建筑结构时程分析方法地震记录的选择
根据中国建筑抗震设计规范GB(Code for seismic design of
building)第5.1.2的规定：
特别不规则的建筑、甲类建筑及下表1所规定的高层建筑，应采用时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，并取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
采用时程分析的房屋高度范围
烈度、场地类别
房屋高度范围（m）
8度I、II类场地和7度
8度III、IV类场地
采用时程分析方法，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按下表采用。
时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值（cm/s2）
220（310）
400（510）
建筑结构进行弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%.
新规范进一步强调了采用时程分析法进行抗震计算的必要性, 并且随着高层建筑及不规则建筑的发展,
采用时程分析法进行结构抗震计算已是大势所趋,
而计算机的发展又为进行时程分析提供了技术基础。但是,广大工程设计人员在使用时程分析法时却发现, 采用不同的地震记录,
得到的内力、位移等结果差别很大, 与底部剪力法或振型分解反应谱法的结果也有很大出入, 通常这种差别可达到数倍乃至数十倍之多 。因而,
如何选择地震记录, 成为推广使用时程分析法的关键之一。由于地震记录的复杂性，所以在进行时程分析时要注意以下几点：
(1) 选择地震波时, 应同时符合地震动三要素
地震动三要素即地震动强度、地震动谱特征和地震动持续时间. 选择地震波时, 应同时符合地震动三要素. 若只局部符合,
则可能带来数倍的误差.
(2) 在选择地震波考虑地震动谱特征时要慎重
在抗震分析时, 当所选用的几个加速度时程曲线幅值的最大值( 地震动强度) 相同、而谱特征不同,则计算出的地震响应往往相差很大,
所以在选择地震波考虑地震动谱特征是非常重要的。
3.在进行地震时程分析时，为了满足工程精度的要求，同时考虑地震三要素的原则，采用下列步骤：
( 1) 查出特征周期值
按现行抗震规范GB57;2001
的表5.1.4-2（见下表），根据所设计结构的场地类别与设计地震分组查出特征周期Tg值。
( 2) 初选实际地震波
从地震记录库里选择与建筑场地类别相同的地震波，并按照地震波的幅值进行选择.
( 3) 确定实际地震波
从初步选择的数个实际地震波中,
经计算选用其平均地震影响系数曲线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的加速度时程曲线.
所谓在统计意义上相符(指的是,
用选择的加速度时程曲线计算单质点体系得出的地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线相比,
在不同周期值时均相差不大于20% .
( 4) 选择加速度时程曲线的持续时间输入的加速度时程曲线的持续时间应包含地震记录最强部分,
并要求选择足够长的持续时间. 一般建议选择的持续时间取不少于结构基本周期的10倍, 且不小于10 秒.
本人根据上述原则，选用了地震库里一类场地的实际地震加速度时程曲线--kobe波，利用ansys对不同周期的单自由度系统进行分析，得到了kobe波的谱特性，并对其进行了分析，如下文所示：
（1）kobe波的时程曲线
kobe波为一类场地实测地震波，由于kobe波前4s的随机振动不明显，所以取其4s后的时程曲线，其时程曲线如下图所示
&从上图可以看出，kobe波的持时为30.76s，最大加速度为0.7m/s2（根据规范调整）
（2）kobe波的谱特征ansys分析
建立单自由体系，利用弹簧单元combin14、质量单元mass21，建立模型，其周期与弹簧刚度和质量有关，表达式为:T=2*&*(M/K)**0.5，所以在ansys里设定combin14的K=10000,通过循环改变改变mass21单元的实常数来改变系统质量，从而改变系统周期。另外，由于结构的动力反应与结构的阻尼有关，combin14单元的阻尼设置可用来模拟结构的阻尼效应，假设结构的阻尼比为0.05，所以根据结构动力学的知识可知其阻尼为：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
cv=0.1*((k*m)**0.5)
由于地震的谱特征在0-1s内比较敏感，所以分析时采用下列的m值：
&对本文的单自由系统的建模以及动力学分析在ansys里的实现命令流如下所示：
/filename,bo
NT=1538& !地震波数据的行数
