高层结构分析方法（二）：小震时程分析工程案例

来源：广东省院结构安全顾问

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1.1 时程分析法

时程分析法是结构基本运动方程沿时间历程进行积分求解结构振动响应的方法。时程分析法在数学上称步步积分法，由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解，以求得整个时间历程的地震反应。输入符合结构所在场地的地震波作用，由初始状态开始，一步一步地逐步积分，直至地震作用结束。

时程分析法的主要功能：

1）、校正由于采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差。特别是对于周期长达6秒以上的高层建筑，由于设计反应谱在长周期段的人为调整以及计算中对高阶振型的影响估计不足产生的误差。

2）、可以计算结构在非弹性阶段的地震反应，对结构进行大震作用下的变形验算，从而确定结构的薄弱层和薄弱部位，以便采取适当的构造措施。

3）、可以计算结构和各结构构件在地震作用下每个时刻的地震反应（内力和变形），提供按内力包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力配筋最大值进行配筋这两种方式。

由于地震波的离散性大，目前常用设计软件采用反应谱法进行构件的配筋，还不能根据时程计算结果进行构件配筋，可以通过放大反应谱计算的楼层地震力方法考虑时程分析放大效应。

1.2 地震波的选择

结构设计所用地震波的来源主要包括：（1）常用设计软件PKPM，YJK，GSSAP，ETABS等自带的地震波库；（2）由加州大学伯克利分校、东京大学地震研究中心等相关网站下载地震波；（3）采用SeismoSignal、NewWave等地震波修正软件处理。

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（按规范所列地震加速度最大值采用）和持续时间（一般为结构基木周期的5- 10倍）均要符合规定。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。若进行大震弹塑性时程计算，那么特征周期则需要在原来的基础上加上0.05。每条地震波加速度时程曲线的效持续时间和计算所得结构底部剪力应符合《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）的要求。图1为Elcentro波的持续时间，起始箭头和结束箭头为峰值加速度10%的位置，箭头之间有效持续时间约26s。

地震波选用需要考虑场地类别、地震波数量、频谱特性、有效峰值、持续时间以及工程判断6个方面的要求。由于地震波的离散性大，需要通过一定的方法在大量的实际地震记录中选取一些满足规范要求的地震记录，以供时程分析法使用。

为了选取合适的地震波，可分三个步骤：（1）根据场地类别、持时要求确定本工程第一组地震波备选集；（2）对第一组地震波备选集，每条波校核频谱特性，从而选出第二组地震波备选集，当地震波与反应谱曲线吻合程度有所差别时，可采用软件进行修正；（3）在第二组地震波的基础上，可用YJK、GSSAP、SATWE、ETABS或Midas-Building等进行小震时程计算，通过比较基底剪力曲线，确定最终用于抗震分析的地震波。

图1 Elcentro波有效持续时间段

工程中常用SeismoSignal软件进行地震波调整，它是一款功能强大的波谱分析软件，可以方便的进行强度、周期及持续时间修正，还可以自动算出地震波的反应谱曲线。

滨江海岸14#项目，地上高118.5m，楼层数28层，地下室为2层，结构平面外包尺寸约为56.0m×36.08m，长宽比为1.55，高宽比3.28。场地土类型为II类，地震设计分组为第二组，设防烈度为8度（0.3g），剪力墙抗震等级为特一级，框架抗震等级为一级，三维计算模型和标准层平面图分别见图2和图3所示。