摘要：本文對現(xiàn)有的彈性分析方法進行了概述，重點介紹了動力彈性時程分析的理論、優(yōu)點和基本方法，及該方法在工程中的應用，對于動力彈性時程分析方法在高層、特別是超限高層分析中的推廣應用提供了有益的參考和借鑒。

　　關鍵詞：動力彈性時程分析,結構設計,應用

　　0 前言

　　地震作用是危害建筑安全的最主要災害之一。幾十年來，人們大量積累的地震實測資料多體現(xiàn)出速度、加速度或者位移時程的形式。與此相對應，時程分析方法是計算建筑結構地震響應最直接的一種方法。但是，由于地震作用具有隨機性，因此導致了計算結果的不確定性，使得彈性時程分析方法只能作為結構設計的一種輔助計算方法;盡管如此，為了增強重要結構的抗震安全性，抗震規(guī)范仍然規(guī)定將彈性時程分析方法作為一種補充振型分解反應譜法的計算方法;彈性時程分析方法被認為是一種仿真的地震作用響應的計算方法。下面探討如何在結構設計中正確的運用彈性時程分析的計算方法。

　　1 正確的應用彈性時程分析

　　在軟件中正確地應用彈性時程分析方法,首先需要正確的認識《建筑抗震設計規(guī)范》的相關條文規(guī)定。以下幾點是需要特別明確的：

　　(1)“采用時程分析方法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線”。可能在不同地震波作用下的建筑結構響應差別較大，為了避免離散性，可在一定程度上選用多條地震波的平均值。一般是以規(guī)范反應譜為基礎，通過蒙特卡羅方法來得到人工模擬地震波，這將更加貼近規(guī)范反應譜或反映場地的當?shù)靥卣鳌ATWE，TAT ，PMSAP 等軟件可按照結構的特征周期給出多組人工波和天然波進行彈性時程分析，要選取足夠數(shù)量的地震波進行計算，使得到的計算結果在統(tǒng)計意義上相符。

　　(2)抗震規(guī)范第5.1.2條第3 點規(guī)定，“可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值”。在過程設計中，有不同的做法可以實現(xiàn)“較大值”：1) 采用彈性時程分析設計的樓層地震響應包絡值與振型分解反應譜法計算結果二者中較大的值直接進行構件設計;2) 在實現(xiàn)振型分解反應譜方法時，使地震力放大，讓時程分析樓層響應曲線的平均值被樓層響應曲線包住。前一種做法也許會使得構件配筋較大，因為在時程分析過程中，不具有構件響應最大的內(nèi)力的同時性。可以通過適當放大震型分解反應譜法的地震作用來滿足規(guī)范相應的要求。

　　(3)“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%”。此規(guī)定有效的控制了地震波計算結果的離散性，保證時程分析結果滿足工程安全要求。在執(zhí)行該條文時，若設計人員找不到滿足該條文規(guī)定的足夠數(shù)量的地震波時，有些設計人員會采用放大地震波峰值加速度的方式達到基底剪力的要求。這種做法是欠妥的，因為放大地震波的峰值加速度使結構的設防烈度放大了，這是毫無根據(jù)的也失去了選擇天然波的的本質。

　　(4)“多波平均地震響應系數(shù)曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符”。該條文說明二者在結構主要振型周期點上相差不大于20%。地震波的最重要特征之一就是頻譜特征，會在一定程度上影響時程分析結果的合理性。判斷某條實際地震波響應譜的最大卓越周期是否與結構的特征周期一致是一種可行的做法，也可以判斷其幾個最主要卓越周期是否包含在結構特征周期之內(nèi)。盡管這種做法是概念性的，但是一般是可執(zhí)行且有效的。

　　3 正確應用彈性時程分析

　　與“大震不倒”的抗震設防目標相對應，混凝土高規(guī)和抗震規(guī)范等規(guī)定了彈性階段變形驗算的相關內(nèi)容。但規(guī)范沒有詳細規(guī)定其具體做法，下面結合SATWE、TAT、PMASP等軟件應用闡述彈性動力時程分析中的常見問題。

　　(1)輸入地震波的有效持續(xù)時間一般從首次達到時程曲線最大峰值的10%那一點算起，到最后一點達到最大峰值的10%為止，有效持續(xù)時間為結構基本周期的5~10倍，即結構頂點的位移可按基本周期往復5~10次。

　　(2)地震波的峰值加速度壓縮成各設防烈度所要求的數(shù)值。

　　(3)確定計算方向并確定各方向比例，如1(水平1):0.85(水平2):0.65(豎向)。

　　(4)分析計算結果確定計算要選取的地震波的數(shù)量，使得到的結果有代表意義。

　　(5)分析計算結果找出結構中存在的薄弱環(huán)節(jié)，為后面的加強設計做好數(shù)據(jù)支持。

　　正確進行常遇地震下彈性時程分析需注意以下幾點：

　　(1)彈性時程分析能告訴我們什么。彈性時程分析可以反映出來結構的很多固有特性，包括：1)結構的薄弱樓層出現(xiàn)在什么部位;2) 常遇地震作用下結構的宏觀響應情況，如：結構的整體振動過程;剪力墻、框架部分協(xié)同工作等;3) 常遇地震下多條地震波平均彈性層間位移角是否滿足規(guī)范規(guī)定。

　　(2)如何判斷在常遇地震作用下的薄弱樓層的位置。彈性時程分析的樓層響應結果統(tǒng)計可以反映出結構中的薄弱樓層。此基礎上得到的薄弱樓層得到加強，要更加有效的改善結構的抵抗地震的能力。

　　(3)正確地看待彈性變形驗算。彈性階段變形驗算是《規(guī)范》規(guī)定的建筑結構常遇地震分析的主要內(nèi)容，就是多波平均彈性最大層間位移角要小于《規(guī)范》所規(guī)定的限值。這是保證結構在地震下安全的重要規(guī)定。但是其實彈性時程分析可以反映出更多的結構性能特征，提供了一個有用的量化工具給改善結構設計。

　　4 結語

　　結合一些實踐經(jīng)驗討論了一下在建筑結構設計中應用彈性時程分析。時程分析結果受地震的隨機性而較難把握，認為地震響應分析是“算不準”的一些設計人員的觀點其實是可以改變的。只要一些基本的原則把握好了，再去認真地進行分析，還是可以從彈性時程分析中得到很多有用的量化信息。

　　參考文獻

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