高层建筑结构时程分析的地震波输入
高层建筑抗震设计对策
高层建筑抗震设计对策随着城市的快速发展，高层建筑如雨后春笋般涌现。
然而，地震等自然灾害的威胁始终存在，因此高层建筑的抗震设计至关重要。
良好的抗震设计能够在地震发生时保障建筑结构的稳定性和人员的生命安全。
本文将探讨高层建筑抗震设计的一些对策。
一、场地选择场地的选择是高层建筑抗震设计的首要环节。
应优先选择地质条件稳定、坚硬的场地，避免在地震断层、滑坡、泥石流等危险区域建设高层建筑。
同时，要对场地的地震效应进行详细的勘察和评估，包括场地土的类型、覆盖层厚度、卓越周期等。
例如，软弱土场地在地震时会放大地震波的作用，增加建筑物的地震响应，而坚硬场地则能有效减小地震影响。
二、结构体系的选择合理的结构体系是确保高层建筑抗震性能的关键。
常见的高层建筑结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。
框架结构具有布置灵活的优点，但抗侧刚度相对较小，适用于层数较低的建筑。
剪力墙结构抗侧刚度大，能有效抵抗水平地震作用，但空间布置不够灵活。
框架剪力墙结构结合了框架和剪力墙的优点，既能提供较大的使用空间，又具有较好的抗震性能，是高层建筑中应用较为广泛的结构体系之一。
筒体结构，如框筒、筒中筒等，具有极大的抗侧刚度和承载能力，适用于超高层建筑。
在选择结构体系时，需要综合考虑建筑的高度、使用功能、经济因素等。
同时，要保证结构的整体性和连续性，避免出现薄弱部位。
三、抗震计算分析准确的抗震计算分析是高层建筑抗震设计的核心。
目前常用的抗震计算方法包括底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。
底部剪力法适用于高度不超过 40 米、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。
振型分解反应谱法考虑了结构的多振型效应，能更准确地反映结构在地震作用下的响应，适用于大多数高层建筑。
时程分析法则通过输入实际的地震波，对结构进行动态分析，能更真实地模拟地震作用，但计算工作量较大，通常用于重要或复杂的高层建筑。
在进行抗震计算时，要合理确定地震作用的取值，包括地震烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组等参数。
建筑结构时程分析法中天然地震波的选择
０ 引 言
作 为高层 建筑 和重 要结 构抗震 设计 的一种 补 充 计算 ， 用 时程 分 析法 的主要 目的在 于 检 采
验规 范反应谱 法 的计算 结果 、 补反应谱 法 的不 足 和进行 反 应 谱法 无法 做到 的结 构 非 弹性 地 弥
震 反应 分析 。而且 ， 用 时程 分 析法还具 有许 多优 点 ， 采 其最 主要 的是 它 的计 算结 果能更 真实 地
足现 行抗 震设 计有关 规范 （ ５ ０ １ ２ ｉ ） ＧＢ ０ １ － ０ ０ 或地震 安全性 评价 中经 土层 反应 分 析得 到相 应结 果 的相关 要求 。
１ １ 选 择地 震记 录时应 充分 考虑 建筑物 所在地 的场 地特性 ．
地震 波有 自己的特性 ， 而结 构也 有 自身动 力 特性 ， 且 位 于特 定 场地 土 上 。 比如 ， 软 土 并 将 场 地波 作用到 刚性 场地 上 ， 之结 构具有 共振效 应 ， 加 刚性结 构在 高频 分量为 主 的地 震波 激励下 可能获 得较 强烈 响应 ， 性结 构在 低频分 量 为 主 的地震 波 激励 下 可 能获 得 强烈 响应 。在选 择 柔 地震 波 时 ， 需要 了解其 在 何 种 场地 上 获得 ， 谱 特性 如 何 ， 频 在结 构 所在 场 地 可否 重 现 （ 林建 生
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第 ３ ２卷 第 ４期
２１ ０ １年 ８月
ＳＥＩ ＳＭ ０ Ｌ０ ＧＩ ＣＡ Ｌ ＮＤ Ａ ＧＥ０ Ｍ ＡＧ ＮＥＴＩ Ｃ ０ＢＳ ＲＶＡＴＩ Ｅ ＯＮ ＡＮＤ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ
Ｖ０１ ２ ＮＯ ．３ ．４ Ａ ｕｇ ． ２ １ ０１
ｄ ｉ１ ． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０ —２ ６ ２ １ ． ４ ０ ５ ｏ：０ ３ ６ ／ ． ｓ． ０ ３３ ４ ． ０ １ ０ ． ０ ｓ
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究一、本文概述本文旨在探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性分析方法及其抗震性能评估。
地震是自然界中常见的灾害性事件，对人类社会和建筑结构产生深远影响。
高层建筑由于其特殊的结构特点和高度，使其在地震中更容易受到破坏。
因此，研究高层建筑结构的抗震性能，特别是在弹塑性阶段的分析和评估，对于提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失具有重要意义。
本文将首先介绍高层建筑结构抗震弹塑性分析的基本理论和方法，包括弹塑性力学基础、结构分析模型、地震动输入等。
在此基础上，探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性响应特点，包括结构变形、内力分布、能量耗散等。
然后，本文将重点介绍高层建筑结构抗震性能评估的方法和技术，包括静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、易损性分析等。
这些方法和技术可以用于评估高层建筑结构在地震中的安全性能和抗震能力。
本文还将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的应用进行案例研究。
