三向地震波合理选取和人工定义

时程分析的应用来庆杰【摘要】时程分析法是模拟实际地震作用的方法，是反映建筑结构地震响应的最直接的方法。

时程分析法分为弹性动力时程分析法和弹塑性动力时程分析法。

弹性动力时程分析法是多遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法，是结构设计的一种辅助计算方法；弹塑性动力时程分析法是考虑了结构的弹塑性性能的计算方法，是罕遇地震作用下模拟实际地震作用响应的计算方法。

通过时程分析，可以了解各种地震作用下结构的振动特性，判断结构薄弱部位，控制结构破坏模式。

在工程设计中时程分析有实际意义，结构设计人员应很好地理解并掌握时程分析的应用。

【期刊名称】《建筑设计管理》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P60-63)【关键词】弹性动力时程分析法;弹塑性动力时程分析法;最大位移;底部剪力【作者】来庆杰【作者单位】山西太钢工程技术有限公司，太原 030000【正文语种】中文【中图分类】TU312.+10 引言地震作用的计算方法有底部剪力法、振型分解反应谱法、简化的弹塑性分析方法和时程分析法。

规范以振型分解反应谱法为计算地震作用的基本方法，时程分析法是补充计算方法，适用于特别不规则、特别重要的和较高的高层建筑以及有性能化设计要求的建筑结构的地震作用计算分析。

时程分析法是模拟实际地震作用的方法，是反映建筑结构地震响应的最直接的方法。

时程分析法分为弹性动力时程分析法和弹塑性动力时程分析法。

弹性动力时程分析法是多遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法，是结构设计的一种辅助计算方法；弹塑性动力时程分析法考虑了结构的弹塑性性能的计算方法，是罕遇地震作用下模拟实际地震作用响应的计算方法。

1 弹性动力时程分析法1.1 应用范围和解决的问题根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)第5.1.2条，对于特别不规则的建筑、甲类建筑和超过一定范围(8度I、II类场地和7度高度大于100 m；8度III、IV类场地高度大于80 m；9度大于60 m)的高层建筑，要求在多遇地震下，采用时程分析法进行补充计算。

上海地区抗震设计输入地震时程说明（共8页）同济大学房结构工程与防灾研究所二〇一二年六月目录1 天然地震时程选取原则 (3)2 峰值调整 (3)3 频谱特性 (3)4 地震动持时 (3)5 人造地震动生成的方法 (3)6 目标反应谱的确定 (4)7 所选地震时程的基本信息 (4)8 地震时程反应谱与规范反应谱对比 (5)上海地区抗震设计输入地震时程说明1 天然地震时程选取原则天然地震动具有很强的随机性，随着输入地震波的不同结构的地震响应也会有很大的差异，故要保证时程分析结果的合理性，在选择地震波时必须遵循一定的原则。

一般而言，选择输入地震波时应以地震波的三要素（峰值、频谱特性、地震动持时）为主要考虑因素。

2 峰值调整地震波的峰值一定程度上反应了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波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（峰值相当并非峰值相等，而是在峰值相近的情况下所选用地震波的反应谱与规范反应谱基本相符）。

3 频谱特性频谱是地面运动的频率成分及各频率的影响程度。

它与地震传播距离、区域、介质及结构所在的场地土性质有密切关系。

一般来说，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距较远或软弱场地土中，地震波的长期成分较多。

输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致，且在一定的周期段内与规范反应谱尽量接近。

对于天然地震记录而言，3个方向地震波同时都与规范反应谱很接近的条件是很难满足的，但应保证至少一个水平向地震波反应谱与规范反应谱基本吻合。

4 地震动持时地震持时也是结构破坏和倒塌的重要因素，工程实践中确定地震动持续时间的原则是：1）地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内，2）若对结构进行弹塑性地震反应分析（考虑累计损伤效应），持续时间可取长些。

另外，在截取地震波时尚需注意尽量在速度/位移零点处截断以尽量避免加速度积分时速度或位移的``漂移''现象。

（1）设计用地震记录的选择和调整用规范的确定性方法和地震危险性分析方法所确定的设计地震动参数，是选择天然地震加速度记录的依据。

(一)实际地震记录的选择方法选择地震记录应考虑地震动三要素，即强度（峰值）、频谱和持续时间。

对某一建筑的抗震设计，最好是选用该建筑所在场地曾经记录到的地震加速度时间过程。

但是，这种机会极少。

为此，人们只能从现有的国内外常用的地震记录中去选择，尽可能挑选那些在震级、震中距和场地条件等方面都比较接近设计地震动参数的记录。

他的文章给出了相应的地震数据的记录目录。

（二）实际地震记录的调整1.强度调整。

将地震记录的加速度值按适当的比例放大或缩小，使其峰值加速度等于事先所确定的设计地震加速度峰值。

即令其中a(为记录的加速度值为调整后的加速度值;A众为设计地震加速度峰值;。

为记录的加速度峰值。

这种调整只是针对原记录的强度进行的，基本上保留了实际地震记录的特征。

也就是所说的（强度修正。

将地震波的加速度峰值及所有的离散点都按比例放大或缩小以满足场地的烈度要求）2.频率调整考虑到场地条件对地震地面运动的影响，原则上所选择的实际地震记录的富氏谱或功率谱的卓越周期乃至形状，应尽量与场地土相应的谱的特性一致。

