强震地面运动(周锡元)
震级震中距和场地条件对反应谱特性影响的统计分析
北京工业大学学报２００６监地条件从硬到软分为４类：Ａ为基岩场地，剪切波速（Ｖ。
）＞６００ｍ／Ｓ或覆盖土层小于５ｍ；Ｂ为浅（硬）土，覆盖土层小于２０ｍ；Ｃ为２０ｍ以上的覆盖土层，但在山谷或分布不超过１０ｋｍ；Ｄ为分布广阔的２０ＩＴ／以上的覆盖土层．将记录按场地类别、震级和震中距分组，以便在这３个因素中的２个基本相同的情况下比较第３个因素对反应谱形状的影响（分组情况见图１）．图１中柱线高度代表各个分组的记录数量．图１中记录台站数量小于５的情况均用数字标出，其统计结果的代表性将低于其他分组．从图中还可以看到，Ｄ类场地震级大于７时各距离分组的记录均不超过３（见图１（ｃ）），由于数据量太少，其统计结果没有代表性，在分析时不考虑．（ａ）Ｍ＝５～６级啦）吖；５—７级（ｃ）肘＞７级图１记录在震级、场地和震中距的分布图Ｆｉｇ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇｓａｌｏｎｇｍａｇｎｉｔｕｄｅ，ｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅ本文所提到的反应谱都是临界阻尼比为５％的加速度反应谱．考虑到规范【１１要求，本文的反应谱计算到６Ｓ．２竖向与水平反应谱的比值大部分抗震设计规范都采用水平反应谱乘以一个系数的方法来规定竖向地震作用，这个系数（Ｖ／Ｈ）为１／２～２／３．我国和美国的建筑规范都规定ｙ／Ｈ＝２／３；也有一些标准对长周期和短周期段分别采用了不同的比值，例如欧洲建筑规范规定在短周期（＜０．１５Ｓ）Ｖ／Ｈ＝２／３，长周期（＞０．５Ｓ）Ｖ／Ｈ＝１／２，在（０．１５－－０．５ｓ）采用２者的内差值Ⅲ；美国石油学会在ＲＰ２ＡＷＳＤ建议对长周期的结构取Ｖ／Ｈ＝１／２”１．ｖ／Ｈ不仅与震中距、场地等因素有关系，而且还是周期的函数［３＿“，即竖向反应谱和水平反应谱的形状是有差异的．图２绘出了所有记录的ｖ／Ｈ对周期的平均曲线．随着周期的增大，Ｖ／Ｈ从０．６５逐渐增大到０．９，然后转为下降，在０．５～１ｓ的范围内降到０．５以下的最低值，随后回升，在２ｓ以后基本稳定在０．６左右．如果研究出了不同情况下的Ｖ／Ｈ比值曲线，就有可以能用它与水平反应谱的乘积作为竖向设计反应谱．图３所示为竖向和水平向的平均反应谱．３２４组记录中．每组中均包含２条水平向地震记录和１条竖向地震记录，竖向记录与２条水平记录的比值分别计算．计算总平均值时，每对竖向一水平反应谱在０～６ｓ范围内每隔０．０１ｓ取１个比值，共得６００个比值，将所有记录全部比值取总平均，得到ｖ／Ｈ＝０．６２２．这与规范中规定的２／３比较接近但结果的离散性比较大，平均标准偏差为０．２４０．长周期和短周期的ｙ／Ｈ性质不一样［４。
海峡两岸专家为防震减灾“建言献策”
海峡两岸专家为防震减灾“建言献策”作者：张娟娟来源：《中国经济周刊》2008年第28期汶川大地震“震动”海峡两岸，也引发了人们对防震减灾的强烈关注。
6月份在福州举行的“第二届绿色建筑与建筑节能博览会”（下称“绿博会”）上，来自大陆和台湾的建筑及工程抗震专家，围绕提高建筑抗震性能、推广防灾预警及灾害应急处理技术等问题，进行了深入的探讨。
地震区划图应适当调整地震导致建筑物坍塌，是造成人员伤亡的最主要因素。
此次“绿博会”论坛上，中国科学院院士周锡元做了《地震区划与抗震设防》专题演讲。
这位著名工程抗震专家结合中国地震区域分布的特点和建筑抗震的现状，对我国建筑抗震设防提出了创造性的见解，引起特别关注。
新中国成立后，国家就制定了四代地震区划图，图中划分出每个城市、乡镇的抗震设防烈度，成为国内工程抗震设防的基础和前提条件。
从几十年来我国地震发生的实际情况看，地震区划图所界定的地震区范围基本符合实际，但也有相当多的地震发生在区划图的低烈度区或其周边，而实际地震烈度又比区划图中的设防烈度要大得多。
为此，专家建议，综合考虑到国家经济实力和提高结构抗震设防标准可能增加的费用，适当调整地震区划。
建筑抗震等级需要提高半个世纪以来，国内工程技术人员吸取历次大地震的经验教训，不断提出各类适合国情的工程抗震技术。
从1966年邢台地震后提出“基础深一点、墙壁厚一点、屋顶轻一点”的概念，到1976年唐山地震后创造的砖房加“构造柱圈梁”技术，直到今天实行“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防理论，工程抗震设计的规范标准逐步得到改进和完善。
