建筑結構時程分析法輸入地震波的探討

【摘要】時程分析法在地震波分析中有一定的運用價值，其可以分析頻譜的特殊性和峰值，探討持時的內涵，進而為加強地震波選取研究奠定基礎。

【關鍵詞】建筑結構;時程分析法;地震波;探討

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.128

隨著我國現代經濟的建設和發展，城市高層建筑的數量也越來越多，時程分析法是一種科學的處理方式，其可以加強抗震補充計算分析，提升高層建筑地震波分析質量。目前，我國實行的《建筑抗震設計規范》（以下簡稱《規范》）明確提出了建筑地震結構分析要求，但是由于建筑環境特殊，建筑設計要求難度大，因此在選取地震波分析時候存在一些問題。例如一些設計過于保守，設計和現實情況存在明顯差別，不能夠實現薄弱層控制，關鍵構件施工分析的目標。因此，采用科學的處理方式科學選取地震波，能夠全面綜合提升建筑結構的穩定性，提升其經濟價值，全面保證建筑結構的安全性，實現科學建設的目標。

1、簡述時程分析法選取地震波的原則

地震誘發因素較多且存在一定的隨機性，要想科學預測并規避地震，技術人員需要理解地震原理、傳播媒介和地震震級影響，最終保證地震的控制質量。研究表示，建筑結構的地震破壞耐受能力和地震波的持續時間、頻譜以及峰值有緊密關系，通過分析這三要素就可以提升抗震設計質量，通過人工擬合地震波等方式提升地震波時程控制質量。

1.1地震頻譜分析

地震波頻譜的影響因素較多，其中包括了地震的形成機制，地震的中距、地震的傳播介質等，其科學反饋了地震震動頻率差異，建筑設計通過分析場地特性，可以科學分析地震波，以已經發生的地震為模型，預測地震發生，提升建筑設計質量。這需要設計人員針對場地的周期進行調整，科學控制質量。

1.2峰值調整

為了加強地震震動強度和結構抗震性能，設計人員要了解地震波的特征，對地震波記錄的強度和幅度進行調整，日本多以“地面峰值加速度”作為強度指標以此來判斷地震波峰值，也有部分學者認為采用“地面運動位移峰值”作為指標來研究抗震。在實際的設計中，大多是采用3-7組有代表性的地震波作為研究對象，一般按照一個比例將地震波的時程曲線數值統一放大或縮小，進而達到峰值加速度。

1.3地震波持續時間

地震波的持續時間對整個建筑的結構動力有直接影響，如彈塑性動力。若地震持續時間超過一定的范圍值，建筑結構的穩定性也會直接受損，在長期的反復震動下會產生疲勞損傷等問題，針對能量累積的角度研究，地震持續的時間越長，其對結構的耗能能力要求也越高，工程實踐對地震波持續時間的分析原則主要有三點，第一點是針對結構周期特點，將其限定為結構基本周期的5-10倍;第二是針對持續時間，如以彈塑性持續特點進行分析適當延長地震的波持，也保證非線性分析的精準性。第三是按照地震時程曲線最大峰值的10%計算，直接到達峰值 10% 的最后一點為止。

2、建筑結構時程分析法輸入地震波選取分析

針對地震波選取的特殊性，現代分析主要是受是通過計算機數據分析以及三維建模進行篩選。常見的PKPM軟件，YJK軟件內部設計有地震波選波內容，相應的工作人員也可以借助軟件完成地震波選取工作，常見的處理內容如下所述。

2.1建立結構模型

工作人員可以針對結構特點建立特殊的結構模型，通過結構彈性的配筋計算和處理進而得到結構的基本周期和振型簡圖等參數，為后期選型，模擬分析奠定基礎（如圖1所示）。

2.2時程分析研究

工作人員可針對時程分析模塊來分析抗震設防分類內容，針對抗震設防烈度和地震分組、場地類別以及場地特征周期等參數進行選波分析，如從地震波庫中選取場地特征周期相近或類似的地震波進行選波試算，并設置主方向峰值加速度和次方向峰值加速度完成對地震波的峰值調整，如分析地震波的積分時長和積分步長等。

2.3程序研究分析

確定好模型以及類似的場地周期后，在虛擬的條件下，工作人員可以借助計算機的計算功能，在相應的軟件規范下組合地震波，并篩選出地震影響系數曲線、分解反應譜等內容，進而找出最符合地震影響計算意義的地震影響曲線系數。

2.4篩選和試算分析

由于建筑結構的特殊性，一般選波會選用七組（五組自然波、兩組人工波）;三組（兩組自然波和一組人工波）進行計算，這種方式可以減少人選波的多次試算的工作量，一些先進的單位或可采用專用的PEER/NGA 數據庫提供的搜索引擎，利用其上的地震名稱、震級、平均剪切波速、峰值加速度等選項初選地震波，然后利用工程軟件的自由數據格式地震波導入功能，將地震波改寫為軟件支持的通用文本文件，導入軟件以進行試算篩選。

2.5輸入分析

選出地震波的時程分析后，工作人員可以從工程安全管理角度入手，針對地震波的輸出底部剪力進行優化，要求每條地震波的輸出底部剪力不應小于振型分解反應譜法底部剪力的 65%，多條地震波的輸出平均底部剪力不應小于振型分解反應譜法的 80%，最終滿足工程建設的經濟性和實用性。

結語：

綜上所述，地震波十分復雜，為了保證建筑的穩定性和安全性，相應的設計人員應當采用科學的地震波分析方法，如利用建筑結構時程分析法輸入地震波，提升抗震質量。

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作者簡介：

張新敏（1968.12一），工業與民用建筑專業，男，漢族，河南鄭州人，本科學歷，中石化中原石油工程設計有限公司首席專家。研究方向，建筑結構。