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摘要：《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：超限高层除了基于规范加速度反应谱的振型分解反应谱法进行抗震计算外，同时亦需采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。弹性时程分析是精确的地震响应分析方法，考虑到地震波的随机性，一般情况应用弹性时程分析作为振型分解反应谱法的验证方法。

关键词：超限高层;弹性动力;时程分析;地震波

随着我国综合国力和建筑业技术水平的不断提高，以及建筑风格和功能的多样性，越来越多的超高层建筑遍布全国。随着超高限层建筑的发展和壮大，结构模拟分析已成为重要的结构设计工具，对于不规则的高层建筑、弱点明显的高层建筑以及超高层建筑，依照有关规定应进行多遇地震的弹性变形对比分析。

1.超高层建筑结构弹性时程分析意义

根据计算地震作用的反应谱法，其实质是将地震作用与水平静载荷相等，然后计算结构的弹性静力，以获得结构在地震作用下的弹性内力和变形。这种计算方法相对简单，通常可以保证大多数建筑结构的完整性，但无法理解地震过程中内部强度和建筑物位移随时间的变化。对于高柔结构而言，高阶振型的影响比较显著，采用时程分析的时候，等于其高频段的峰值并未被人为的削成平台段，能较真实的反映地震的真实情况。结构的地震响应的时程分析方法是一种直接的动力学分析方法[1]。它把建筑物简单地看作是一个灵活的振动系统，直接进入已知地震波的记录，并解决了整个结构系统的运动方程，从而获得了结构;每质量点的曲线位移，速度和加速度以及结构构件随时间的地震抗剪强度。与响应谱法相比，这种分析方法可以更准确地反映地震作用下建筑结构响应的全过程，是一个很好的对比分析方法，有助于结构设计的安全性。

2.项目概况

该项目位于广西南宁的广西南宁市五象新区，办公大楼是一幢高层建筑，由地下3层和地上35层组成，建筑高度为177.800 m。采用钢筋混凝土框架管结构，为B级高架结构;该塔从北到南39.800米，从东到西44.300米。底层有一楼的大厅，高度为12.350米。避难层位于9、18和27层，高度为3.900米，其他标准层为5.050米。主楼和平台的抗震连接必须设置在上方一层（不包括一层），而一层或更高层（不包括一层）中的办公楼和平台应分别计算。

3.计算模型

由中国建筑工业研究院开发设计的软件结构分析中的PKPM软件SATWE 模块进行模拟分析。

设计采用了2组人工波和5组天然波共7组加速度时程波，上述时程波选择符合有效峰值、持续时间、频谱特性等方面要求，也同时满足底部剪力及高阶振型方面的相关要求。

对于波的频谱特性，通过波谱转换，对地震影响系数曲线表征进行对比，各地震波谱曲线的平均值在结构主要周期和反应谱的比较见下图。对于波的有效峰值按《抗规》 5.1.2条，峰值为35cm/s2（gal），7组波均根据规范峰值对各点进行等比例调整。对于波的持续时间，根据塔楼小震作用下自振周期为5.03s，时程波有效持续时间不宜小于5倍自振周期，计算取30s。

4.计算结果

“在弹性时程分析中，每个时程图计算出的结构底部的剪应力不能低于模式分解响应谱法的值的65%[2]。多个时程图可测量剪应力的平均值不得低于模式分解响应光谱法的值的80%。”该要求合理地处理了地震波值的离散性，并确保时程分析结果满足工程项目的安全要求。在执行此条款时，如果设计计划人员找不到足够的地震波总数为此，一些设计计划人员会选择增加大地震波的最大瞬时速度的方法来指定基底的切应力，这种做法是不适当的，因为增加地震波的最大瞬时速度会增加基底该结构的抗震设防水平是用稀薄的空气制成的，失去了选择纯天然波的本质。实际意义上的模态分解响应谱法分析”。该条款表示在关键结构模式循环时间点两者之间的距离不超过20%。地震波的最重要特征之一就是频带特征，它将在一定程度上损害时程分析结果的合理性。

当输入3组加速时间记录曲线时，计算结果应为时程法计算结果的包络值和反应谱法的计算结果的较大值;当确定7组或更多的时程曲线时，计算结果可以取时程法计算结果的平均值和反应谱法的较大值。在实际工程应用中，此处更大的值具有不同的处理方法。一种方法是直接使用条件衰减响应谱法的计算结果中的较大值和多波响应的强度包络值来分析结构设计，另一种方法是放大地震力，使下一个楼层的响应曲线包络楼层的响应曲线的平均值，以分析时间的历史。由于强度响应在时程分析过程中会发生变化，因此第一种方法基于包络值设计偏于保守。合理的是将地震放大因子适当地放大以用于退化响应谱方法，即第二种方法[4]。

本项目的时程分析结果（如表1）显示：7条时程波曲线计算结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱发结果的80%，每条地震波地震剪力不小于反应谱结果的65%，满足规范的要求。

规范谱所对应的弹性时程分析结果如下图：

弹性时程分析结论：

1）结构施工图设计时采用规范谱和时程分析平均值的包络结果进行设计。

2）位移曲线以弯剪型为主，无突变，结构侧向刚度较为均匀。

5.结语

经过弹性时程法的对比分析发现：X向地震作用下，37～42层的弹性时程法楼层剪力平均值略大于反应谱法楼层剪力平均值，最大时弹性时程法楼层剪力平均值为反应谱法楼层剪力平均值的1.189倍，Y向地震作用下，32～42层的弹性时程法楼层剪力平均值略大于反应谱法楼层剪力平均值，最大时弹性时程法楼层剪力平均值为反应谱法楼层剪力平均值的1.194倍。因此，在反应谱法设计时，应指定相应楼层的地震剪力放大系数。

参考文献

[1]李伟.弹性时程分析在结构抗震设计中的应用研究[J].工程建设与设计，2015（10）：52-53+56.

[2] 徐惠峰. 弹性时程分析法在结构设计中的应用[J]. 城市建设理论研究（电子版），2012（35）.

[3] 樊长军. 弹性时程分析法在结构设计中的运用[J]. 太原城市职业技术学院学报，2013（6）：184-185. DOI：10.3969/j.issn.1673-0046.2013.06.096.

[4]张晓非.弹性时程分析在转化层结构抗震设计中的应用[J].住宅与房地产，2017（17）：113.

作者简介：莫远昌（1982-）男，汉族，广西藤县人，硕士研究生，高级工程师，主要从事结构设计工作。