肖 遙張郁山靳超宇

1）遼寧省地震局，沈陽 110034

2）中國地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

高層建筑時(shí)程分析中地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法研究1

肖 遙1)張郁山2)靳超宇1)

1）遼寧省地震局，沈陽 110034

2）中國地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

合理的地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改方法對于高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有重要意義，有著廣泛的工程應(yīng)用。本文回顧了建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對于輸入地震動(dòng)時(shí)程的規(guī)定，通過對現(xiàn)有的地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改方法進(jìn)行分類和定性分析，挑選了兩種與規(guī)范要求銜接較好的方法。結(jié)合具體算例對兩種方法進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明以安評設(shè)計(jì)譜作為選擇指標(biāo)，利用最小二乘法對選擇的地震動(dòng)時(shí)程進(jìn)行修改，可以得到離散較小且符合規(guī)范要求的地震動(dòng)時(shí)程，該成果能夠在現(xiàn)行規(guī)范要求下為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供合理可靠的依據(jù)。同時(shí)，本文也對未來地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改方法的研究和發(fā)展方向進(jìn)行了展望，指出條件均值譜和非彈性反應(yīng)譜將是該領(lǐng)域未來主要的研究方向。

高層建筑 時(shí)程分析 地震動(dòng)時(shí)程 優(yōu)缺點(diǎn)

引言

很早以前工程師們就認(rèn)識到把地震動(dòng)時(shí)程用于高層建筑抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算的重要性，然而限于技術(shù)條件，早期獲得的地震動(dòng)時(shí)程數(shù)量和質(zhì)量都有一定問題，難以滿足工程實(shí)際的需要。近年來工程界對于地震動(dòng)時(shí)程的需求“熱”主要是源于我國高層建筑快速發(fā)展時(shí)代的到來，以及建筑法律法規(guī)對時(shí)程分析的明確規(guī)定。目前，在相應(yīng)法規(guī)和規(guī)范性文件的規(guī)定中，結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)態(tài)分析（即時(shí)程分析）的要求已經(jīng)變得越來越普遍。

但對于高層建筑設(shè)計(jì)方的工程師們來說，一個(gè)經(jīng)常遇到的挑戰(zhàn)是為彈塑性時(shí)程分析選擇合理的輸入地震動(dòng)時(shí)程，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)反應(yīng)往往是對輸入地震動(dòng)時(shí)程非常敏感的，在工程實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)對同一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)采用時(shí)程分析時(shí)，由于輸入地震動(dòng)時(shí)程的不同造成計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)數(shù)倍乃至數(shù)10倍的差別，這種“離散”過大的情況使得工程師們無所適從。因而，結(jié)構(gòu)工程師希望可以獲得適于在結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析中使用的輸入地震動(dòng)時(shí)程。本文將介紹現(xiàn)行規(guī)范對于結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法時(shí)輸入地震動(dòng)時(shí)程的規(guī)定，并對現(xiàn)有的地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法加以簡介、歸類和評述。

1 結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法時(shí)輸入地震動(dòng)時(shí)程的規(guī)定

我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2010）第5.1.2條中對地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算提出了明確規(guī)定：特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表1所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算；當(dāng)取三組加速度時(shí)程曲線輸入時(shí)，計(jì)算結(jié)果宜取時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值；當(dāng)取七組及七組以上的時(shí)程曲線時(shí)，計(jì)算結(jié)果可取時(shí)程法的平均值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際地震動(dòng)時(shí)程和人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其中實(shí)際地震動(dòng)時(shí)程的數(shù)量應(yīng)不少于總數(shù)的2/3，多組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。計(jì)算罕遇地震下結(jié)構(gòu)的變形，應(yīng)按規(guī)范第5.5節(jié)規(guī)定，采用簡化的彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析法。

表1 采用時(shí)程分析的房屋高度范圍Table 1 Height range of buildings using time-history analysis

在條文說明中對時(shí)程分析使用的地震動(dòng)時(shí)程做出了進(jìn)一步的要求：所謂“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”指的是，多組時(shí)程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%。

現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》與上一版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在對時(shí)程分析的要求上值得注意的改變主要有以下兩點(diǎn)：