然而汶川大地震，依然造成650多万间房屋倒塌，2300多万间房屋损坏，北川、映秀等部分城镇被夷为平地。
对此，周锡元院士的解释是，个中原因有三：一是没有按标准建造，二是地震超过了预计强度，三是工程质量不过关。
此外，农民住房基本没设防，因而在地震中坍塌最为严重。
但另一面也要看到，建筑物如按7度设防，建安造价（注：建筑安装的每平米造价）要增加10%，8度要增加20%，9度要增加40%。
对已有强震地面运动功率谱模型的改进
SH g ( ω) =
( 6)
2 ωg ω ω S0 ( 7) 2 2 2 2 2 2 2 ( ω g － ω ) + 4 ζ g ω g ω ω + γ2 式( 7 ) 称之为修正胡聿贤－ 周锡元模型． 该模型可以看作是由 白 噪 声 过 程 通 过 2 个 串联 的 过 滤 器 而得， 其 中一个过滤器为阻尼比和频率分别 为 ζ g 、 ω g 的 单 自 由 度 结 构 的 速 度 响 应， 另外 一个 过 滤 器 则 为 相 对 加 速
( 17 ) ( 18 )
σ = α ( k0 + k1 α + k2 α + k3 α + k4 α ) / ( 4 βζ g ω g d3 ) 式中， η = γ / ω g ; k0 = 4 β ζ η ; k1 = 8 ( 1 + 2 ζ g η) β ζ η; k2 = ( 2 ζ g η + η ) β + 4 ζ ( 1 + 2 ζ g η) β ;
2 3 ( 1 + αβ) / d2 σ u = S0 / ( 4 αβζ g ω g ) · 2 2 2 g
2 ag
3
2
( 13 )
( 14 ) ( 15 )
2 3 2 g
( α + β ) / d2 σ = S0 / ( 4 βζ g ω g ) · σ = S0 ω g / ( 4 βζ g ) · α ( α + α β + ( 4 αβ + 4 β ) ζ ) / d2
用性， 在已有地震动功率谱模型基础上提出了修正金井清模型和修正胡聿贤 － 周 锡元 模 型． 文 中 推 导 了 具有 这 2 种功率谱特征的平稳过程作用下单自由度结构的随机响应计算 公 式; 基于 单 自 由 度 结 构 随 机 反应 对 6 种 功率 谱模型进行了对比． 结果表明: 修正胡聿贤 － 周锡元 模 型 构 造简 单， 能合理 描 述 强 震地 面 运动 过 程 的 频 域 能 量 分布， 其对应平稳随机过程作用下结构随机响应也与加速度时程样本对应的结果相符， 适于工程应 用; 修 正 金 井 清模型在一定程度上修正了金井清模型的缺陷， 可以替代金井清模型． 关键词: 强震地面运动; 功率谱; 标准差谱 中图分类号: P 315. 9 文献标志码: A 文章编号: 0254 － 0037 ( 2011 ) 03 － 0388 － 07
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进
第20卷第4期 工 程 力 学 Vol.20 No. 4 2003年 8 月ENGINEERING MECHANICSAug. 2003———————————————收稿日期：2002-04-20；修改日期：2002-06-12基金项目：湖南省自然科学基金重点项目(JJY97284)、国家计委科研项目资助 作者简介：尹华伟(1972)，男，湖南洞口人，博士，从事高层结构分析研究；汪梦甫(1965)，男，湖北通城人，教授，博士，从事高层结构抗震理论分析及其应用研究； 周锡元(1938)，男，江苏无锡人，中国科学院院士，从事地震工程研究文章编号：1000-4750(2003)04-0045-05结构静力弹塑性分析方法的研究和改进尹华伟1，汪梦甫1，周锡元2(1. 湖南大学土木工程学院，长沙 410082；2. 中国建筑设计研究院，北京 100013)摘 要：在对结构静力弹塑性分析方法的物理意义进行了有益的探讨之后，指出了该方法存在的一些局限，考虑了结构第二、第三两阶振型对结构地震反应的影响，并在把MDOF 体系转换为SDOF 体系和进行等效SDOF 体系的动力时程分析时，将结构视为两个不同的结构。
数值结果表明：采用本文的改进方法以后，计算精度明显提高。