如果不一致，可以调整实际地震记录的时间步长，即将记录的时间轴“拉长”或“缩短”，以改变其卓越周期而加速度值不变也可以用数字滤波的方法滤去某些频率成分，改变谱的形状。

另外，为了在计算中得到结构的最大反应，也可以根据建筑结构基本自振周期，调整实际地震记录的卓越周期，使二者接近。

这种调整的结果，改变了实际地震记录的频率结构，从物理意义上分析是不合理的。

另外，在测定场地土和建筑结构的卓越周期时，运用不同的测试仪器和测试技术，往往得到不同的结果。

即使是对同一个测试结果，在频谱上确定卓越周期时，不同的分析方法也会导致不同的结果。

有的选取谱的第一个峰值所对应的周期作为卓越周期，有的选最大峰值时的，也有的取某一段周期等，很不一致。

弹性动力时程分析地震波选取方法探讨摘要：本文根据珠海市某超限高层弹性动力时程分析结果，探讨了选波方法。

研究表明，采用小样本容量的地震波输入时，天然波输入数量的增加可以降低地震波的总体离散性，按规范推荐的比例输入三向地震波加速度是合理的。

关键词：结构设计；弹性动力时程分析；地震波Abstract: in this paper, according to the Zhuhai city high-rise overrun elastic dynamic time-history analysis results, discusses the selection of wave method. Studies show that, using the small sample size of earthquake input, natural wave input quantity increase can reduce the overall dispersion of seismic wave, according to the standard recommended proportional input three to seismic wave acceleration is reasonable.Key words: structural design; elastic time-history dynamic analysis; seismic wave近年来，随着我国社会经济的发展，各类高层建筑在全国各地日益增多。

它们新颖别致、多样化、复杂化和独特个性等特点给城市带来崭新面貌的同时也给高层建筑结构设计者带来了严峻的挑战。

《建筑抗震设计规范》[1]第5.1.2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第4.3.4条规定了高层建筑应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充验算的范围。

本文对珠海市某超限高层建筑进行弹性动力时程分析，探讨地震波的选取方法。

第七讲地震作用和抗震验算新规定王亚勇赖明吕西林李英民杨溥郭子雄（一）新的设计反应谱的主要特点1、89规范的设计反应谱的主要特点89规范的设计反应谱、即地震影响系数曲线，是根据大量实际地震加速度纪录的反应谱进行统计分析并结合工程经验和经济实力的综合结果。

抗震设计反应谱通常用三个参数：最大地震影响系数αmax 、特征周期 T g 和长周期段反应谱曲线的衰减指数γ来描述。

而且不同阻尼比条件下的反应谱曲线也是不同的，89规范提供了考虑近、远震和不同场地条件下阻尼比为5 % 的标准设计反应谱，其最长周期为 3秒。

应该说，89规范的设计反应谱基本适应了我国八、九十年代工程建设抗震设防的要求，除房屋建筑外，各类工程设施及构筑物均参照它提出类似的设计反应谱。

2、加速度设计反应谱用于抗震设计的局限性（1）强震地面运动长周期成分的存在地震学研究和强震观测证明，强震情况下，地面运动确定存在长周期分量，其周期可以长达10秒甚至100秒，地震震级从5级到8级，其谱值在10秒周期处最大相差不超过50倍，在100秒周期处，不超过250倍。

在震级M5时，周期在3秒以内，信噪比已经大到可以满足工程使用要求了。

同时还证明，谱曲线至少存在二个拐角周期。

如图1和表1所示。

图1 不同震级下强震地面运动福里叶振幅谱注：噪声指在强震加速度记录数据处理过程中引入的长周期误差研究表明，地震动长周期分量与震源规模、震源距有关，由此可以推出与震级、烈度的关系，从而建立起具有工程实用意义的关系来。

见公式(1)PSV =f1(M,R,T)=f2(L,W,R,T) (1)=f3(I,R,T)式中：PSV为拟速度反应谱，M为震级，R为震源距，L为断层长度，W为断层宽度，I 为烈度，T是反应谱周期。

（2）现有强震加速度记录中长周期成份的损失由于强震仪频率响应范围的限制无法记录到超过10秒以上的地面运动成分，在超过5秒以上的成分中也存在失真，而且在对加速度记录进行误差修正时将数字化过程零线修正所产生的噪声滤出的同时也将地面运动长周期分量滤去了。

地震波的定义地震波的定义地震是地壳的一切颤动，是一种自然现象。

其主要能源来自地球的内部，是由地球内部自然力冲击引起的。

地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。

震源在地面上的垂直投影称为震中。

震中到震源的距离称为震源深度。

地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。

地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

发生原理英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。

地球内地震波部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。

地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。

由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。

概念介绍地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。

地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

传播方式地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。

纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。

横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。

面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。

其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

纵波和横波现象介绍我们最熟悉的波动是观察到的水波。

当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。

这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。

然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。

这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。

[整理版]正确选取地震波地震波的选取方法 (MIDAS(2009-05-16 22:51:32)转载?标签: 分类: 结构专业杂谈建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。

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。

这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)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Tg值应接近或相同。

特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。

加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。

地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。

持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。

持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值,a(t),,k*g的时间总和，k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k ,0.5。

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一般取0.3基本周期的5,10倍。

说明:有效峰值加速度 EPA,Sa/2.5 (1)有效峰值速度 EPV,Sv/2.5 (2)特征周期Tg = 2π*EPV/EPA (3)1978年美国ATC,3规范中将阻尼比为5,的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。

上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。