浅谈弹性时程分析的设计要点_高宇斌
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河南建材 2014 年第 3 期
浅谈弹性时程分析的设计要点
高宇斌 江苏时代建筑设计有限公司（２１１４００）
随着建筑立面、体形的多样化，高层建筑及复
杂高层建筑越来越多的出现在大家的面前，如何进
行弹性时程分析补充计算是设计人员需研究的一
道课题，这里根据最近几年的工程经验对弹性时程
分析做些阐述，希望对大家有所帮助。
6 结语
2013 年夏季我国普遍出现超高温天气，全国多 处机场沥青混凝土跑道出现了不同程度的沉陷、车 辙、拥包等高温病害现象。 但与 2013 年初完工的厦 门高崎国际机场飞行区局部病害沥青道面改造工 程项目却经受住了极端气温的考验，改造后的飞行 道面未出现任何高温病害现象，有力保障了厦门空 港航班的正常起降。
3）目前国内市场上成品高模改性沥青的销售 价格为 9 200 元/吨。
因此，每使用一吨自主研发的高模改性沥青就
能节省材料成本约 1 200 元。 另外由于自主生产高 模改性沥青，可以根据施工进度的实际混合料的需 求，调整高模改性沥青的制备数量，做到随用随制， 有效避免了外购成品高模沥青 “使用一吨就必须加 热一罐”所带来的不必要浪费,在节约了间接生产成 本，提高了经济效益的同时，也响应了国家关于节 能减排的绿色环保政策。
取实际地震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其 中实际地震记录的数量不应少于总数量的 2 ／ 3，多 组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分 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；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所 得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％。
5 经济效益分析
5.1 自主研发高模改性沥青成本估算 1）原材单价 A 级 AH-70# 进口壳牌基质沥青单价为 5 600
元/吨。 S/B4:6 的 星 型 SBS 改 性 剂 单 价 为 21 000 元/
吨。 2）自主研发的高模改性沥青中每吨成本价格
估算: 按每吨成品高模改性沥青中使用 5% SBS 改性
得设计更加合理、经济。
参考文献: [1] GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S]. [2] JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
17
Henan Building Materials
根据《抗规》5.1.2 条及《高规》4.3.4 条中特别不
规则的建筑、甲类建筑等高层建筑应采用弹性时程
分析法进行多遇地震下的补充计算。 所谓“补充”，
主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进
行比较，当时程法分析结果大于振型分解反应谱法
分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的
生 调整。
产
时程分析按以下三个步骤计算:
采用剪重比实现内力及配筋包络设计按如下 方法:计算出时程分析平均反应的层间地震剪力与 CQC 的地震层间剪力的比值,该比值小于 1 取 1，可
（下转第 17 页）
14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Henan Building Materials
2014 年第 3 期 河南建材
20 高模改性沥青混合料进行了随机取样，重点针对 沥青的软化点、弹性恢复以及混合料动稳定度等指 标进行检测。 试验数据见表 3。
PKPM 文 件 才 能 进 行 选 波 分 析 , 一 般 将 其 改 为
userR021、userT631, 这样好区分哪些是人工波，哪
些 是 天 然 波 ，切 记 一 定 要 将 “dat”去 掉 。
《高 规 》4.3.5-1 条 进 行 结 构 时 程 分 析 时 ，应 符
合下列要求:应按建筑场地类别和设计地震分组选
综上所述笔者认为:将具有良好抗形变恢复和 优异抗车辙能力的高模量改性沥青混合料，推广运
用于机场跑道、高速公路、城市主干道等重点工程 生 项目,能有效减轻甚至避免高温车辙病害的产生，在 产 提高沥青路面中下层结构承载能力的同时也延长 技 沥青混凝土路面的使用寿命，并进一步降低了沥青 术