关键词：静力弹塑性分析；位移形状向量；目标位移；MDOF 体系；SDOF 体系 中图分类号：TU311, TU375.3 文献标识码：ASTUDIES AND IMPROVEMENTS ON STRUCTURAL STATIC PUSHOVERANALYSIS METHODYIN Hua-wei 1 , WANG Meng-fu 1 , ZHOU Xi-yuan 2(1. Hunan University, Changsha 410082, China; 2. China Academy of Building Research, Beijing 100013, China)Abstract: In this paper, some limitations of structural static pushover analysis method are indicated after investigations on its physical meaning. The effects of second and third modes on the structural seismic response are considered. And the structure is treated as two different structures when transforming a MDOF system into equivalent SDOF system and processing SDOF system’s time history analysis. Numerical example demonstrates that the result accuracy of the present approach has been improved significantly.Key words: static pushover analysis; displacement shape vector; target displacement; MDOF system; SDOFsystem1 前言近年来，在国内外广泛兴起的一种地震反应静力弹塑性分析方法[1.2.3]，又称之为Push-over 分析方法，该方法弥补了传统静力线性分析方法如底部剪力法和振型分解反应谱法等的不足，克服了动力时程分析方法的困难。
P波斜入射下河谷地形地面地震响应分析
P波斜入射下河谷地形地面地震响应分析陈罡打江一帆2,袁江敏3,邓通发4（1.江西省交通建设工程质量监督管理局，江西南昌330000）（2•中铁电气化局集团有限公司铁路工程公司，北京10007）（3.赣州高速公路有限责任公司，江西赣州341000）（4.江西理工大学，江西赣州341000）摘要：文章采用粘弹性理论设置人工边界，考虑入射角进行等效地震荷载输入，对河谷地形的场地进行地面地震动效应分析遥结果表明,凹状河谷地形相比于平地地形来说对地震动具有放大效应,坡顶的地震响应要高于坡底的地震响应,迎波面地震响应要高于背波面地震响应，地形条件对场地各点地震响应的影响在整体上均表现出随土体刚度的增大而存在削弱遥关键词：入射角；河谷场地;地震响应；剪切波速;粘弹性人工边界0前言当前对于地形效应的研究主要集中在实际台阵记录的研究与场地条件下地震响应模拟的理论分析两方面。
在1976年发生的唐山大地震中，天津古河道河岸边的建筑物因地震遭到较为严重的破坏，表明地震波在传播至河谷场地处时存在较为显著的放大［1］。
1987年Celebi对发生于1985年智利的地震中发现山脊及陡崖对地震波存在放大效应气周正华叭唐晖［4］等在对2008年发生的汶川地震的调查与研究中指出河谷地形对地震存在放大效应,地表地震响应随高度增大而加大。
这些地震后观测与调查研究所得到的结果均指出地形对地震动存在放大效应,且场地土对地震动的传播存在较大影响。
在理论分析方面，1965年周锡元冋首先对反应谱形状受局部场址条件的影响进行考虑。
对相关强震记录所进行的研究指出，局部场地条件不仅对场地各处的峰值存在影响［6］，也使得地震所具有的频谱特性以及其持时发生变化叫梁建文等冈通过在对计算区域的边界进行处理的基础上，对所建立的包含深厚软土在内的三维凹陷地形模型进行了计算分析,并在验证精度的基础上,对一椭球形凹陷场地模型进行了计算分析,并指出局部地形条件对计算结果存在影响。
台湾集集921地震地壳形变的简介与讨论
台湾集集921地震地壳形变的简介与讨论吴云【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2001(021)002【摘要】台湾集集921地震是20世纪末发生在我国的一次影响很大的地震。
