【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(nèi)涵，進而為加強地震波選取研究奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);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(xiàn)代經(jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展，城市高層建筑的數(shù)量也越來越多，時程分析法是一種科學(xué)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(zhì)量。目前，我國實行的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）明確提出了建筑地震結(jié)構(gòu)分析要求，但是由于建筑環(huán)境特殊，建筑設(shè)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(shè)計過于保守，設(shè)計和現(xiàn)實情況存在明顯差別，不能夠?qū)崿F(xiàn)薄弱層控制，關(guān)鍵構(gòu)件施工分析的目標。因此，采用科學(xué)的處理方式科學(xué)選取地震波，能夠全面綜合提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升其經(jīng)濟價值，全面保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，實現(xiàn)科學(xué)建設(shè)的目標。

1、簡述時程分析法選取地震波的原則

地震誘發(fā)因素較多且存在一定的隨機性，要想科學(xué)預(yù)測并規(guī)避地震，技術(shù)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(zhì)量。研究表示，建筑結(jié)構(gòu)的地震破壞耐受能力和地震波的持續(xù)時間、頻譜以及峰值有緊密關(guān)系，通過分析這三要素就可以提升抗震設(shè)計質(zhì)量，通過人工擬合地震波等方式提升地震波時程控制質(zhì)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(zhì)等，其科學(xué)反饋了地震震動頻率差異，建筑設(shè)計通過分析場地特性，可以科學(xué)分析地震波，以已經(jīng)發(fā)生的地震為模型，預(yù)測地震發(fā)生，提升建筑設(shè)計質(zhì)量。這需要設(shè)計人員針對場地的周期進行調(diào)整，科學(xué)控制質(zhì)量。

1.2峰值調(diào)整

為了加強地震震動強度和結(jié)構(gòu)抗震性能，設(shè)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(diào)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(xué)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(shè)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(shù)值統(tǒng)一放大或縮小，進而達到峰值加速度。

1.3地震波持續(xù)時間

地震波的持續(xù)時間對整個建筑的結(jié)構(gòu)動力有直接影響，如彈塑性動力。若地震持續(xù)時間超過一定的范圍值，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會直接受損，在長期的反復(fù)震動下會產(chǎn)生疲勞損傷等問題，針對能量累積的角度研究，地震持續(xù)的時間越長，其對結(jié)構(gòu)的耗能能力要求也越高，工程實踐對地震波持續(xù)時間的分析原則主要有三點，第一點是針對結(jié)構(gòu)周期特點，將其限定為結(jié)構(gòu)基本周期的5-10倍;第二是針對持續(xù)時間，如以彈塑性持續(xù)特點進行分析適當(dāng)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(jié)構(gòu)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(xiàn)代分析主要是受是通過計算機數(shù)據(jù)分析以及三維建模進行篩選。常見的PKPM軟件，YJK軟件內(nèi)部設(shè)計有地震波選波內(nèi)容，相應(yīng)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(nèi)容如下所述。

2.1建立結(jié)構(gòu)模型

工作人員可以針對結(jié)構(gòu)特點建立特殊的結(jié)構(gòu)模型，通過結(jié)構(gòu)彈性的配筋計算和處理進而得到結(jié)構(gòu)的基本周期和振型簡圖等參數(shù)，為后期選型，模擬分析奠定基礎(chǔ)（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(shè)防分類內(nèi)容，針對抗震設(shè)防烈度和地震分組、場地類別以及場地特征周期等參數(shù)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(shè)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(diào)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(yīng)的軟件規(guī)范下組合地震波，并篩選出地震影響系數(shù)曲線、分解反應(yīng)譜等內(nèi)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(shù)。

2.4篩選和試算分析

由于建筑結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式地震波導(dǎo)入功能，將地震波改寫為軟件支持的通用文本文件，導(dǎo)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(yōu)化，要求每條地震波的輸出底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法底部剪力的 65%，多條地震波的輸出平均底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法的 80%，最終滿足工程建設(shè)的經(jīng)濟性和實用性。

結(jié)語：

綜上所述，地震波十分復(fù)雜，為了保證建筑的穩(wěn)定性和安全性，相應(yīng)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的地震波分析方法，如利用建筑結(jié)構(gòu)時程分析法輸入地震波，提升抗震質(zhì)量。

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作者簡介：

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