通过实际工程案例的分析，探讨不同分析方法和技术在实际工程中的应用效果，为高层建筑结构的抗震设计和评估提供参考和借鉴。
本文将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的未来发展趋势进行展望，提出相关的研究建议和展望。
通过本文的研究，可以为高层建筑结构的抗震设计和评估提供更为科学、合理的方法和技术支持，有助于提高高层建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失。
二、高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究高层建筑结构的抗震弹塑性分析是评估建筑在地震作用下的响应和性能的重要手段。
随着建筑高度的增加，结构的柔性和非线性特性愈发显著，因此，采用弹塑性分析方法可以更准确地模拟结构在地震中的实际行为。
材料本构关系的研究：高层建筑的抗震性能与其组成材料的力学特性密切相关。
研究材料在循环加载下的应力-应变关系、滞回特性以及损伤演化规律，是弹塑性分析的基础。
通过试验和数值模拟，可以建立更精确的材料本构模型，为结构分析提供数据支持。
高层建筑结构设计水平地震作用
水平荷载与结构计算简化原则
第二节 地震作用
一、特点
地震时，地震波产生地面运动，通过房屋基础使上部结构产生振动， 这就是地震作用。地震作用使结构产生的运动称为地震反应，包括位移、 速度、与加速度，加速度将使结构产生惯性力，过大的惯性力将会影响 结构的正常使用，甚至造成结构的破坏。 地震波使建筑房屋产生竖向振动和水平振动，一般对房屋的破坏主要 由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用，只有震中附近的高烈 度区域才考虑竖向地震作用。 地震动三要素： 1、强度：反应地震波的幅值，烈度大，强度大。 2、频谱：反应地震波的波形，1962年墨西哥地震时，墨西哥市a=0.05g， 但由于地震卓越周期与结构接近，从而破坏严重。 3、持时：反应地震波的持续时间，短则对结构影响不大。
动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但振型反应谱法或底部剪力尚无 法对此作出估计。出于结构安全的考虑，《高层规程》规定了结构各楼层水平地 震剪力最小值的要求，给出了不同烈度下的楼层地震剪力系数（即剪重比），结 构的水平地震作用效应应据此进行相应的调整。 水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要 求：
1、计算范围： 水平地震作用：
• 6度区 （除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋
外）可不算 • 7-9度区 （除可不进行上部结构抗震验算的房 屋外）均算
竖向地震作用：
•8、9度大跨度结构和长悬臂结构 •9度的高层建筑
2、水平地震作用的计算原则： – 一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算 – 斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算 – 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的 扭转影响
5、动力时程分析法
弹性动力时程分析地震波选取方法探讨
弹性动力时程分析地震波选取方法探讨摘要：本文根据珠海市某超限高层弹性动力时程分析结果，探讨了选波方法。
研究表明，采用小样本容量的地震波输入时，天然波输入数量的增加可以降低地震波的总体离散性，按规范推荐的比例输入三向地震波加速度是合理的。
关键词：结构设计；弹性动力时程分析；地震波Abstract: in this paper, according to the Zhuhai city high-rise overrun elastic dynamic time-history analysis results, discusses the selection of wave method. Studies show that, using the small sample size of earthquake input, natural wave input quantity increase can reduce the overall dispersion of seismic wave, according to the standard recommended proportional input three to seismic wave acceleration is reasonable.Key words: structural design; elastic time-history dynamic analysis; seismic wave近年来，随着我国社会经济的发展，各类高层建筑在全国各地日益增多。
它们新颖别致、多样化、复杂化和独特个性等特点给城市带来崭新面貌的同时也给高层建筑结构设计者带来了严峻的挑战。
《建筑抗震设计规范》[1]第5.1.2条和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第4.3.4条规定了高层建筑应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充验算的范围。
本文对珠海市某超限高层建筑进行弹性动力时程分析，探讨地震波的选取方法。
时程分析中地震波输入位置的讨论
时程分析中地震波输入位置的讨论摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系，能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程，是抗震分析的一种重要方法[1]。