地震发生一年后，笔者有幸考察了地震现场。
本文展示部分地震遗迹照片和收集到的GPS观测资料，分析讨论了这次地震的震前震后地壳形变特征。
%Jiji 921 earthquake,occurred in Taiwan,China in 1999,is a well-known earthquake in the end of the twentieth century.One year after the event,we were invited to make a field investigation on the earthquake.In this paper,we show some photos of the earthquake remains and GPS data,and make a discussion on the characteristics of the crustal deformation before and after the earthquake.【总页数】5页(P59-63)【作者】吴云【作者单位】中国地震局地震研究所,【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.921台湾集集地震的烈度等震线 [J], 郝敏;谢礼立2.921台湾集集地震近断层强震记录的基线校正 [J], 王国权;周锡元3.1999年台湾集集大地震预报问题讨论 [J], 秦保燕;姚兰予;邵永新4.921台湾集集地震灾害最严重地区的烈度评定 [J], 郝敏;谢礼立;王家全5.1999年台湾921集集大地震中的水利水电工程 [J], 朱伯芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
调速型TMD及其地震控制效果的数值模拟
调速型TMD及其地震控制效果的数值模拟秦丽;周锡元;闫维明【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2008(027)002【摘要】提出一种调速型TMD,调速装置由冲量发生装置和离合装置组成.冲量由电磁铁和弹簧的组合体产生,离合装置采用磁流变阻尼器实现.在分析TMD工作原理的基础上,制订了半主动TMD的速度调整策略,并编制了相应的程序.以单自由度结构的地震响应控制为例,采用数值模拟的方法分析了调速型TMD的地震控制效果,结果表明:不同的地震波对被动TMD的控制效果有很大的影响,而调速型TMD 在常见地震波的作用下,控制效果都明显好于被动TMD;并且在结构屈服引起TMD 失调的情况下,调速型TMD也可以明显减小结构的地震响应.提出的调速型TMD 原理清晰,算法简单,装置易于实现;与主动控制相比所需能量很少.【总页数】8页(P12-18,37)【作者】秦丽;周锡元;闫维明【作者单位】北京工业大学,工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京,100022;北京工业大学,工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京,100022;北京工业大学,工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京,100022【正文语种】中文【中图分类】TU352【相关文献】1.剪切型结构TMD地震反应控制应用研究 [J], 刘强;邹祖军2.两种PTMD对剪切型结构地震反应控制效果比较 [J], 房亮;邹祖军3.近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构的减震效果分析 [J], 李慧;王亚楠;杜永峰;4.近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构的减震效果分析 [J], 李慧;王亚楠;杜永峰5.PTMD对剪切型结构地震反应的控制效果分析 [J], 邹祖军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地震引起的地面位移衰减规律
地震引起的地面位移衰减规律
Ambr.,NN;胡银磊
【期刊名称】《地震地质译丛》
【年(卷),期】1995(017)006
