建筑結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法輸入地震波的探討

【摘要】時(shí)程分析法在地震波分析中有一定的運(yùn)用價(jià)值，其可以分析頻譜的特殊性和峰值，探討持時(shí)的內(nèi)涵，進(jìn)而為加強(qiáng)地震波選取研究奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);時(shí)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(jì)的建設(shè)和發(fā)展，城市高層建筑的數(shù)量也越來越多，時(shí)程分析法是一種科學(xué)的處理方式，其可以加強(qiáng)抗震補(bǔ)充計(jì)算分析，提升高層建筑地震波分析質(zhì)量。目前，我國實(shí)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)要求難度大，因此在選取地震波分析時(shí)候存在一些問題。例如一些設(shè)計(jì)過于保守，設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)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(biāo)。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(jì)價(jià)值，全面保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，實(shí)現(xiàn)科學(xué)建設(shè)的目標(biāo)。

1、簡述時(shí)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(jī)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(shí)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(jì)質(zhì)量，通過人工擬合地震波等方式提升地震波時(shí)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(jī)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(jì)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(jì)質(zhì)量。這需要設(shè)計(jì)人員針對場地的周期進(jìn)行調(diào)整，科學(xué)控制質(zhì)量。

1.2峰值調(diào)整

為了加強(qiáng)地震震動強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)抗震性能，設(shè)計(jì)人員要了解地震波的特征，對地震波記錄的強(qiáng)度和幅度進(jìn)行調(diào)整，日本多以“地面峰值加速度”作為強(qiáng)度指標(biāo)以此來判斷地震波峰值，也有部分學(xué)者認(rèn)為采用“地面運(yùn)動位移峰值”作為指標(biāo)來研究抗震。在實(shí)際的設(shè)計(jì)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(gè)比例將地震波的時(shí)程曲線數(shù)值統(tǒng)一放大或縮小，進(jìn)而達(dá)到峰值加速度。

1.3地震波持續(xù)時(shí)間

地震波的持續(xù)時(shí)間對整個(gè)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(shí)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(shí)間越長，其對結(jié)構(gòu)的耗能能力要求也越高，工程實(shí)踐對地震波持續(xù)時(shí)間的分析原則主要有三點(diǎn)，第一點(diǎn)是針對結(jié)構(gòu)周期特點(diǎn)，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(shí)間，如以彈塑性持續(xù)特點(diǎn)進(jìn)行分析適當(dāng)延長地震的波持，也保證非線性分析的精準(zhǔn)性。第三是按照地震時(shí)程曲線最大峰值的10%計(jì)算，直接到達(dá)峰值 10% 的最后一點(diǎn)為止。

2、建筑結(jié)構(gòu)時(shí)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析以及三維建模進(jìn)行篩選。常見的PKPM軟件，YJK軟件內(nèi)部設(shè)計(jì)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(diǎn)建立特殊的結(jié)構(gòu)模型，通過結(jié)構(gòu)彈性的配筋計(jì)算和處理進(jìn)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(shí)程分析研究

工作人員可針對時(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)的計(jì)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(jìn)而找出最符合地震影響計(jì)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(jìn)行計(jì)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(jìn)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(xiàng)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(jìn)行試算篩選。

2.5輸入分析

選出地震波的時(shí)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(jìn)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(jì)性和實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)有限公司首席專家。研究方向，建筑結(jié)構(gòu)。