时程分析自动选波及便捷包络设计

结构设计中对地震作用的分析通常采用底部剪力法或者振型分解反应谱法，但是这两种方法都仅仅考虑了地震波三要素中幅值和频谱两个因素的影响，而忽略了地震波三要素中持时对地震作用的影响。规范中对于某些特殊的结构需要按时程分析法进行地震作用的补充分析。而时程分析的关键前提条件是要“凑出”满足规范要求的地震波，设计师在进行时程分析时，往往苦于没有合适的地震波，而导致时程分析补充计算难以开展。

PKPM V5.2版本在自动选波方面持续改进，为时程分析时地震波的选择提供了更好选波工具，在丰富的地震波库中总有一款能满足你的工程需要，让你轻松驾驭时程分析。

01

规范对需要时程分析的结构要求

抗规5.1.2条对进行时程分析补充计算的结构进行了说明，主要针对特别不规则建筑、甲类建筑及图2所列高度范围的高层建筑。

图1  需要进行时程分析的结构

图 2 采用时程分析的房屋高度范围

高规4.3.4条对进行时程分析补充计算的结构也进行了说明，主要针对甲类建筑、图2所列高度范围的高层建筑、不满足高规3.5.2-3.5.6条的高层建筑及高规第10章的复杂高层建筑。

图 3 按高规要求需要进行时程分析的结构

高规和抗规对需要进行时程分析的结构要求不完全一致，但只要进行时程分析，不论是弹性时程分析还是弹塑性时程分析，都需要进行地震波的选择，需要选择出满足规范要求的地震波。

02

规范对进行时程分析地震波的要求

地震波和反应谱是特殊和一般的关系。由于采用不同地震波计算得到的结果可能相差很大，在进行时程分析时所采用的地震波需要满足一定的条件，抗规及高规对地震波选波均给出了详细的要求。

抗规5.1.2对时程分析选波的要求，要求有足够的天然波数量，同时对每条波计算的剪力与反应谱计算的剪力偏差不能过大。

图 4 抗规对时程选波要求

高规4.3.5对时程分析选波的要求，也要求有足够的天然波数量，同时对每条波计算的剪力与反应谱计算的剪力偏差不能过大，另外高规对地震波的持续时间及地震波的时间间距提出了详细的要求。

图5 高规对时程选波要求

总结规范对时程分析及选波的相关内容，主要有以下三个关键点：

第一，需要选多少条波？按照规范一般选择三条或七条地震波，其中天然波数量不少于总数的2/3。

第二，每条波要满足什么条件？

a. 保证动力特征相符。地震波影响反应频谱与规范在结构主要周期点上不大于20%。

b. 保证地震波强度。地震波时程计算得到的结构基底剪力不小于CQC法的65%，一般不大于135%，多条波平均值不小于80%，一般也不大于120%。

c. 保证有效作用时间。地震波有效持时为结构基本周期的5倍和15s。

第三，地震波计算完毕楼层剪力与层间位移如何取值？对于楼层剪力和层间位移角，选择三条地震波时取包络再与反应谱结果取大，七条波时取平均再与反应谱结果取大。

03

PKPM软件V5.2版自动选波的特点

丰富的地震波库

V5.2版本软件地震波库进行了扩充，现在地震波库已经达到3000+条，同时支持多个特征周期的地震波同时筛选。

图6 丰富的地震波库及多个周期地震波同时筛选

各模块均集成选波功能

PKPM结构软件各个模块都集成相同的选波程序，大幅提高设计师的效率，减少工程师学习成本。

图7 SATWE弹性时程分析自动选波

图8 EPDA自动选波

图9 PMSAP时程分析自动选波

自动生成人工波

对于人工波，软件可以自动生成，科学、完善、高效地完成人工波的自动生成。

图10 自动生成人工波

选波效率高、准确性高

在软件中只需点击三次即可完成自动选波，程序默认的参数均为规范要求，同时开放高级参数方便专业的工程师个性化的筛选。

图11 自动选波的三次点击操作

地震波图像以不同的谱方式显示

地震波图像显示增加绘图类型。增加了按加速度-周期谱、速度-周期谱和位移-周期谱等多种显示方式。如选择加速度谱可方便对选择的地震波谱与规范的反应谱进行直观的对比。

图12 地震波图像按多种谱展示

04

时程分析计算结果与反应谱自动的包络

选择出满足要求的地震波后，进行每条地震波的时程，得到每条地震波作用下结构的楼层剪力与层间位移角，再与反应谱结果去比较，程序计算得出时程剪力与反应谱剪力的比值，并给出反应谱计算时各楼层地震剪力放大系数的建议值。

图13 多条地震波主方向最大剪力简图

图14 多条地震波主方向最大位移简图

图15 各楼层地震剪力放大系数

时程分析结果与反应谱结果包络时，直接在SATWE软件中，通过“读取时程分析放大系数”直接对反应谱计算的地震作用进行放大，进而实现对结构按照时程分析的补充验算。

图16 反应谱与时程结果包络设计

促BIM落地，助行业上云

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