专利名称：最不利设计地震动记录的确定方法如何选择合适的实际地震动作为输入是抗震设计中至关重要的问题之一。现在几 乎所有的抗震规范都规定重要的工程结构应采用时程分析法进行补充计算。我国《建筑 抗震设计规范(GB5001-2001)》明确规定特别不规则建筑、甲类建筑，高度超出规定范围的 高层建筑应采用时程分析法进行补充计算；采用时程分析法时，应按建筑场地和设计地震 分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，并且规定其平均 的地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用地震影响系数曲线在统计意义上相符， 在弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构基底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 法的80%。这种笼统的规定虽然给予工程设计人员极大的灵活性，但同时也使其可操作性 很差。半个世纪以来，无论在国内还是在国际上，一旦遇到这种情况一股都习惯于采用1940 年美国El-Centro (NS分量)等一批老字号的地震动记录，但是很少有人能讲清采用这条记 录的理由，更很少有人对这种做法提出置疑。目前，大部分关于设计地震动选择的研究的基本思路都是通过拟合设计反应谱给 出设计地震动，但由于设计反应谱只是代表平均意义上的地震作用，因此，这样给出的地震 动对那些重要性一股的结构或地震危险性不是很高地区的抗震验算可能是合适的，对特别 重要的结构或高地震危险区的抗震验算可能就不合适了。虽然对于时程分析中如何选择地 震动输入问题进行了诸多的研究，但仍没有一致的认识，目前的现状是，或者不采用时程分 析法进行计算，或是采用，而输入地震动的选择却无视建筑场地的差别而采用为数不多的 几条典型记录(如1940年的El Centro(NS)记录或1952年的Taft记录)。同时，由于地 震发生的复杂性和极不确定性，无论在时域还是频域上，目前仍不能精确预测未来所发生 地震的形成机制和破坏性特征，按照目前的科技发展水平，结构很有可能遭受比设计地震 作用高许多倍的地震影响，因此，确定最不利设计地震动具有重要的现实和科学意义。综上，现有技术中没有提出最不利设计地震动的概念、挑选原则，没有给出适用于 各类场地和结构周期的最不利设计地震动。
本发明的目的是提供一种最不利设计地震动记录的确定方法，并给出用于抗震设 计的输入地震动，以实现对一些抗震级别要求很高(或特别重要的)大型复杂结构进行抗 震设计时，可以直接采用本发明给出的最不利设计地震动记录来进行抗震验算，以最大限 度地确保建筑结构的安全性。本发明给出了“最不利设计地震动”的概念最不利设计地震动是指能使结构的反 应在这样的地震动作用下处于最不利的状况，即处在最高危险状态下的真实地震动，最不3利设计地震动是相对于一定的环境条件而言的，即相对于结构所在场所的地震危险性和场 地条件而言的。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的最不利设计地震动记录的确定方法是按照以下步骤实现的步骤一、从已发生的地震动记录(世界范围内)中收集强震记录(峰值加速度大 于50gal)作为最不利设计地震动记录待挑选数据库；步骤二 以直接由地震动本身得到的参数及经过结构弹性反应得到的基本参数对 所有的收集到的强震记录按照数值由高至低的顺序分别进行排序，将所有排名在较前面的 第1至10条记录汇集在一起，组成最不利地震动的备选震动数据库；本步骤所述的经过结构弹性反应得到的基本参数包括峰值加速度PGA、峰值速度 PGV、峰值位移PGD、有效峰值加速度EPA、有效峰值速度EPV、最大增量速度IV、最大增量位 移ID及能量持时Td ；本步骤所述有效峰值加速度EPA和有效峰值速度EPV采用ATC的定义方法将阻 尼比为5%的加速度反应谱在周期0. 1-0. 5s之间平均为一常值Sa，将阻尼比为5%的速度 反应谱在周期Is附近平均为一常值Sv，则有效峰值加速度、有效峰值速度的定义如下EPA = Sa/2. 5 ；EPV = Sv/2. 