【摘要】引言当地震引起的应力值超过地表土层或软岩层的剪切强度时,场地的非线性反应就会引起地表永久变形。
这种情况下的场地地震动反应不仅与场地地震动输入有关。
【总页数】13页(P21-33)
【作者】Ambr.,NN;胡银磊
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.近断层地震地面运动峰值衰减规律研究 [J], 江辉;慎丹;倪永军;朱晞;杨庆山
2.液化引起的地面大位移对工程的影响及研究现状 [J], 刘惠珊;徐凤萍
3.近断层地震动速度、位移峰值衰减规律的研究 [J], 冯启民;邵广彪
4.地震液化引起的地面大位移研究进展 [J], 高玉峰;刘汉龙;朱伟
5.基于可靠度的地震液化引起地面大位移对管线影响的分析 [J], 吴懿;林建华
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1.设计谱和GPS技术在强震记录数 据处理中的应用
1.1 关于设计谱
－－拟加速度谱 －－相对位移谱
美国与中国的设计谱与抗震设计软件中的处理方法
欧洲抗震设计规范中的位移反应谱
TD =2s TE =6s TF =10s
随机地震动功率谱的基本特性
在给定震级和距离的条件下平滑化功率谱 也具有随机性，但是它们的离散性相对比 较小，迭加在其上的波动成分随机性更大， 而且有一定的共性，所以可以说是高阶随 机或超随机特性。这两部分贡献可以分开 来加以统计。
功率谱
Markov模型
1
Markov模型(m=1)
0.9
Markov模型(m=2)
0.8
Markov模型(m=4)
金井清谱(ξ =0.643)
0.7
g
金井清谱(ξ =0.435)
g
0.6
金井清谱(ξ =0.301)
g
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
20
40
6性的影响
计算区域内的岩土分层情况
24个子震源在断层面上的分布
观测点上的位移、速度和加速度时程
动速度和位移沿测线的转播过程
研究区域的地震动强度（烈度）分布
4.地震动功率谱模型的改进
◆ 随机模型存在的问题
◆ 对新模型的构想
----看作是白噪声过程分别经过高、低频滤波以 后得到的平稳过程或两个高斯Markov过程的叠加 或复合，因此也可以称为复合Markov模型。
4、有限差分和其他离散化方法可以有效地应用 于地震动场的数值模拟，目前的研究工作已经在 这方面奠定了良好的基础，今后还需要发展标准 化的数值分析技术和计算机软件，为在城市和区 域基础设施建设和重大工程中的实际应用创造条 件；
5、地震作用是具有高度随机特性的可变和偶然 荷载，发展基于随机振动理论的抗震设计方法是 值得重视的研究领域，为此有必要建立相应的地 震危险性分析方法，完善以功率谱和反应谱为基 础的抗震设防标准。
AmU
dd nm
t
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n1 m1
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m
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t
CSRSS（t）法：
N
y
2 p
t
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S 2 2 dn n
t
An2 n t n2 Bn2
产生多向地震动时程 竖向地震反应谱的场地相关特性 地震动场的模拟
2 GPS技术在强震记录数据处理中的应用
－－强震观测中存在的问题
地面运动永久位移无法确定 －－GPS技术的特点 －－GPS技术的应用 1次/s 的采样率
2002年美国Denali7.9级地震 2003日本Tokachi-Oki8.0级地震 2003年San Simeon 6.5级地震
强震地面运动 和结构地震响应的研究
-----周----锡---元---------
----北--京--工--业---大--学--，---中--国--建---筑--科--学---研--究--院--2006，12，22
提纲：
随机地震动的统计特性 设计谱和GPS技术在强震记录数据处理中
的应用; 强震地面运动场的三维数值模拟; 功率谱模型的改进; 地震动非平稳特性的影响; 结论与建议.