xun=300& !计算循环数
*DIM,TIME,,NT !定义地震波周期
*DIM,AC,,NT&& !定义地震波加速度值
*VREAD,TIME,TIME,TXT,,IJK,NT,1,1,0
*VREAD,AC,kobe,TXT,,IJK,NT,1,1,0&&&
!读取地震波
*dim,f,,xun
*dim,t,,xun
*dim,sa,,xun
*do,i,1,xun
/config,nres,10000
m=0.1&&&&&&&&&&&
!质量块的质量
k=10000&&&&&&&&&
cv=0.1*((k*m)**0.5) !弹簧阻尼
et,1,combin14,,,2& !弹簧单元
et,2,mass21,,,4&&&
m=200*i+455
cv=0.1*((k*m)**0.5)
antype,modal&&
modopt,reduc,1,0,10e10,1&&&&&&&
!采用模态法求自振频率
mxpand,1,0,10e10,yes
*get,f(i),mode,1,freq&&&
*set,t(i),1/f(i)&&&&&&&&&&
!提取结构自振频率和周期
ANTYPE,TRANS&&
!对单自由度系统进行瞬时动力学分析
TRNOPT,FULL&& !瞬态分析类型
TIMINT,ON&&&&
!时间积分效应
outres,all
outres,rsol
NLGEOM,OFF
*DO,II,1,nt
acel,-AC(II),0,0&&&&&&&&&
TIME,TIME(II)&&&&&&&&&&&&
!加速度对应的时间
KBC,0&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
NSUBST,5&&&&&&&&&&&&&&&&&
!积分时间步长或子步数
*dim,uxf,,nt,xun&&&&&&&&&
!定义每一步位移值的数组
*dim,uxfabs,,nt,xun&&&&&&
!定义每一步位移值的绝对值的数组
*do,j,1,nt
*get,uxf(j),node,2,u,x&&&
!提取每一步位移值的数组
uxfabs(j)=abs(uxf(j))&&&&
!计算每一步位移值绝对值的数组
*if,uxfabs(j),gt,uxend,then
uxend=uxfabs(j)
*endif&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
!通过if条件提取位移最大值sd
*set,sa(i),uxend*k/m&&&&&
!计算加速度最大值sa&
*del,uxfabs
*dim,peta,,xun
*do,h,1,xun
peta(h)=sa(h)/0.7
*cfopen,f:\ansys\sa,mac&&&
!输出相应的数据
*vwrite,sa(1)
*cfopen,f:\ansys\peta,mac
*vwrite,peta(1)
（3）分析结果
根据分析结果，kobe波的动力系数曲线为：
从图中可以看出：动力系数的β（0）=1，βmax=3.23
（4）分析结论上图为kobe的sa曲线与8度设防区各场地类别的规范反应谱的比较，从图中可以看出：
&若使用kobe波对8度区建筑进行时程分析，一类、二类、四类场地的误差较大，三类场地第二、三组误差相对较小；
&kobe波为一类场地土实测的地震波，若了解其频谱特征就使用其波进行时程分析，则误差不能满足规范要求；
&当使用kobe波对三类第二、三组场地进行时程分析时，长周期建筑（大于2s）、低周期建筑（0-0.5s）
的分析结果较规范反应谱大，短周期建筑（0.5-2s）的分析结果相差较小。
（5）实例验证
先验证低周期建筑，实例选择一个三层框架结构，结构处于8度抗震设防区，一类场地第一组，其前三阶的周期分别为：T1=0.433s，T1=0.202s，T1=0.136s，对此结构进行kobe波下的动力分析、结构的kobe波谱分析、规范反应谱分析，并对结果进行对比。
&&&&&&&&&&&
振型反应谱法
动力时程法
Kobe波谱分析法
底部剪力（KN）
从表中可以看出，采用kobe波对低周期建筑进行时程分析，时程分析结果较大，且误差很大。这点可以从kobe波的谱动力系数图中清晰的观察到。
（6）对于规范规定的工民建中采用时程分析的高层建筑，一般来说其周期较大，根据kobe波的谱特征可以知道，若采用时程分析方法，得到的结构肯定比振型分解反应谱法的结果小，与规范规定的含义相同。另外，时程分析的结构有可能满足规范中规定的65%的界限。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。高层建筑结构风振时程分析方法研究--《华南理工大学》2010年硕士论文
高层建筑结构风振时程分析方法研究
【摘要】：