路面的维修成本，为施工企业带来巨大的经济与社 会效益。
参考文献: [1] JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范[S]. [2] JTJ 052—2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[J]. [3] 沈金安.改性沥青与 SMA 路面[M].北京:人民交通出版社,
1999.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
剂的投量计算，自主研发的高模改性沥青材料价格 为:
95% 基 质 沥 青 ×5 600 元/吨 +5% 特 殊 嵌 段 比 SBS 改性剂×21 000 元/吨=6 370 元/吨。
其他成本约占产品总成本的 20%， 即:6 370÷ 80%×20%=1 592.5 元/吨。
自主研发高模改性沥青每吨成本约为:6 370+1 592.5=7 962.5 元/吨。
0.15 g 剪重比=0.2×0.12=0.024=2.4%。 又因为通过
安评得出的水平地震影响系数最大值 αmax 一般比
规范值大。 比如本工程 αmax=0.139，剪重比=0.139×
0.2=2.78%，STAWE 模型计算结果时应满足各层剪
重比大于 2.78%。 如不满足应进行强制性调整。 对
技 1 提供主楼的自振周期
术
做场地地震安全性评估报告前，设计院应提供
地震局主楼的自振周期 T。 《抗规》5.2.5 条 条文说
明 对 于 扭 转 效 应 明 显 或 基 本 周 期 小 于 3.5 s 的 结
构，剪力系数取 0.2αmax，保证足够的抗震安全度，
也 就 是 一 般 结 构 剪 重 比 等 于 0.2αmax。 例 如 7 度
（上接第 14 页） 通过 excel 表格计算。
最 后 进 入 STAWE 参 数 设 置 剪 重 比 调 整 系 数 中， 按相应格式填入该比值。 （该方法与人工调整 0.2Q 同）。 计算完成后对需要包络设计的楼层进行 配筋复核即可。
综上所述，时程分析时选波很重要，条件允许 的情况下选 7 条波的平均值如果均在 CQC 线内则 不需要进行包络设计；而大部分情况则是选不到满 足条件的 7 条波，故只能 3 条包络设计，包络设计 中按地震剪力每层实现不同的地震力放大，从而使
于基本周期介于 3.5 s 和 5 s 之间的结构,按插入法
取值。
2 选取地震波
由地震局提供实际地震记录和人工模拟的加
速度时程曲线，简称天然波和人工波。 地震局所提
供 的 波 文 件 为 HR021.dat （ 带 R 的 为 人 工 波 ）、
HT631.dat（带 T 的 为 天 然 波 ）等 ，我 们 需 先 转 换 成
3 CQC（振型分解反应谱法）与时程分 析包络设计
《高规》4.3.5-4 条当取 3 组时程曲线进行计算 时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络 值与振型分解反应谱法计算结果的较大值； 当取 7 组及 7 组以上时程曲线进行计算时，结构地震作用 效应可取时程法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。 一般地震局提供的波不 一定都能满足设计要求，所以一般我们取 3 条波进 行包络设计,下面就以 3 条波包络设计进行阐述:选 取 3 条满足规范要求的地震波后，需要进行弹性动 力时程分析参数填写， 主分量峰值加速度按抗规 5.1.2-2 表进行填写，次分量峰值加速度及竖直分量 峰 值 加 速 度 分 别 按 《抗 规 》5.1.2 条 说 明 中 0.85 及 0.65 的比例进行调整。 计算完成后即可进行时程分 析与 CQC 法的包络设计。
包 络 设 计 实 现 方 法 主 要 有 两 种 :1） 当 需 要 调 整 的层数少时可采用定义薄弱层放大系数实现，这样 放大系数只能是一个定值（最大值），无法实现每层 按实际进行放大。 2）当有很多层都需要进行包络设 计时，可采用调整剪重比实现放大比例，不管层数 多少均可采用。 采用调整剪重比实现放大内力和配 筋时，模型可不考虑其他参数（比如位移）。
高模量改性沥青及其混合料的其他各项性能 指 标 均 符 合 《 公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范 》JTG F40-2004 的规范要求。 使用嵌 段 比 为 4:6 的 星 型 SBS 改 性 剂 来 制 备 高 模 量 改 性 沥 青 用 于 沥 青 混 合 料的生产，并在搅拌过程中添加一定比例抗车辙剂 以提高混合料动稳定度。