（1）對于“采用樣本容量要求”的改變：現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范保留了上一版中對三組加速度時(shí)程曲線輸入的要求。重要的是，現(xiàn)行規(guī)范第一次提出當(dāng)取七組及七組以上的時(shí)程曲線時(shí)，計(jì)算結(jié)果可取時(shí)程法的平均值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值?？梢岳斫鉃楝F(xiàn)行規(guī)范認(rèn)為采用更大樣本容量計(jì)算結(jié)果的平均值（如采用5組實(shí)際記錄和2組人工波模擬時(shí)程曲線）能夠?yàn)榭拐饘?shí)際提供更加合理的結(jié)果。

（2）對于“在統(tǒng)計(jì)意義上相符理解”的改變：上一版規(guī)范在條文說明中指出：所謂“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”指的是，其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20%。在現(xiàn)行規(guī)范中已經(jīng)改為在對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%。這說明隨著對結(jié)構(gòu)抗震特性理解的深入，學(xué)界和工程界認(rèn)為對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上的反應(yīng)譜值，對結(jié)構(gòu)地震作用下的反應(yīng)起主要控制作用。同時(shí)，能夠滿足在各個(gè)周期點(diǎn)上相差不大于20%條件的地震動(dòng)時(shí)程是非常難于獲取的，并且這樣的要求與地震具有隨機(jī)性的實(shí)際情況有所不符。因此，現(xiàn)行規(guī)范中不再苛求“在各個(gè)周期點(diǎn)上”進(jìn)行控制，而是改為“在對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上”進(jìn)行控制。

2 地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法評述

目前國內(nèi)外對于地震動(dòng)時(shí)程的選擇和修改方法已經(jīng)開展了大量的研究工作，迄今為止，已經(jīng)確定了的地震動(dòng)時(shí)程的選擇和修改方法超過40種（白自輝，2004；王亞勇等，2006；李勇哲等，2009；謝禮立等，2009；溫瑞智等，2010；Baker等，2006a；2006b）。如果針對這些方法一一進(jìn)行分析，工作量將是巨大的和不必要的。利用已有研究成果，首先對這些地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法進(jìn)行分類和定性分析，以確定與我國規(guī)范和工程實(shí)際聯(lián)系較好的方法，然后對這些方法進(jìn)行應(yīng)用以解決目前面對的工程問題，以及在這些方法的基礎(chǔ)上發(fā)展更適合我國工程實(shí)際的方法無疑是一種更可取也更科學(xué)的工作思路。本節(jié)在回顧現(xiàn)有地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法的基礎(chǔ)上將對這些方法進(jìn)行簡單的歸類，并同時(shí)對每一類方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡單的評述。

分類一：以震級和震中距為主要標(biāo)準(zhǔn)選擇地震動(dòng)時(shí)程，結(jié)合場地類型進(jìn)行二次篩選。修改時(shí)通過乘以一個(gè)縮放因子以保證修改后地震動(dòng)時(shí)程的PGA、EPA、MIV或Sa（T1）等目標(biāo)參數(shù)的值等于給定的目標(biāo)值。其中PGA為最大峰值加速度，EPA為有效峰值加速度，MIV為最大速度增量，Sa（T1）為結(jié)構(gòu)自振周期（即結(jié)構(gòu)按第一振型完成一次自由振動(dòng)所需的時(shí)間）所對應(yīng)的反應(yīng)譜值。

這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于：較為寬松的選波條件容易選擇出大量滿足要求的地震動(dòng)時(shí)程，修改方法比較簡單容易滿足，并且不會對原始地震動(dòng)時(shí)程的頻譜產(chǎn)生影響。它的缺點(diǎn)在于：寬松的選波條件會造成計(jì)算結(jié)果的較大離散，所得計(jì)算結(jié)果是難以被工程應(yīng)用的。

分類二：以震級和震中距為主要標(biāo)準(zhǔn)選擇地震動(dòng)時(shí)程，結(jié)合場地類型進(jìn)行二次篩選。修改時(shí)采取保留地震動(dòng)時(shí)程相位譜等信息，通過頻譜擬合技術(shù)使之盡可能的接近目標(biāo)設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜（李勇哲等，2009）。