目前有限元软件可以实现结构的时程分析，但是在不同的软件中，其实现方式不同，主要区别在地震波的输入位置不同。
本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析，对比结构相同位置的时程位移曲线，结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中，结构的地震响应基本一致。
关键词：时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same.Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls一、引言在时程分析等动力学问题中，地震力以加速度形式从基础固定处输入。
高层建筑结构的输入地震动问题探讨
四川建筑科学研究Sichuan B uilding Sc ience 第33卷 增刊2007年12月收稿日期22作者简介解振涛(),男,陕西铜川人,硕士,研究方向为工程振动和结构抗震。
y x @63高层建筑结构的输入地震动问题探讨解振涛1,张俊发2,高永昭1,库新勃3(1.四川省建筑科学研究院,四川成都 610081;2.西安理工大学水利水电学院土木工程系,陕西西安 710048;3.西北电力设计院,陕西西安 710032)摘 要:高层建筑结构,因体量庞大、质量巨大,如果建造于非基岩上,则结构的输入地震动也将大大有别于自由场地震动,其上、下部结构动力相互作用将是一个不容忽视的影响因素。
本文围绕层状场域内高层建筑的地震动输入问题,针对目前普遍采用的将地基、基础与上部结构整体建模进行地震响应分析的整体法,提出了其合理的输入地震动的选取方法,并结合现行规范,为某实际工程进行地震响应分析的输入地震动进行了选取。
关键词:高层建筑结构;地震响应分析;输入地震动;地基、基础与上部结构整体模型中图分类号:T U311;T U318 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2007)增刊-0062-05Som e d iscussi on on i n put s e ism on ta ll bu ild i n g i n l ayer ed soil 2f i eldX I E Zhentao 1,Z HANG Junfa 2,G AO Yongzhao 1,K U Xinbo3(1.Sichuan Institute of B uilding Re s ea rch,Chengdu 610081,China;2.Depa rt m ent of Civil Enginee ri ng,Xi πan Uni ve rsity of Technol ogy,Xi πan 710048,China;3.Nort hwe st Electrica l De sign I n stitute,Xi πan 710032,China )Ab stra ct:For the tall bu ilding structure with col ossa l vol .and va stne ss ma ss built on non -bedrock,the interac tion of uppe r and l owe r pa rts will be n ot allo wed negl ec t,the struc t u ral input seis m would be h i ghly diffe rent fro m free fi e ld ground moti on .Cente red on this problem ,t his paper ai m s a t integral method,which m eans t he analysis of seis m ic res ponse on s oil -founda tion -superstructure integral model,ad op ted a t la rge for the moment,the me th od of cho osing the i nput se is m on thismodel was broug ht for ward .Moreove r,based on the actual criteri on,the input se is m of s e is m ic res ponse ana lysis for one p ractical project wa s s e lec ted .Key wor ds:ta ll building struc ture;analysis of se is m ic res ponse;inpu t seis m ;s oil 2founda tion 2superstructure int egral mode l0 前 言对高层建筑结构进行地震反应分析是研究高层建筑结构抗震性能的重要手段,合理选择用来进行时程分析的地震波对分析本身来说是至关重要的。
高层建筑地震时程分析
时程分析概述高层结构的有限元网格模型如下所示，网格总数为25596，节点总数为32793。
其中梁单元采用Beam188单元类型，壳单元采用shell181单元类型。
时程分析计算在Ansys中完成。
时程分析过程中约束高层建筑的底部，模拟地基约束，不考虑土壤弹性等因素。
所以计算过程中均考虑了重力加速度，取值为9.8m/s^2。
图4-2 有限元网格模型材料部分，模型中的框架柱、外环梁、内框架柱梁、次梁等梁结构均采用C40混凝土，两边的对称剪力墙采用C30混凝土，中间部分采用C40混凝土，均假设为线弹性，不考虑混凝土的塑性行为，材料的参数如下表所示。
