問：時程分析如何選取地震波？

時程分析，不管是彈性時程分析還是彈塑性時程分析，地震波的合理選取都是非常重要的一步。《建筑抗震設計規范》規定，采用時程分析法時，應按照建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄（天然波）和人工模擬的加速度時程曲線（人工波），其中實際強震記錄的數量不應少于總數的2/3，多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。所謂“在統計意義上相符”指的是，多組時程波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數曲線相比，在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于20%。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

正確選擇輸入的地震加速度時程曲線，要滿足地震動三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續時間均要符合規定。頻譜特性依據所處的場地類別和設計地震分組確定；有效峰值按規范調整；有效持續時間不少于結構基本自振周期的5倍和15秒，時間間隔可取0.01s或0.02s。

加速度時程最大值

場地特征周期值如下表所示。

場地特征周期值

總結起來選波步驟是：（1）確定地震波數量，3條或者7條；（2）根據場地特征周期值選波，可以多選幾條備用；（3）根據加速度時程最大值對地震波峰值進行調整；（4）繪制地震波的加速度譜并與規范反應譜進行對比；（5）進行彈性時程分析；（6）提取基地剪力結果并與反應譜法結果進行對比；（7）對合格的地震波進行罕遇地震下峰值放大；（8）進行彈塑性動力時程分析。

關于天然波的來源，一般結構計算軟件，如Midas和SAP2000，都提供了很多波供選用，不過國內的軟件PKPM和YJK的地震波更好用，因為他們已經根據特征周期對地震波分好了組。另外美國PEER網站上有世界各地的大量地震波記錄，可供免費下載使用。

下面是一個工程實例，某網殼結構，抗震設防烈度7度（0.15g），第1階自振周期1.20s，場地類別Ⅲ類，設計地震分組第二組，特征周期值0.55s。從PKPM地震波庫中，按照特征周期選取了3條天然波和2條人工波備用，根據多遇地震加速度時程最大值55cm/s^2對地震波峰值進行調整，下圖是其中一條天然波的時程曲線。

天然波1時程曲線

利用Midas地震數據生成器SGS，生成地震波的加速度譜，并與規范加速度譜畫在同一張圖里，如下圖所示。

地震波生成反應譜

觀察第1階自振周期處（1.2s）加速度值，選取與反應譜最接近的地震波數據。偏于保守考慮，在反應譜曲線的上下浮動時，選取在上面的波。根據上圖曲線，選取天然波1、天然波3、人工波2進行彈性時程分析。如果計算出的基地剪力與反應譜法對比符合規范要求，即可調整地震波峰值到310cm/s^2，進行彈塑性時程分析。

有個問題是，因為只控制第1階自振周期，所以在其他周期處地震波可能和反應譜相差較大。比如上圖中的天然波1在短周期處就會比反應譜大很多，導致計算結果偏保守。

對于時程分析的結果，《抗規》規定，當選3條波時，時程結果取包絡值；當選7條波時，時程結果取平均值。根據上述實例，為了減少波動性，建議選7條波進行計算取平均值。雖然這樣會增加計算量，但是結果更可靠。

-2015年11月17日