這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以較精確的使修改后的地震動(dòng)時(shí)程反應(yīng)譜與目標(biāo)設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜一致，能夠符合上一版規(guī)范的要求，在其他方法難以獲得滿意的地震動(dòng)時(shí)程時(shí)，對于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，這種方法不失為一種優(yōu)于傳統(tǒng)的相位平穩(wěn)人造波技術(shù)的方法。但缺點(diǎn)是這樣改變頻譜的方法將對原始地震動(dòng)時(shí)程的時(shí)程形狀和頻譜進(jìn)行巨大的調(diào)整，僅僅保留了地震動(dòng)時(shí)程的相位信息能否使修改后的地震動(dòng)時(shí)程還具有其“天然”意義，或者說，這僅能稱為一種非平穩(wěn)人造波技術(shù)？關(guān)于這個(gè)問題工程界和學(xué)界還有著不同的認(rèn)識，并且筆者認(rèn)為這種方法也可能忽視了地震動(dòng)的隨機(jī)性。

分類三：以地震安全性評價(jià)工作得到的安評設(shè)計(jì)譜形作為主要標(biāo)準(zhǔn)選擇地震動(dòng)時(shí)程，盡量選取反應(yīng)譜與安評設(shè)計(jì)譜最為接近的地震動(dòng)記錄，結(jié)合場地類型進(jìn)行二次篩選。修改時(shí)通過乘以一個(gè)采用最小二乘法獲得的縮放因子進(jìn)行修改。地震動(dòng)時(shí)程的最小二乘法縮放是基于最小二乘法使縮放后的記錄反應(yīng)譜值與目標(biāo)譜值之差的最小化，并且考慮了地震的頻譜特性，目的在于更好地?cái)M合目標(biāo)反應(yīng)譜。該方法的縮放系數(shù)由下列公式所得：

這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于采用安評設(shè)計(jì)譜作為主要標(biāo)準(zhǔn)能夠與地震安評工作和規(guī)范要求銜接，并且對于譜形的考慮能夠獲得更加合理的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也能控制計(jì)算結(jié)果的離散性。修改時(shí)選擇對結(jié)構(gòu)反應(yīng)產(chǎn)生主要影響的結(jié)構(gòu)周期段（如高層建筑的第一振型與第二振型等）采用最小二乘法具有實(shí)際工程意義，能夠體現(xiàn)地震反應(yīng)中的結(jié)構(gòu)特性，并且與建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求相符。但這類方法也存在一些問題，如選取的波可能集中于一次地震，如震級震中距可能不符合地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果。

分類四：分類四方法與分類三方法類似，區(qū)別在于使用條件均值譜（CMS）代替安評設(shè)計(jì)譜作為目標(biāo)反應(yīng)譜譜形。有研究認(rèn)為，安評設(shè)計(jì)譜表示不同周期下加速度譜值具有相同概率，它是若干個(gè)設(shè)定地震反應(yīng)譜的包絡(luò)線，而非某一個(gè)實(shí)際的地震記錄反應(yīng)譜，或者說它也具有一種平均意義，不能反映場地未來可能遭遇的地面運(yùn)動(dòng)。另外，一致危險(xiǎn)譜（安評設(shè)計(jì)譜）與一條真實(shí)地震反應(yīng)譜相比太過于注重包絡(luò)，直接作為目標(biāo)譜用于結(jié)構(gòu)時(shí)程分析選擇地面運(yùn)動(dòng)其結(jié)果將過于保守。Baker等（2006a；2006b）通過設(shè)定地震震源的震級和震中距等地震參數(shù)，構(gòu)造滿足概率結(jié)構(gòu)需求分析的條件均值反應(yīng)譜。條件概率均值反應(yīng)譜反映了在不同周期下反應(yīng)譜不完全相同的超越概率，即指定周期下反應(yīng)譜值的超越概率最大，而其他周期譜值超越概率介于最大和均值之間。某個(gè)極小概率大震反應(yīng)譜值在某個(gè)周期出現(xiàn)，同樣高的譜值便不太可能在其他周期出現(xiàn)。一致危險(xiǎn)譜是由一組不同設(shè)定地震下的條件概率均值反應(yīng)譜來表征，條件概率均值反應(yīng)譜作為目標(biāo)反應(yīng)譜，具有更窄的譜帶寬和更合理的形狀。