表1 材料参数表弹性模量（Pa) 泊松比密度(kg/m^3) C40 3.25E+10 0.2 2700.0C30 3.00E+10 0.2 2700.0三种地震波的计算结果如下所示Elcentro波计算结果一、最大位移反应对于该地震波共进行四次分析，分别是X向地震波输入、Y向地震波输入、Z向地震波输入、三向地震波输入。
四种情况时候，均考虑了重力加速度。
四种情况下高层建筑每层的最大合位移如下图所示。
图4-3 不同楼层的位移变化情况从图4-3可见，随着楼层增高，不论是何种加载方式，最大位移均呈增大趋势。
其中三向加载和Y向加载的位移变化情况基本接近，由分析可以，三向加载的最大位移并不等于X、Y、Z分向加载最大位移的和，但是整体要大于任意一方向的加载情况。
是因为载荷是矢量载荷，所以和位移不能简单的相加。
三个分方向加载情况中，Y向加载下的位移最大，其次为X方向，Z向为竖直方向，其位移随着楼层增加，每层的最大位移略有增加但是趋势平缓，与其他两个方向相比，此时Z向的位移可以认为基本不变。
由此也可见，对于高层建筑结构，在三向地震波中，最危险的为水平方向，因为地震也主要是剪力破坏。
在竖直方向破坏很小。
其中在水平方向，Y方向的位移响应要比X方向大，因为Y方向为高层建筑的短向，X方向为高层建筑的长向，模型中的Shell单元可以看作是混凝土剪力墙，短向的整体刚度要小于长向。
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沈阳建筑大学学报（ 自然科学版） Journal of Shenyang Jianzhu University （ Natural Science）
文章编号： 1671 － 2021（ 2010） 06 － 1111 － 08
Nov． 2010 Vol ． 26 ，No ． 6
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沈阳建筑大学学报（ 自然科学版）
第 26 卷
celeration of Wenchuan seismic waves for 400 cm / s2 and one group of earthquake with a seismic time for 30 s and the peak acceleration of artificial seismic waves for 400 cm / s2 are obtained by applying the method as described above． Time － history analysis results show that the design of Pangu steel frame structure is more reasonable，and the seismic performance of structure is also good by inputing these 3 groups of seismic waves into the Pangu Plaza steel frame structural． But considering the complexity of the frame structure and irregular structure of the top ，the structure should be installed with some additional dampers between the columns and the top truss to improve the seismic performance． The conclusion is drawn that the method of the selection of seismic waves and synthesis of artificial seismic wave for the time-history analysis of high-level structures is simple and easy to grasp and handle programming． Key words： time-history analysis； Wenchuan seismic wave； frequency spectrum； power spectrum； design response spectrum； artificial seismic wave
采用时程分析法时，应按建筑场地和所处地 震环境选用不少于 2 条的实际记录和 l 条人工模 拟的加速度时程曲线，其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 线在统计意义上相符． 时程分析法计算所得的平 均底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果 的 80% ．
而在对结构进行时程分析的过程中，地震波 的选择又是其中的重要环节，直接影响计算结果 的正确与否和结构的安全． 因此，笔者针对时程分 析用地震波的选择进行研究，采用原始地震波为 两组汶川地震波记录（ 绵竹清平测站记录和什邡 八角测站记录） ． 研究的结构模型为北京地区盘 古大观钢框架结构，通过对其进行时程分析来阐 述地震波选取的方法以及拟合标准反应谱的人工 地震波的合成．
1 输入地震波选取的基本原则
地震动具有很强的随机性． 研究分析表明，结 构的地震响应随输入地震波的不同而相差甚大． 故要保证结构时程分析的合理性，必须合理选择 输入地震波． 归纳起来，选择输入地震波时应当考 虑以下几方面的因素： 频谱特性、峰值、地震动持 时以及地震波数量，其中，前 3 个因素称为地震动
的三要素． 1. 1 频谱特性
