中美规范关于地震波的选择与框架_核心筒结构弹塑性时程分析_赵作周

Comparison of ground motion selection between Chinese and
American methods and elasto-plastic time history
analysis of frame-core wall structures
ZHAO Zuozhou1 ，HU Yu1，2 ，QIAN Jiaru1 （ 1． Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Ministry of Education，Tsinghua University， Beijing 100084，China； 2． China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd，Beijing 100120，China）
弹塑性时程分析是预测结构地震响应以及评估 结构抗震性 能 较 为 有 效 的 方 法，已 被 多 国 相 关 设 计 规范中采用。我国 GB 50011—2010《建筑抗震设计 规范》（ 以下简称《抗规》） ［1］中要求对高度超限以及 平面或者 竖 向 不 规 则 的 建 筑 等 进 行 弹 塑 性 变 形 验 算，检验其在 罕 遇 地 震 作 用 下 的 层 间 位 移 角 是 否 满 足规 范 弹 塑 性 层 间 位 移 角 的 限 值 要 求。 美 国 《Guidelines for performance-based seismic design of tall buildings》［2］中，要 求 评 估 高 层 建 筑 结 构 在 最 大 考 虑 地震（ maximum considered earthquake，MCE） 作用下的 弹塑性时程 响 应，验 证 结 构 在 大 震 作 用 下 不 发 生 倒 塌，结构变形在可接受范围内。
建筑结构地震弹塑性时程分析包括： 结构弹塑 性分析模型 的 建 立、地 震 动 输 入 和 结 构 的 弹 塑 性 动 力响应计 算。 对 于 结 构 的 弹 塑 性 分 析 模 型，目 前 已 有较多的研究，文 献［3］介 绍 了 基 于 纤 维 模 型 理 论， 适用于框架-核心筒结构抗震性能评估的弹塑性分析 模型，并进 行 了 大 量 的 试 验 验 证。 对 于 地 震 波 的 选 择，我国《抗规》与 JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结 构技术规程》［4］（ 以下简称《高规》） 中要求输入的多 条地震波的平均反应谱与设计反应谱在统计意义上 相符。美国规程 ASCE 7-10［5］中要求输入的多组地 震波的平均反应谱在 0. 2T1 ～ 1. 5T1 范围内不低于设 计反应谱，其中 T1 为结构的一阶自振周期。而在实 际工程中，对 上 述 规 范 条 文 和 地 震 波 的 选 择 却 有 不 同的处理方法。
Abstract： Ｒecommended criteria about earthquake ground motion selection in Chinese and American seismic design codes were introduced and typical selection methods in engineering practice were listed． The response spectrum features of ground motion selected and modified by different methods were compared． The study indicates that the methods suggested in Chinese and American codes both aim to select ground motion whose spectrum is consistent with the prescribed design response spectrum． The difference is that Chinese method scales the peak ground acceleration （ APG） of a record to a prescribed value，but American method modifies the record to provide the best match to the spectral shape of the design response spectrum over a period range of interest，with irregular APG of scaled ground motions． The elasto-plastic responses of two similar frame-core wall structures designed in accordance with Chinese and American design codes respectively are studied in this paper，where seven pairs of ground motions were selected and modified by Chinese suggested methods as the input ground motion records． The elasto-plastic time history analysis results illustrate that under the rare earthquake action of 8 intensity，the seismic responses of Chinese design structure and American design structure are nearly the same in the beginning，while the damages of two structures become different on account of the reinforcement layout and amount variations in the later period； the maximum drift ratio of Chinese design project is 1. 03 ～ 1. 17 times that of American design project，the maximum plastic rotation of coupling beams of Chinese design project is 0. 67 ～ 0. 98 times that of American design project，the strain distribution along structure height of shear walls is similar，but the shear wall damage of Chinese design project is severer than that of American design project because the reinforcement yield stain of American design project is 1. 2 times that of Chinese design project． Keywords： Chinese and American design codes； seismic ground motion selection； elasto-plastic time history analysis； frame-core wall structure； seismic performance
本文作者依据中美相关抗震设计规范中有关地 震波选择的相关条文以及工程实践中常采用的选波 方法，对比按 不 同 方 法 所 选 择 的 地 震 波 的 地 面 峰 值 加速度 APG 及反应谱特性。以按中美抗震设计规范 分别设计的同 一 座 框 架-核 心 筒 结 构 为 研 究 对 象，采 用文献［3］中提出的分析方法进行结构建模，并按照 《抗规》中建议方法选择 7 组地震加速度记录并进行 结构的弹塑 性 动 力 时 程 分 析，比 较 结 构 在 相 同 强 度 地震作用下的损伤顺序、损伤程度，评估其抗震能力 异同，从而比较中美两国建筑抗震设计规范的差异。
建筑结构学报 Journal of Building Structures 文章编号： 1000-6869（ 2015） 02-0010-09
第 36 卷 第 2 期 2015 年 2 月 Vol. 36 No. 2 Feb． 2015
002
DOI： 10． 14006 / j． jzjgxb． 2015． 02． 002
中美规范关于地震波的选择与框架 - 核心筒
结构弹塑性时程分析
赵作周1 ，胡 妤1，2 ，钱稼茹1 （ 1． 清华大学 土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京 100084；
2． 中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120）
摘要： 简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文，列举了工程实践中常用的选波方法，并对选出的地震 波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波，不同之 处为中国规范是将地震波峰值加速度调幅至规范规定值，而美国规范是将某一周期范围内地震波反应谱调幅至与设计反 应谱接近，调幅后的地震波峰值加速度无明显规律。按照中美两国抗震设计规范分别设计了两栋相似框架-核心筒结构，建 立了两结构的弹塑性分析模型。根据中国规范建议方法选择出 7 组地震波，进行弹塑性时程分析。分析结果表明： 在相应 于中国 8 度罕遇地震的多组地震波作用下，中美两国规范设计方案在地震作用初期地震响应基本一致，在后期由于结构配 筋形式与配筋数量等差异，结构损伤程度不同； 按中国规范设计方案的最大层间位移角为按美国规范设计方案的 1. 03 ～ 1. 17 倍，连梁最大塑性变形为按美国规范设计方案的 0. 67 ～ 0. 98 倍，剪力墙应变沿层高的分布接近，美国规范设计结构纵 筋的屈服应变是中国规范设计方案的 1. 2 倍，按中国规范设计方案的剪力墙损伤程度重于按美国规范设计的剪力墙。 关键词： 中美规范； 地震波选择； 弹塑性时程分析； 框架-核心筒结构； 抗震性能 中图分类号： TU973. 14 文献标志码： A