浅谈弹性时程分析的设计要点
高宇斌 江苏时代建筑设计有限公司（２１１４００）
随着建筑立面、体形的多样化，高层建筑及复
杂高层建筑越来越多的出现在大家的面前，如何进
行弹性时程分析补充计算是设计人员需研究的一
道课题，这里根据最近几年的工程经验对弹性时程
分析做些阐述，希望对大家有所帮助。
6 结语
2013 年夏季我国普遍出现超高温天气，全国多 处机场沥青混凝土跑道出现了不同程度的沉陷、车 辙、拥包等高温病害现象。 但与 2013 年初完工的厦 门高崎国际机场飞行区局部病害沥青道面改造工 程项目却经受住了极端气温的考验，改造后的飞行 道面未出现任何高温病害现象，有力保障了厦门空 港航班的正常起降。
3）目前国内市场上成品高模改性沥青的销售 价格为 9 200 元/吨。
因此，每使用一吨自主研发的高模改性沥青就
能节省材料成本约 1 200 元。 另外由于自主生产高 模改性沥青，可以根据施工进度的实际混合料的需 求，调整高模改性沥青的制备数量，做到随用随制， 有效避免了外购成品高模沥青 “使用一吨就必须加 热一罐”所带来的不必要浪费,在节约了间接生产成 本，提高了经济效益的同时，也响应了国家关于节 能减排的绿色环保政策。
取实际地震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其 中实际地震记录的数量不应少于总数量的 2 ／ 3，多 组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分 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；弹性时程分析时，每条时程曲线计算所 得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％。
5 经济效益分析
5.1 自主研发高模改性沥青成本估算 1）原材单价 A 级 AH-70# 进口壳牌基质沥青单价为 5 600
元/吨。 S/B4:6 的 星 型 SBS 改 性 剂 单 价 为 21 000 元/
吨。 2）自主研发的高模改性沥青中每吨成本价格
估算: 按每吨成品高模改性沥青中使用 5% SBS 改性
得设计更加合理、经济。
参考文献: [1] GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S]. [2] JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
17
Henan Building Materials
根据《抗规》5.1.2 条及《高规》4.3.4 条中特别不
规则的建筑、甲类建筑等高层建筑应采用弹性时程
分析法进行多遇地震下的补充计算。 所谓“补充”，
主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进
行比较，当时程法分析结果大于振型分解反应谱法
分析结果时，相关部位的构件内力和配筋作相应的
生 调整。
产
时程分析按以下三个步骤计算:
采用剪重比实现内力及配筋包络设计按如下 方法:计算出时程分析平均反应的层间地震剪力与 CQC 的地震层间剪力的比值,该比值小于 1 取 1，可
（下转第 17 页）
14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Henan Building Materials
2014 年第 3 期 河南建材
20 高模改性沥青混合料进行了随机取样，重点针对 沥青的软化点、弹性恢复以及混合料动稳定度等指 标进行检测。 试验数据见表 3。
PKPM 文 件 才 能 进 行 选 波 分 析 , 一 般 将 其 改 为
userR021、userT631, 这样好区分哪些是人工波，哪
些 是 天 然 波 ，切 记 一 定 要 将 “dat”去 掉 。
《高 规 》4.3.5-1 条 进 行 结 构 时 程 分 析 时 ，应 符
合下列要求:应按建筑场地类别和设计地震分组选
综上所述笔者认为:将具有良好抗形变恢复和 优异抗车辙能力的高模量改性沥青混合料，推广运
用于机场跑道、高速公路、城市主干道等重点工程 生 项目,能有效减轻甚至避免高温车辙病害的产生，在 产 提高沥青路面中下层结构承载能力的同时也延长 技 沥青混凝土路面的使用寿命，并进一步降低了沥青 术
路面的维修成本，为施工企业带来巨大的经济与社 会效益。