四种模型模拟的集集地震的包线
1
Model 1 Model 2
0.8
Model 3 Model 4
Mean square of JiJi
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Time (s)
5 考虑地震动非平稳特性的CCQC（t）法：
NN
y
2 p
t
env
Sdn
Sdm
[
An
n1
CQC（t）法：
NN
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t
env
VnVmUndmd t Sdn Sdm
n1 m1
SRSS（t）法：
NN
y
2 p
t
env
Vn2n2 t Sd2n
n1 m1
发展基于随机过程理论的抗震设计方法
（1）分析加速度时程对结构的破坏作用，研究 加速度时程作为随机过程的统计特征和参数，其 中包括幅值和频率特性非平稳性的表达方式等；
1 随机地震动的统计特性
地震动持续时间 地震动峰值特性 包络线(强度非平稳性) 频率成分(含量)的非平稳性
设计谱与真实反应谱的差异
关于地震动强度或设防烈度，自上世纪70 年代以来广泛采用地震危险性分析方法， 至于反应谱峰值的形状一直采用 Housner提出的平滑化设计谱。应该指出， 这种平滑化的设计谱与真实的反应谱之间 是存在一定的差异的。真实地震的反应谱 是随周期波动变化的，而且变化的幅度比 较大。
6.结论与建议
1、今后需要研究相对位移反应谱在长周期段的 特征，进一步拓宽设计反应谱的适用范围；
2、在地面和结构上布置高采样率的GPS接收器， 研究相应的数据处理方法和软件，综合利用观 测数据，分析记录位移随时间的动态和静态变 化规律；
3、地震动的非平稳性及其对结构反应的影响， 还有待进一步研究；
随机波动成分对方差或地震动强度是基本 没有贡献的。
Typical autocorrelation function
Typical power spectrum density
地震动记录统计特征的随机特性
1、自相关函数和互相关函数
对自相关函数用曲线
来拟合
三方向地震动的谱特性
三向地震动的谱特性的差异 如何根据规范中的单向地震反应谱
平稳化过程：是一个确定性的时间函数与一个平稳随 机过程的乘积，即：
yg t f t X t
包络函数的几种形式 ：
（（（(4123）)））ffffttt=t I0IIe00Ie0ttt0ta esei1nbttt0tt
ecttt00
t011ar1cclntgba
四种模型模拟的El_Centro波包线
（2）探索对加速度时程进行危险性分析的方法； （3）研究结构在随机地震地面运动作用下的动
力反应分析方法； （4）在统一的概率定义下对结构进行可靠度分
析，获得真正意义上的结构可靠度水准。
这样的加速度时程不是一个确定性的时间函 数，但是可以定义为一个随机函数，其统计 特性可以看作是确定性变量并由这些统计参 数来产生样本随机过程，也可以直接用一组 样本随机过程来表示。这样得到的具有一定 概率水准的加速度时程可以作为重大工程的 的设计地震或输入地面运动，并据此对结构 地震反应进行可靠性分析。
汇报结束
谢谢大家
经过低通滤波以后的GPS 位移与采用不同频带滤波以后的加速度时程的比较
从加速度和GPS信号中分析得到的阻尼比为0.05的位移谱的比较
3.强震地面运动场的三维数值模拟
模拟方法：有限断层模型 基本思想： 发震断裂
子断裂
相应于
较小的地震
基本参数
断层方位 滑冲方向 断层方位
怀来-延庆盆地波速结构测点（黑三角）布置和数值模拟范围
(a) 用高低频截断方式限制高低频成分（竖线部分为有限带宽白谱） (b) 用高低通滤波器限制高低频成分
复合Markov功率谱模型:
S S0
h2 2 2 h2 2 l2
S
S0
h2m 2m 2 h2 m 2 l2 m
Markov功率谱模型与Kanai-Tajimi模型的对比
设计地震应该是单纯的地震动特性还是综合了 结构和地震的特性?
-----这样的争论来源于对设计谱的理解
Housner 对设计谱的解释: ➢ 设计谱工实际用的平滑化反应谱
为什么可以用平滑化的谱取代实际的波动状反 应谱? ➢ 结构的周期不能正确的确定 ➢ 对迭加在平滑化谱上的波动成分是未知的 ➢ 考虑到结构的阻尼,材料的强度和延性以及结 构的非线性影响