关于中美规范在地震波选择方面的探讨.

一、关于抗震设计的基本知识二、地震波选择的方法三、中美规范在地震波选择上的不同之处抗震计算所采用的三种方法：(1)、底部剪力法（静力法）我国建筑抗震设计规范GB50011-2010(以下简称《抗规》)5.1.2条规定：高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法[1]。(2)、振型分解反应谱法（拟静力法）《抗规》5.1.2条规定：除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法[1]。反应谱：自振周期不同而阻尼比相同的一组单自由度结构在某个给定的地震动作用下各个结构的最大反应(加速度，速度，位移)。利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。(3)、时程分析法（动力法）（非弹性）由结构基本运动方程输入地震作用加速度记录进行积分(中心差分法、Newmark-β法)求解，以求得整个时间历程的地震反应(加速度、速度、位移)。《抗规》5.1.2条规定：特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算[1]。表5.1.2-11、地震波的数量《抗规》与《高规》相关规定：采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3[1][2].2、地震波反应谱及加速度时程要求《抗规》5.1.2条规定：多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线的统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2采用[1]。2.(1)“统计意义上相符”《抗规》条文说明5.1.2条写到：所谓“在统计意义上相符”指的是多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应与结构主要振型的周期点上相差不大于20%示例说明：Tg=0.35T1=1.532.(2)“统计意义上相符”--------“双频段控制方法[3]”一是对地震记录加速度反应谱值在[0.1，Tg]平台段的均值进行控制，要求所选地震记录加速度谱在该段的均值与设计反应谱相差不超过10%；二是对结构基本周期T1附近[T1-dtT1,T1+dtT2]段加速度反应谱均值进行控制,要求与设计反应谱在该段的均值相差不超过10%.示例说明：Tg=0.35T1=1.53dtT1=0.2dtT2=0.53.加速度峰值调幅4.选择地震动持时一般取地震动持续时间为结构基本周期的5～10倍[4]．5.地震波选择的其他规定《抗规》5.1.2条规定：弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结构的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%[1]小结：按照《抗规》选地震波步骤按照地震动的三要素（幅值，频谱，持时）来选频谱特性------《抗规》或者双频段控制方法幅值------加速度最大值调幅持时-------结构基本周期的5-10倍数量-------3组或7组规定--------底部剪力满足要求1.美国规程ASCE7-10中选择地震波的步骤当地最大考虑地震震级，断层距，震源机制调幅规定-----调幅后多组地震波反应谱的平均值在0.2T1～1.5T1范围内不应低于设计反应谱[7]数量-----3组或7组当地最大考虑地震(MCE)：综合考虑了该地区附近各断层和潜在震源可能发生的不同震级地震的概率，并以谱加速度的形式给出对应于不同超越概率的地震动强度[5]。“反综合”过程[6]2、两种规范的地震波选择方法不同之处(1).地震波调幅不同中国-----最大加速度调幅(三向地震时比值为1：0.85:0.65)美国-----地震波调幅系数(系数适用于多个方向)1.使得调幅后的地震波反应谱在特定的周期范围内与设计反应谱的均方差最小[7]；2.使调幅后的地震波反应谱在某一特定周期点Ts上与设计反应谱相等[7]。(2).要实现的目标不同中国-----结构------选取地震波离散性小，数量少美国-----场地------选取地震波离散性不确定，数量多一个能够适用于不同结构类型和不同自振周期结构的地震动记录集合，并以此作为评价和研究各类建筑结构抗震性能的基础[5]。在实际工程设计中对所设计结构或既有结构的抗震性能进行校核与检验[5]。3.不同选波方法得出的地震波选择集参考文献[7]赵作周等在文献[7]的研究指出，基于《抗规》的选波方法（选择集A），地震波的平均反应谱在[0.1，Tg]以及[T1-dtT1,T1+dtT2]两个周期范围内与设计反应谱接近，而在其他范围则相差较大;基于ASCE7-10的选波方法（选择集B），地震波的平均反应谱在1阶自振周期上与设计反应谱加速度相差约8%，但在1～10s范围内与设计反应谱接近，EMS约1.5%，上述两方法选择的地震波在1阶自振周期上谱加速度的离散性相差不大。赵作周等在文献[7]的研究指出，《抗规》中的建议方法，将主要研究方向地震波的Apg统一调幅至某一规定值(如0.4g)，与之正交方向地震波的Apg为主方向的0.85倍(0.34g);根据ASCE7-10建议方法进行调幅的地震动记录，各条波的APG以及两个水平方向APG加速度的比值不统一，并且x向各条地震波的APG均大于0.4g。参考文献[1].GB50011—2010建筑抗震设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010．[2].GBJGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．北京:中国建筑工业出版社2010．[3].杨溥，赖明．结构时程分析法输入地震波的选择控制指标［J］．土木工程学报，2000，33(6):33-37[4].赵伯明，王挺.高层建筑结构时程分析的地震波输入[J].沈阳建筑大学学报2010(6).[5].曲哲，叶列平，潘鹏．建筑结构弹塑性时程分析中地震动记录选取方法的比较研究［J］土木工程学报，2011，44(7):10-21．[6].BazzurroP，CornellCA．Disaggregationofseismichazard［J］．BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmerica，1999，89(2):501-520[7].赵作周，胡妤等.中美规范关于地震波的选择与框架-核心筒结构弹塑性时程分析[J]建筑结构学报2015.236（2）:10-18