参考文献: [1] JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范[S]. [2] JTJ 052—2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[J]. [3] 沈金安.改性沥青与 SMA 路面[M].北京:人民交通出版社,
1999.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
剂的投量计算，自主研发的高模改性沥青材料价格 为:
95% 基 质 沥 青 ×5 600 元/吨 +5% 特 殊 嵌 段 比 SBS 改性剂×21 000 元/吨=6 370 元/吨。
其他成本约占产品总成本的 20%， 即:6 370÷ 80%×20%=1 592.5 元/吨。
自主研发高模改性沥青每吨成本约为:6 370+1 592.5=7 962.5 元/吨。
0.15 g 剪重比=0.2×0.12=0.024=2.4%。 又因为通过
安评得出的水平地震影响系数最大值 αmax 一般比
规范值大。 比如本工程 αmax=0.139，剪重比=0.139×
0.2=2.78%，STAWE 模型计算结果时应满足各层剪
重比大于 2.78%。 如不满足应进行强制性调整。 对
技 1 提供主楼的自振周期
术
做场地地震安全性评估报告前，设计院应提供
地震局主楼的自振周期 T。 《抗规》5.2.5 条 条文说
明 对 于 扭 转 效 应 明 显 或 基 本 周 期 小 于 3.5 s 的 结
构，剪力系数取 0.2αmax，保证足够的抗震安全度，
也 就 是 一 般 结 构 剪 重 比 等 于 0.2αmax。 例 如 7 度
（上接第 14 页） 通过 excel 表格计算。
最 后 进 入 STAWE 参 数 设 置 剪 重 比 调 整 系 数 中， 按相应格式填入该比值。 （该方法与人工调整 0.2Q 同）。 计算完成后对需要包络设计的楼层进行 配筋复核即可。
综上所述，时程分析时选波很重要，条件允许 的情况下选 7 条波的平均值如果均在 CQC 线内则 不需要进行包络设计；而大部分情况则是选不到满 足条件的 7 条波，故只能 3 条包络设计，包络设计 中按地震剪力每层实现不同的地震力放大，从而使
于基本周期介于 3.5 s 和 5 s 之间的结构,按插入法
取值。
2 选取地震波
由地震局提供实际地震记录和人工模拟的加
速度时程曲线，简称天然波和人工波。 地震局所提
供 的 波 文 件 为 HR021.dat （ 带 R 的 为 人 工 波 ）、
HT631.dat（带 T 的 为 天 然 波 ）等 ，我 们 需 先 转 换 成
3 CQC（振型分解反应谱法）与时程分 析包络设计
《高规》4.3.5-4 条当取 3 组时程曲线进行计算 时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络 值与振型分解反应谱法计算结果的较大值； 当取 7 组及 7 组以上时程曲线进行计算时，结构地震作用 效应可取时程法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。 一般地震局提供的波不 一定都能满足设计要求，所以一般我们取 3 条波进 行包络设计,下面就以 3 条波包络设计进行阐述:选 取 3 条满足规范要求的地震波后，需要进行弹性动 力时程分析参数填写， 主分量峰值加速度按抗规 5.1.2-2 表进行填写，次分量峰值加速度及竖直分量 峰 值 加 速 度 分 别 按 《抗 规 》5.1.2 条 说 明 中 0.85 及 0.65 的比例进行调整。 计算完成后即可进行时程分 析与 CQC 法的包络设计。
包 络 设 计 实 现 方 法 主 要 有 两 种 :1） 当 需 要 调 整 的层数少时可采用定义薄弱层放大系数实现，这样 放大系数只能是一个定值（最大值），无法实现每层 按实际进行放大。 2）当有很多层都需要进行包络设 计时，可采用调整剪重比实现放大比例，不管层数 多少均可采用。 采用调整剪重比实现放大内力和配 筋时，模型可不考虑其他参数（比如位移）。
高模量改性沥青及其混合料的其他各项性能 指 标 均 符 合 《 公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范 》JTG F40-2004 的规范要求。 使用嵌 段 比 为 4:6 的 星 型 SBS 改 性 剂 来 制 备 高 模 量 改 性 沥 青 用 于 沥 青 混 合 料的生产，并在搅拌过程中添加一定比例抗车辙剂 以提高混合料动稳定度。