驗：可用于各等級，甲級必用，具體操作詳見GB50007-2011附錄C、D。(2)室內(nèi)土工試驗，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到。上述工作均由地勘部門完成，地基基礎(chǔ)設(shè)計中設(shè)計使用其成果就可以了。僅當(dāng)設(shè)計單位發(fā)現(xiàn)地勘數(shù)據(jù)不正常或不齊全時，向地勘單位提出來復(fù)查或補充解決。
5結(jié)論
地基承載力是巖土工程設(shè)計中最重要的一個抗力指標(biāo)，其設(shè)計用的代表值比較特殊，既不是標(biāo)準(zhǔn)值，也不是平均值，而是充分考慮了地基土變形性能的特征值。它的獲取方法取決于上部建筑物的設(shè)計等級，強烈依賴于試驗方法，并適當(dāng)結(jié)合經(jīng)驗進行確定，特殊條件下可以根據(jù)理論公式進行計算確定。歷史上，建筑地基承載力的確定與市政、水利、港口碼頭、鐵道、軌道工程等不盡相同，但只要是建設(shè)工程，各類工程材料(包括巖土)的抗力指標(biāo)選取均應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153的整體框架。盡管各行業(yè)建設(shè)工程對地基承載力的規(guī)定仍有差異，但從趨勢來看趨于統(tǒng)一。
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建筑類期刊推薦：《城市建設(shè)理論研究》雜志創(chuàng)刊于2011年，是經(jīng)新聞出版總署批準(zhǔn)，由中國商業(yè)聯(lián)合會主管、國務(wù)院國資委商業(yè)網(wǎng)點建設(shè)開發(fā)中心主辦的旬刊連續(xù)型出版物，為國家級期刊。
