时程分析中地震波选取浅析

时程分析中地震波选取浅析

胡金洲

（广州市住宅建筑设计院有限公司，广东 广州，510000）

摘 要：随着社会经济发展，建筑物层数逐渐增加，建筑物高度日益拔高，同时建筑物的形状也越发复杂。根据规范要求，对于体系特别不规则的建筑和高度超过一定范围的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。时程分析的实施基础是地震波的选取，所选取地震波的准确与否将直接影响地震作用的全计算结果。本文以地震波选取的规范要求为依据，从特征周期、地震波峰值、有效持续时间、频谱特性、结构主要周期点上的谱反应特性，以及天然波与人工波数量等多个方面对地震波的选择进行浅析；并结合盈建科的选波模块，简单阐述地震波选取的一般操作。

关键词：时程分析；地震波；频谱特性

1 地震响应的离散型与地震波选择的原则

地震波输入的不确定性是支配结构地震响应不确定性的最重要因素，具有决定性的作用。为了使选择的多样本地震动输入下结构地震反应具有一定的群聚效应，避免多波验算结果产生过大的离散性、难以指导设计，地震波选择需要满足一定原则。

根据规范[1]要求，选波的原则如下：选用的地震波的反应谱在统计意义上与所在场地的设计反应谱相符。具体的，正确的输入地震动加速时程曲线，需要满足地震动三要素[2]的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。其中频谱特性相符的基础是特征周期相符。

2 地震波选取的规范要求

2. 1 特征周期

地震波特征周期与场地特征周期尽量接近。

频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。即，选择的实际地震波所处场地的设计分组和场地类别应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期应接近或相同。

2. 2 峰值要求与峰值调整

地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波最大峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当，否则应按下式对该地震波的峰值进行调整：

调整后的地震波时程曲线=缩放系数x 原地震波时程曲线；

缩放系数=设防烈度要求的多遇或至遇地震的地面运动峰值/原地震波峰值。

2. 3 有效持续时间

地震动持续时间是影响结构地震反应的重要因素。

地震波的有效持续时间，从首次达到该时程曲线最大峰值的10%算起，到最后一点达到最大峰值10%为止。

不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5 ~ 10倍，地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内[3]。

2. 4 频谱特性

控制时程波对应的加速度反应谱在结构各周期点上与规范反应谱相差不超过20％。这样各结构的地震反应离散性小。

弹性时程分析时，控制每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小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不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

2. 5 天然波与人工波数量

依据规范，天然波数量不应少于总数的2/3。当取三组时程时，计算结果宜取时程法的包络值；当取七组及七组以上的时程时，计算结果可取时程法的平均值[4]。

3 浅析通过YJK弹性时程分析模块进行选波

通过YJK盈建科软件的弹性时程分析模块，可以实现一般结构的选波操作，如下图1所示。

图1 通过YJK弹性时程分析模块选波

3. 1 通过YJK选波的第一步：初选

如图1所示，通过“计算参数”入口，进入YJK选波的第一步：初选。基本步骤如下图2所示：

图2 通过YJK选波初选

YJK选波初选，是通过设置相关参数，筛选特征周期接近、地震波有效持续时间满足要求且主要周期点上频率特性与规范反应谱接近的地震波。

3. 2 通过YJK选波的第二步：精确选

YJK选波的第二步，是将初选后的地震波，通过调幅使地震波峰值与规范要求相匹配后，代入模型计算，进一步筛选底部剪力与规范反应谱振型分解反应谱法计算结果的误差满足要求，从而选出满足规范要求的地震波。操作步骤见图1的第②点。

4 结论

地震波的选用对时程分析的计算结果有着决定性的影响，输入不同的地震波结构的地震反应差别可能很大。为保证计算结果的准确性，须保证选择的地震波的反应谱在统计意义上与所在场地的设计反应谱相同，严格控制所选取地震波的峰值、频谱与持续时间在规范要求的范围内，从而以正确的动力时程分析正确的知道结构设计。

参考文献

[1] 建筑抗震设计规范:GB50011-2010[S].2016年版.北京：中国建筑工业出版社,2016.

[2] 王亚勇.结构抗震设计时程分析法中地震波的选择[J].工程抗震, 1988.

[3] 尤宇星,黄圣棕,谢文杰. 建筑结构时程分析法中天然地震波的选择[J]. 地震地磁观测与研究,2011.

[4] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点: 建质〔2015〕67号[A].北京: 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2015.