某高层建筑结构弹性动力时程分析

某高层建筑结构弹性动力时程分析

熊虎铖

（中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司 重庆 400042）

【摘　要】高规4.3.4、5.1.13条对于复杂高层建筑结构的抗震设计要求进行弹性时程分析法进行补充计算。本文通过一工程实例结构在多遇地震下的弹性动力时程分析，探讨了地震波的选取、利用弹性时程分析与规范反应谱法基底剪力的对比确定结构设计地震作用的放大系数，为复杂高层建筑结构时程分析提供参考。

【关键词】弹性时程分析；地震波；基底剪力

1 工程概况

高位转换结构为竖向不规则的复杂高层结构，在结构设计中规范要求采用弹性时程分析法进行补充计算。本次选取某城市综合体3#楼为例进行计算，该综合楼高98.9ｍ，地上5层为商业，上部24层为住宅，结构转换层设置在第五层，抗震设防烈度VII度，场地类别Ⅱ类，结构类型为部分框支剪力墙结构，基础顶面嵌固。采用PKPM和YJK两种三维空间软件计算，结构在多遇地震弹性作用计算结果反映的基本规律一致，计算指标吻合良好，结构在这两种计算程序小震阶段的分析结果是可靠的。

2 地震波的选取

根据高规4.3.5要求对结构采用弹性时程分析法进行补充计算,应按照建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。根据本场地的特征周期、等效剪切波速等地震动参数，本工程选取了两条天然波是Imperial Valley-06_NO_172、Chi-Chi Taiwan-04_NO_2717及一条人工模拟波ArtWave-RH3TG040作为时程分析的地震波曲线。时间步长0.02秒；峰值角速度：7度多遇地震35cm/S2,7度设防地震100cm/S2, 7度罕遇地震220cm/S2。具体波形选择如下：

天然波Imperial Valley-06_NO_172

天然波 Chi-Chi Taiwan-04_NO_2717

   人工波ArtWave-RH3TG040

所选地震波与规范谱的对比如下：

从上述地震波可看出，所选地震波与规范反应谱吻合良好。

地震加速度时程曲线的最大值为35cm/s2，地震波的持续时间大于结构基本自振周期的5倍（且大于15s），地震波的时间间距取0.02s。从后续分析结果表明，结构在三条波激励下的单条地震反应不小于振型分解反应谱计算结果的65%，其平均值不小于振型分解反应谱计算结果的80%，表明所选地震波满足规范要求。

3 地震波计算结果的分析

弹性时程分析法与振型分解反应谱法结果的对比如下：

地震波作用下楼层最大剪力包络图

地震波作用下楼层最大位移图

通过以上结果分析可知：平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在各个周期点上相差不大于20％。计算结果的平均底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的80％。每条地震波输入的计算结果不会小于65％。反应谱法分析结果与弹性时程分析法结果在统计意义上相符，满足规范要求；反应谱分析法的计算结果可以作为结构设计依据。

4 结论

由楼层剪力曲线图可见，在X和Y方向上每条时程曲线计算所得结构底部剪力大于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%。包络值与反应谱比值最大为1.045，取地震作用放大系数为1.05。弹性时程分析法显示结构的反应特征、变化规律与前述振型分解反应谱法分析基本一致。弹性时程分析表明反应谱计算的楼层基底剪力与3条时程波计算的楼层底部剪力平均值相当，验证了反应谱分析的准确性。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范(GB5011-2010)(2016年版).

[2]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010).

[3]杨志勇，黄吉峰，邵弘.弹性与弹塑性动力时程分析方法中若干问题探讨[J].建筑结构学报,2009,30（S1):213-217.

[4]黄宗明,白绍良,赖明.结构地震反应时程分析中的阻尼问题评述[J].地震工程与地震工程振动,1996,16(2):95-103