5 ；本步骤所述的最大增量速度IV和最大增量位移ID，二者用于刻画近断层区域的 地震破坏势，增量速度代表加速度脉冲下的面积，实际上代表速度变化的增量，增量速度与 质量的乘积代表结构的动量或者相当于地震作用的冲量，因此速度变化越大，加速度脉冲 下的面积也就越大；同理，速度脉冲下面积等于增量位移；本步骤所述的能量持时Td，采用现在广泛应用的Trifimac-Brady所给出的相对能 量持时，用积分表示地震动的能量随时间的增长，其正规化后的值表示为 a2 (t)dtIit) = fT-Jo a2(t)dt其中，T是地震动的总持时，I (t)是一个从0到1的函数；Trifunac-Brady给出的相对能量持时为Td = T2-T1其中，T1与T2由下式确定I (T1) = 0. 05 ； I (T2) = 0. 95 ；步骤三将所收集到的备选强震数据库(记录)进一步做第二次排序比较；在做 第二次比较分析时，着重考虑和比较这些强震记录的位移延性和滞回耗能(可以表达累积 损伤的参数)，将备选强震记录中的位移延性较高的同时又是滞回耗能较高的第1至第10 条记录挑选出来，最后得到了给定场地条件及结构周期下的最不利设计地震动。本发明方法首次提到了利用位移延性和滞回耗能这两个参数挑选最不利设计地 震动记录，本发明方法采用技术措施和技术手段，解决“实现对一些抗震级别要求较高(或 特别重要的)大型复杂结构进行抗震设计时，可以直接采用本发明给出的最不利设计地震 动记录来进行抗震验算，以最大限度地确保建筑结构的安全性”这样的技术问题。本发明的有益效果是本发明提出最不利设计地震动的概念、挑选原则，给出适用于各类场地和结构周 期的最不利设计地震动。目前，无论是国际还是国内还没过给出最不利设计地震动的概念、 确定方法和可供应用的最不利设计地震动记录。对一些特别重要的大型复杂结构进行抗震 设计时，可以直接采用本研究给出的最不利设计地震动记录来进行抗震验算，以确保安全； 而对一股结构进行抗震验算时，可以做到心中有数即按通常的方法采用1940年美国的 El-Centro (NS分量)记录进行验算的结果距离最危险结果有多远，同时也对一股抗震结构 在进行抗震验算或分析选择地震动时有更多的选择余地。本发明方法尤其适用于抗震级别 要求很高的抗震设计中。利用本发明方法得到的最不利设计地震动记录，简单实用，根据验算结构的场地 和基本周期，依据表1挑选地震动记录。对四类场地和三类不同自振周期范围内的结构给出了相应的最不利设计地震动， 可供抗震设计和试验应用。
本实施方式所述的最不利设计地震动记录的确定方法，所述方法 是按照以下步骤实现的步骤一、从已发生的地震动记录(世界范围内)中收集强震记录(峰值加速度大 于50gal)作为最不利设计地震动记录待挑选数据库；步骤二 以直接由地震动本身得到的参数及经过结构弹性反应得到的基本参数对 所有的收集到的强震记录按照数值由高至低的顺序分别进行排序，将所有排名在较前面的 第1至10条记录汇集在一起，组成最不利地震动的备选震动数据库；本步骤所述的经过结构弹性反应得到的基本参数包括峰值加速度PGA、峰值速度 PGV、峰值位移PGD、有效峰值加速度EPA、有效峰值速度EPV、最大增量速度IV、最大增量位 移ID及能量持时Td ；本步骤所述有效峰值加速度EPA和有效峰值速度EPV采用ATC的定义方法将阻 尼比为5%的加速度反应谱在周期0. 1-0. 5s之间平均为一常值Sa，将阻尼比为5%的速度 反应谱在周期Is附近平均为一常值Sv，则有效峰值加速度、有效峰值速度的定义如下EPA = Sa/2. 5 ；EPV = Sv/2. 5 ；本步骤所述的最大增量速度IV和最大增量位移ID，二者用于刻画近断层区域的 地震破坏势，增量速度代表加速度脉冲下的面积，实际上代表速度变化的增量，增量速度与 质量的乘积代表结构的动量或者相当于地震作用的冲量，因此速度变化越大，加速度脉冲 下的面积也就越大；同理，速度脉冲下面积等于增量位移；本步骤所述的能量持时Td，采用现在广泛应用的 Trifunac-Brady (Trifunac-Brady是本领域公知的人名，是他发明的这个定义)所给出的
相对能量持时，用积分表示地震动的能量随时间的增长，其正规化后的值表示为 a2 (t)dt


最不利设计地震动记录的确定方法，它涉及一种最不利设计地震动记录的确定方法。对抗震要求很高的抗震设计可采用本发明的最不利设计地震动记录来进行抗震验算，以最大限度地确保建筑结构的安全性。技术要点首先以直接由地震动本身得到的参数及经过结构弹性反应得到的基本参数对所有的收集到的强震记录分别进行排序，将所有排名在较前面的记录汇集在一起，组成最不利地震动的备选数据库；将所收集到的备选强震记录进一步比较，着重考虑和比较这些强震记录的位移延性和滞回耗能，将备选强震记录中的位移延性较高的同时又是滞回耗能较高的记录挑选出来，得到最不利设计地震动。本发明方法适用于抗震级别要求很高的抗震设计中。