這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于在實(shí)際工程和現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的應(yīng)用過程中，越來越多的學(xué)者和工程師認(rèn)識到完全以安評設(shè)計(jì)譜作為抗震設(shè)防依據(jù)存在著一些不合理的情況。從一致均值譜的定義來看，一致均值譜目的是在保證一定安全性的基礎(chǔ)上，更加真實(shí)地反應(yīng)未來可能出現(xiàn)的地震情況，避免過度保守帶來工程成本的不合理增加?？梢哉f這類方法是在未來研究和應(yīng)用中大有前途的方法。但目前，這種研究仍只停留在學(xué)界，未被具有法律意義的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采納。盡管采用安評設(shè)計(jì)譜可能會帶來抗震設(shè)計(jì)的過度盈余，但正如被無數(shù)實(shí)際地震證明的，在目前科技水平下研究人員很難準(zhǔn)確估計(jì)未來將會遭遇多強(qiáng)的地震，研究者對于未來遭遇地震強(qiáng)度的估計(jì)常常一次又一次地被無情的事實(shí)所打破，因此按照現(xiàn)行規(guī)范，采用安評設(shè)計(jì)譜進(jìn)行設(shè)計(jì)保證了抗震能力的盈余度，在某種意義上說也是對于安全的一種保障。不過需要指出的是，這種保障并不代表其具備完全的科學(xué)性和合理性。

分類五：在選波時(shí)使用非彈性反應(yīng)譜作為目標(biāo)。這種考慮的理由是顯而易見的，在強(qiáng)烈地震動(dòng)作用下，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)不僅僅限于彈性階段，將進(jìn)入非彈性狀態(tài)，尤其是時(shí)程分析法中，主要分析的目標(biāo)也是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性分析。在這種情況下仍使用彈性反應(yīng)譜作為選擇地震動(dòng)時(shí)程的依據(jù)顯然在理論上是有一定問題的。非彈性反應(yīng)譜可以估計(jì)阻尼與非彈性性質(zhì)綜合的影響及材料的非線性類型對非彈性反應(yīng)的影響，因而越來越受到重視。已經(jīng)有研究表明，非彈性譜位移等對結(jié)構(gòu)反應(yīng)有重要意義，目前大量學(xué)者開始致力于利用非彈性譜的若干屬性作為目標(biāo)對地震動(dòng)時(shí)程進(jìn)行選擇和修改。

但是，這類方法仍然面臨著很多問題，其中一個(gè)比較顯而易見的問題就是非彈性譜的衰減規(guī)律的問題，盡管很多學(xué)者都在這一方面進(jìn)行了研究，但尚無一個(gè)得到普遍公認(rèn)的非彈性譜衰減規(guī)律。另一個(gè)明顯的問題在于，現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中使用的是彈性反應(yīng)譜，這種超前的研究如分類四中的方法一樣，目前僅限于學(xué)界、并不成熟，未被具有法律意義的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采納。

綜上所述，各類地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法之間的區(qū)別主要在于兩大方面：一是選擇指標(biāo)的不同；二是修改指標(biāo)的不同。表2對文中的五類方法進(jìn)行了對比總結(jié)。

表2 各類方法對比Table 2 Comparison of various types of methods

3 算例

通過上一節(jié)對于地震動(dòng)時(shí)程的選擇和修改方法的綜述可以看出，分類一和分類三是與現(xiàn)行規(guī)范銜接較好的兩類方法。本節(jié)以大連中航國際廣場超高層建筑大震（超越概率50年2%）地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改工作作為具體算例，對這兩種方法進(jìn)行定量比較分析。

該建筑高46層，最大高度199.95m。地下設(shè)有3—4層地下室?；A(chǔ)埋深12m左右，建筑結(jié)構(gòu)類型為剪力墻—框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)自振周期T1為3.67s。場地地震安全性評價(jià)工作（以下簡稱“地震安評”）給出了場地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)如表3所示。

表3 場地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)Table 3 Design ground motion parameters of site

本文采用的地震動(dòng)記錄源自美國NGA強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫，在采用分組一方法時(shí)，根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析得到的50年超越概率2%情況下的等效震級和等效距離結(jié)果見表4，設(shè)置選波條件為震級MS7.0—7.5，震中距80—130km。在結(jié)果中隨機(jī)選取10條地震動(dòng)作為初選結(jié)果，見圖1。然后，通過修改使修改后地震動(dòng)時(shí)程的反應(yīng)譜在結(jié)構(gòu)自振周期T1處的值與目標(biāo)（即地震安評結(jié)果）一致，選取其中縮放因子最小的5條波作為最終結(jié)果（圖2，圖3，表5）。

表4 50年超越概率2%情況下的等效震級和等效距離Table 4 Equivalent magnitude and the equivalent distance in the case of 2% probability of exceedance in 50 years