频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响 程度． 由于地震是突发的随机过程，每次地震的地 震动特性都是不同的，其频谱特征取决于震源机 制，传播介质和场地条件． 对于未来可能发生的地 震，正确预测它的波形是很困难的，但场地却能通 过一定的方法来划分、确定． 因而按场地特性来选 择地震记录，可使已发生的实际地震记录与未来 可能发生的地震有其相似性． 因此需要根据场地 特征周期对地震波进行频谱调整，使其富含频率 成分处于场地特征周期之内． 频率调整是考虑到 场地的卓越周期，调整地震动时程的时间步长，即 将记录的时间步长直接拉长或缩短，改变其卓越 周期，还可用数字滤波的方法滤去某些频率成分， 保留有效频率成分． 笔者采取数字滤波的方法对 汶川地震波（ 绵竹清平测站东西向记录和什邡八 角测站东西向记录） 进行说明； 清平站东西向记 录最大加速度值为 802. 713 cm / s2 ，发生在 48. 52 s，八角 站 东 西 向 记 录 最 大 加 速 度 值 为 633. 092 cm / s2 ，发生在 37. 4 s） 进行滤波处理，基于 Matlab［2］语 言 编 制 了 Chebyshev I 型 带 通 数 字 滤 波 器［3］，根据规范查的北京地区高层钢框架结构 － 盘古大观所在场地特征周期为 0. 45 s，设定通带 频率范围为 1 Hz ～ 5 Hz，阻带边界频率为 0. 5 Hz 和 10 Hz，滤波前后的地震波如图 1 所示． 1. 2 峰值调整
关键词： 时程分析； 汶川地震波； 频谱； 功率谱； 设计反应谱； 人工地震波
中图分类号： TU973 + . 31
文献标志码： A
Seismic Waves Input for the Time-History Analysis of High-Rise Building
ZHAO Boming1，WANG Ting2
Abstract： The calculation results are very different if the earthquake input are different when we do the timehistory analysis of high-rise structures，so it is necessary to study seismic wave input to improve the accuracy of the results． The method of the selection of actual seismic waves for time-history analysis of high-rise structures is illustrated by examples． Meanwhile，according to the actual situation of the project，earthquake is regarded as a hypothesis with different frequencies with random phase angle of the trigonometric series of the superposition． And a brief exposition of the generated response spectrum fitting synthesis of artificial seismic wave theory and method is presented． The seismic waves are obtained to meet the requirements of time-history analysis by the methods and programming． Then，the resulting seismic waves are combined into 3 groups cases of time-history analysis by using the ETABS nonlinear finite element program，and the time-history analysis of the Pangu steel frame structure in Beijing is carried out． Two groups of earthquakes with a seismic time for 30 s and a peak ac-
地震波的加速度峰值是反映地面地震动强度 特性的一个重要参数． 在确定输入地震波时，目前 的简单做法是选择 3 条以上类似场地上的实际地 震动加速度记录或者其他场地的人工地震动时 程，根据结构场地的地震特性以及不同烈度水准
第 26 卷
赵伯明等： 高层建筑结构时程分析的地震波输入
1113
下的地震动峰值，在时域进行时间调整或峰值调 整，峰值调整是将地震动加速度时程各时刻的值 按一定比例放大或缩小，使其峰值加速度等于设 计地震动加速度峰值，这种调整只是针对原地震 波的幅值强度进行的，基本上保留了实际地震动 记录的频谱特征．《建筑抗震设计规范》GB 50011
（ 1. School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing，China，100044； 2. Earthquake Administrator of Guangdong Province，Guangzhou，China，510070）
《建筑抗震设计规范》GB 50011［1］规定： “对 于特别不规则的建筑、甲类建筑和以下所列高度 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”． 采用时程分析法的房屋高度 范围如下： 1） 8 度 I 类、Ⅱ类场地和 7 度地区，高 度大于 100 m 的结构； 2） 8 度Ⅲ类、Ⅳ类场地的地 区，高度大于 80 m 的结构； 3） 9 度地区，高度大于 60 m 的结构．