随着社会经济技术的发展,高层建筑结构的高度不断增加,同时大量具有复杂体型及安装消能减振设备的高层建筑结构不断出现,风荷载是作用在此类高柔结构上的重要动力荷载,有时甚至起到决定性作用,这对高层建筑结构抗风设计带来了新的问题。现行的风振响应计算主要分为频域方法及时域方法两种,本文在广泛借鉴国内外研究成果的基础上,对高层建筑结构风振时程分析相关问题作了进一步研究。研究主要包括以下几个方面:
1)风速时程数值模拟及基于数值模拟的风振时程分析研究。将脉动风速看成平稳高斯随机过程,根据Davenport提出的脉动风速功率谱,选取线性滤波法中的自回归法,通过面向对象的程序语言对风速时程曲线进行了数值模拟,并且编制具有前后处理及图形功能的风荷载时程生成程序。在程序中编制模块使其自动与结构分析软件进行接口,很大程度上方便了对高层建筑结构进行风振时程分析。对7个典型高层建筑结构进行基于数值模拟的风振时程分析,将得结果进行统计分析并与运用规范简化方法得到的结果进行对比,除横风向结构顶部加速度响应外,两者得到结构楼层内力、位移及顺风向顶点加速度响应均比较一致,验证了该方法的适用性及正确性,并为风振时程分析结果评估提供合理的统计方法。
2)基于风洞试验数据的风振时程分析研究。以某双塔超高层建筑结构为案例,结合其刚性模型风洞试验中测得的风压系数时程,通过编程将其转换为风荷载时程并导入结构有限元分析软件对原单塔结构进行风振时程分析。将得到时程分析结果与规范方法及风洞试验中应用频域方法得到的结果进行对比,三种方法在无明显风场干扰的结构顺风向得到的结果比较一致;在风场受双塔影响时,时程分析及频域分析结果比较一致。分析验证了基于风洞试验风压数据的风振时程分析的正确性,并研究了该规则矩形平面超高层在不同风向角下考虑2个超高层建筑相互干扰下的风振动力特性。以基于风洞试验风压数据的风振时程分析结果为参考,对基于数值模拟的风荷载时程进行校核并应用于该结构的风振时程分析。将分析结果进行对比,除横风向结构顶部加速度响应外,两者得到结构楼层内力、位移及顺风向顶点加速度响应均比较一致。
3)基于风洞试验数据的风振控制研究。以某带粘滞阻尼器高层大跨连体结构为案例,通过其刚性模型风洞试验所测得的风压系数时程,通过编程将其转换为风荷载时程导入结构有限元分析软件对原结构进行风振时程分析。对此类具有复杂体型的双塔高层大跨连体结构的在不同风向角下,分别进行考虑及不考虑非线性粘滞阻尼器作用的风振动力特性进行对比分析。对比结果表明粘滞阻尼器能较好的消耗总输入能量,减小结构的内力,位移及加速度响应,其中加速度控制效果要优于内力及位移的控制效果。分析验证了粘滞阻尼器对该类结构内力、变形及舒适度的控制作用。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TU973.31【目录】：
Abstract8-13
第一章 绪论13-26
1.1 高层建筑发展现状13-14
1.2 风对结构作用14-18
1.2.1 大气边界层风特性14-16
1.2.2 风对结构作用16-18
1.3 高层建筑结构风工程理论发展及研究现状18-23
1.3.1 引言18-19
1.3.2 研究方法19-23
1.4 本文研究的目的和内容23-25
1.4.1 研究目的23-24
1.4.2 研究内容24-25
1.5 论文结构25-26
第二章 风速时程数值模拟及风荷载时程生成程序编制26-39
2.1 平稳随机过程的数值模拟方法26-27
2.1.1 线性滤波法26-27
2.1.2 谐波叠加法27
2.2 风速时程模拟的AR 法27-37
2.2.1 AR 模型27-28
2.2.2 AR 模型模拟风速时程28-30
2.2.3 程序编制30-33
2.2.4 参数选取33-37
2.3 本章小结37-39
第三章 基于数值模拟的结构风振时程分析研究39-65
3.1 高层建筑风振响应规范方法39-42
3.1.1 惯性风荷载方法39-40
3.1.2 风振加速度响应简化分析40-42
3.2 基于风速数值模拟的结构风振时程分析42-46
3.3 结构顺风向风振时程分析结果统计及分析对比46-61
3.3.1 结构底部剪力47-51
3.3.2 结构顶部位移51-56
3.3.3 结构顶部加速度56-61
3.4 结构横风向风振时程分析61-64
3.4.1 单侧立面横风效应分析62-63
3.4.2 双侧立面横风效应分析63-64
3.5 本章小结64-65
第四章 某超高层结构基于风洞试验数据的风振响应分析65-85
4.1 工程概况65-66
4.2 风洞试验模型及频域分析结果66-68
4.2.1 风洞试验模型66-68
4.2.2 频域分析结果68
4.3 基于风洞试验风压系数的风振时程分析68-71
4.3.1 风压时程转换68-71
4.3.2 风振时程分析71
4.4 分析结果对比71-80