圖1 分類一方法：未修改時(shí)地震動(dòng)的反應(yīng)譜和安評設(shè)計(jì)譜的對比Fig. 1 Method of category 1：contrast of response spectrum between unmodified ground motion and seismic safety evaluation

圖2 分類一方法：修改后地震動(dòng)反應(yīng)譜和安評設(shè)計(jì)譜的對比Fig. 2 Method of category 2：contrast of response spectrum between modified ground motion and seismic safety evaluation

表5 分類一方法選擇的地震動(dòng)Table 5 Ground motion selected by method of category 1

圖3 分類一方法選擇的地震動(dòng)時(shí)程（未修改時(shí)）Fig. 3 Unmodified ground motion time-history curves selected by method of category 1

在采用分組三方法時(shí)，根據(jù)地震安評得到的設(shè)計(jì)譜譜形選擇與其最接近的5條地震動(dòng)時(shí)程（圖4）。通過最小二乘法修改使各地震動(dòng)反應(yīng)譜在結(jié)構(gòu)自振周期T1處的值與目標(biāo)值（即地震安評譜值）一致（圖5，圖6，表6）。需要指出的是，最小二乘法修改的優(yōu)勢是使修改后的地震動(dòng)在對結(jié)構(gòu)反應(yīng)有重要影響的“周期段”能夠與目標(biāo)譜更好的擬合。由于本算例中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方僅提供了結(jié)構(gòu)的自振周期，缺乏結(jié)構(gòu)的分析模型，因此僅使得修改后各地震動(dòng)反應(yīng)譜在結(jié)構(gòu)自振周期T1處的值與目標(biāo)值（即地震安評譜值）一致。如能獲得與結(jié)構(gòu)反應(yīng)有重要影響的周期段范圍，最小二乘法修改的優(yōu)勢才能更好的得以體現(xiàn)。

圖4 分類三方法：地震動(dòng)時(shí)程未修改時(shí)的反應(yīng)譜和安評設(shè)計(jì)譜的對比Fig.4 Method of category 3：contrast of response spectrum between unmodified ground motion and seismic safety evaluation

圖5 分類三方法：地震動(dòng)時(shí)程修改后反應(yīng)譜和安評設(shè)計(jì)譜的對比Fig. 5 Method of category 3：contrast of response spectrum between modified ground motion and seismic safety evaluation

表6 分組三方法選擇的天然波Table 6 Ground motion selected by method of category 3

圖6 分類三方法選擇的地震動(dòng)時(shí)程（未修改時(shí)）Fig. 6 Unmodified ground motion time-history curves selected by method of category 3

從上述圖表中可以看出：

（1）分類一方法選擇地震動(dòng)時(shí)程的指標(biāo)是震級和震中距，這樣的選擇指標(biāo)容易被滿足，可以選擇到大量的地震動(dòng)時(shí)程，但選擇的地震動(dòng)時(shí)程離散大。盡管以Sa（T1）作為擬合目標(biāo)滿足了規(guī)范中“對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)相差不大于20%”的要求，但這種做法常帶來峰值加速度和反應(yīng)譜其他周期段與設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)存在較大偏差，難以被用于工程實(shí)際。

（2）分類三方法選擇地震動(dòng)時(shí)程的指標(biāo)是安評設(shè)計(jì)譜，因此選取的地震動(dòng)時(shí)程對于加速度反應(yīng)譜平臺和長周期部分均擬合的較好，通過較小的縮放因子就能滿足規(guī)范對于“在統(tǒng)計(jì)意義上相符”的要求，并且分類三方法的離散小，易于工程應(yīng)用。

（3）但分類三方法挑選出來的地震動(dòng)時(shí)程也存在兩方面的問題：一方面最接近安評設(shè)計(jì)譜譜形的幾條時(shí)程有很大可能是來自于同一地震的不同臺站，這有可能造成對地震隨機(jī)性估計(jì)的不足；另一方面將安評設(shè)計(jì)譜譜形作為選擇地震動(dòng)時(shí)程的唯一標(biāo)準(zhǔn)可能造成震中距和震級與地震危險(xiǎn)性分析得到的等效震中距和等效震級不符。這是因?yàn)榘苍u設(shè)計(jì)譜上每一點(diǎn)的超越概率均相同，是若干個(gè)設(shè)定地震反應(yīng)譜的包絡(luò)線，而非某一個(gè)實(shí)際的地震記錄反應(yīng)譜。因此以安評設(shè)計(jì)譜譜形作為選擇地震動(dòng)時(shí)程的標(biāo)準(zhǔn)難免會帶來以上兩方面的問題。盡管分類三方法存在以上兩方面的問題，但綜合看來該方法仍是與規(guī)范銜接最好，也是最易于被工程界接受的方法。