4.4.1 楼层内力71-74
4.4.2 楼层位移74-78
4.4.3 结构顶部加速度78-80
4.5 基于风速时程数值模拟的风振时程分析80-83
4.5.1 风速时程模拟及风荷载生成80-81
4.5.2 结果对比分析81-83
4.6 本章小结83-85
第五章 某高层大跨连体结构风振响应及风振控制分析85-100
5.1 工程概况85-88
5.2 粘滞阻尼器88-91
5.2.1 粘性流体类型88-89
5.2.2 粘性流体类型89-90
5.2.3 粘滞阻尼器模型90-91
5.3 风洞试验模型91
5.4 基于风洞试验风压系数的风振时程分析91-95
5.4.1 风压时程转换91-94
5.4.2 风振时程分析94-95
5.5 分析结果对比95-98
5.5.1 变形及内力结果对比95-97
5.5.2 舒适度结果对比97
5.5.3 阻尼器耗能分析97-98
5.6 本章小结98-100
结论100-103
研究成果100-101
展望101-103
参考文献103-107
攻读硕士学位期间取得的研究成果107-108
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辛立民;[D];天津大学;2007年
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胡习兵;[D];湖南大学;2007年
张云峰;[D];大庆石油学院;2009年
杨成;[D];西南交通大学;2010年
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曹正国;[D];同济大学;2006年
吴东;[D];西南交通大学;2006年
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林倩;[D];广西大学;2005年
郑勇;[D];长安大学;2005年
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京公网安备74号(源自筑信达知识库，SAP2000常见问题)问题描述：
进行非线性时程分析时，为考虑结构已承受的重力荷载，需定义初始条件作为前续工况。那么，具体该如何定义非线性时程工况的初始条件呢？ 解答：
在SAP2000中，时程分析有两种求解方法：直接积分法和振型叠加法。直接积分非线性分析可以考虑所有非线性类型，是最通用的方法。而振型叠加非线性分析通常用于考虑连接单元的非线性，适用于减、隔震结构，运算速度快。程序中，这两种方法的非线性时程工况都可以选择相应的初始条件。下面分别介绍各自初始条件工况的定义方法。
1.直接积分法
非线性静力工况、非线性施工顺序工况和非线性直接积分时程工况都可以作为直接积分法非线性工况的初始条件。对于模拟地震作用时结构已承受的重力荷载，初始条件通常选择非线性静力工况。具体操作如下：
步骤一：定义静力非线性荷载工况，命令：定义&荷载工况。图1重力初始条件工况
分析类型选择“非线性”，添加荷载类型：1.0恒载和0.5活载（重力荷载代表值），可根据具体情况选择是否考虑几何非线性参数，具体设置如图1所示。
步骤二：定义地震时程工况时，选择从gavity工况的结束状态继续分析。图2直接积分法时程工况
注意：非线性荷载工况可以继承初始条件荷载工况的刚度、全部结构效应（包括内力、应力、变形等），以及先前加载历史导致的材料非线性效应等全面信息。
2.快速非线性分析（FNA）法
在SAP2000中振型叠加法又被称为快速非线性分析（FNA）法。FNA法分析只能从其他FNA分析继续，也就是说已经定义的FNA工况才能作为该FNA工况的初始条件。所以，需要用FNA法模拟结构的重力荷载。解决思路是：定义一个拟静态的FNA分析工况，使重力荷载拟静态地施加，并使结构在此过程中不产生振动。具体操作如下：
步骤一：定义斜坡函数，以缓慢地施加重力荷载，命令为：定义&函数&时程，具体参数见图3。图3 RAMPTH函数
斜坡函数总时长取相对结构第一周期较长的时间（建议取10倍T1），总时间至少为上坡时间的2倍。本例中，上坡时间为20s，总时间为60s。
步骤二：定义拟静态的FNA分析工况，命令为：定义&荷载工况。图4 HISTQS工况
为了抑制结构的振动，使用高模态阻尼，取0.99。添加荷载类型：1.0恒载和0.5活载；函数选择RAMPTH斜坡函数；具体的参数设置如图4所示。
步骤三：在定义地震时程工况时，选择从HISTQS工况的结束状态继续分析，如图5所示。图5基于FNA法的时程工况 点击阅读原文，登陆筑信达知识库，查阅更多sap2000常见问题。提示：点击右上角可分享到朋友圈；点击标题下方的&筑信达&关注。　
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