4 結(jié)論和討論

研究能夠與現(xiàn)行規(guī)范銜接，易于被工程界理解接受的地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改方法，對于高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。本研究主要得到了以下結(jié)論：

（1）通過對現(xiàn)有地震動(dòng)時(shí)程選擇與修改方法進(jìn)行分類和定性分析，可看出本文中的分類一和分類三方法能夠較好的與現(xiàn)行規(guī)范銜接，容易被工程界所接受。

（2）通過算例計(jì)算表明：分類一方法選擇的地震動(dòng)時(shí)程離散大，難以用于工程實(shí)際；分類三方法獲取的地震動(dòng)時(shí)程離散小，與安評設(shè)計(jì)譜的符合度高，該類方法能夠在現(xiàn)行規(guī)范要求下為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供合理可靠的結(jié)果。需要指出的是，在采用分類三方法時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意分析對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)產(chǎn)生主要作用的“周期段”，然后使用最小二乘法獲取合適的縮放系數(shù)。

（3）由于安評設(shè)計(jì)譜并不能代表場地未來可能遭受的真實(shí)地震情況，且有研究指出安評設(shè)計(jì)譜的要求可能過于保守。在未來的研究中，要注重對于條件均值譜和非彈性反應(yīng)譜的研究，力求為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)合理的結(jié)果。

白自輝，2004．結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的地震動(dòng)時(shí)程選擇［學(xué)位論文］．西安建筑科技大學(xué)，2—24．

李勇哲，羅兆輝，李大華等，2009．相位非平穩(wěn)人造地震動(dòng)反應(yīng)譜擬合技術(shù)研究．天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，15（3）：38—41．

王亞勇，戴國瑩，2006．建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范算例．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

溫瑞智，朱曉煒，陳維，2010．強(qiáng)震動(dòng)記錄的選取與放縮．土木建筑與環(huán)境工程，（sup）：104—106．

謝禮立，馬玉宏，翟長海，2009．基于性態(tài)的抗震設(shè)防與設(shè)計(jì)地震動(dòng)．北京：科學(xué)出版社，6—16．

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2010．建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

Baker J.W.，Cornell C.A.，2006a．Spectral shape，epsilon and record selection．Earthquake Engineering &Structural Dynamics，35（9）：1077–1095．

Baker J.W.，Cornell C.A.，2006b．Correlation of response spectral values for multi-component ground motions．Bulletin of the Seismological Society of America，96（1）：215-227．

Study on Ground Motion Selection and Modification Methods in Time History Analysis of High-rise Buildings

Xiao Yao1), Zhang Yushan2)and Jin Chaoyu1)

1) Liaoning Earthquake Administration, Shenyang 110034, China
2) China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing 100029, China

Reasonable ground motion selection and modification methods are important for seismic design of high-rise structures, with extensive engineering applications. In this paper, we reviewed requirement for the input ground motion time history in the Code for Seismic Design of Buildings. Then we selected two better methods that accord with code requirements by classifying and comparison of existing ground motion selection and modification methods. Finally, we conducted quantitative analysis for both methods with specific examples. Our results show that if we use seismic safety evaluation design spectrum as an alternative indicator and modifying the selection of ground motion time history by least squares method, we can get the smaller discrete ground motions meeting the code requirements. The results can provide reasonable and reliable basis for structural seismic design under the existing code requirements. By the end, we looked forward to research and development of ground motion selection and modification methods in the future, pointed out that the conditional mean spectra and inelastic response spectra will be the next major research directions in the field.

High-rise building; Time history analysis; Ground motion; Advantages and disadvantages

肖遙，張郁山，靳超宇，2014．高層建筑時(shí)程分析中地震動(dòng)時(shí)程選擇和修改方法研究．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：400—410．

10.11899/zzfy201403061 基金項(xiàng)目 國家科技重大專項(xiàng)（批準(zhǔn)號：2011ZX06002-010），國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：51178436），遼寧省地震局研究生專項(xiàng)（LZ201210）共同資助

2014-01-22

逍遙，男，生于1986年。2011年獲碩士學(xué)位，助理工程師。研究方向：地震工程與工程抗震。E-mail：iemxiaoyao @163.com