[软件][地震工程] GMS_DESIGN选波软件 —— 实际工程选波案例及不同选波方法对比

实干、实践、积累、思考、创新。

GMS_DESIGN是从最初的GMS选波系统（ [地震波][软件]GMS: Ground Motion Selection System [强震记录选取系统] ）精简后的一个简便的更加符合工程师习惯的基于目标谱匹配法的天然地震波选波工具。GMS_DESIGN软件链接：[软件][地震波][抗震] GMS_DESIGN: Ground Motion Selection Program for Practicing Engineers [地震波选波工具工程师版]

GMS_DESIGN 提供了两种目标谱匹配方案：离散周期点匹配法及周期范围匹配法，两种算法均可自定义多种具体参数，比如离散周期的数量，特定周期点的误差百分比限值，特定周期点的误差权重等，以实现更加灵活更加通用的自定义选波功能。采用GMS_DESIGN可以实现各种形状反应谱地震波检索，也能非常简便实现常说的双频段选波、多频段选波等。

前面一片博文 [软件][地震工程] GMS_DESIGN选波软件——多频段选波案例 (Selection of earthquake ground motion using GMS_DESIGN)介绍了GMS_DESIGN的多频段选波的灵活性，这篇博文以一个实际工程项目选波案例，演示GMS_DESIGN的可行性，顺便对比总结不同选波方法的差异和适用范围。

工程信息

某框架-核心筒结构，地上37层，主要功能为办公，1~3层为裙房，典型层高为4.6m，避难层设置在9层、19层、29层，层高6m。算至地下室顶板，即结构嵌固端，结构总高度为183.4m，结构整体模型及主要抗侧力构件如图5所示。建筑所在地区抗震设防烈度为7度，水平地震影响系数最大值为0.05。场地类别为II类，设计分组为第二组，特征周期Tg为0.4s。结构的前6周期为4.12s、3.10s、2.43s、1.07s、0.93s、0.77s。

结构整体模型及主要抗侧力构件

选波要求

作为GMS_DESIGN选波测试算例，本节根据《抗规》，选取7组天然波对结构进行小震弹性时程分析。具体要求为:地震波的平均反应谱曲线与设计反应谱曲线相比，在主要周期点（结构前三周期）上的谱值相差不超过20%；加速度峰值按照规范要求取为35cm/s²，主、次水平方向地震动峰值加速度按照1∶0.85调整；地震动的有效持续时间为结构基本周期的5～10倍，本例取不小于25s。时程分析结果在结构主方向的平均底部剪力应在振型分解反应谱法的80%～120%之间，单条地震波的结构底部剪力应在振型分解反应谱法的65%～135%之间。

选波方案

GMS_DESIGN 提供了两种目标谱匹配算法：离散周期点匹配法及周期范围匹配法，两种算法均可自定义多种具体参数，比如离散周期的数量，特定周期点的误差百分比限值，特定周期点的误差权重等，以实现更加灵活更加通用的自定义选波功能，以下针对这两种算法制定选波方案。

方案1，离散周期点匹配法：

选择结构前4阶周期点（4.12s、3.10s、2.43s、1.07s）计算均方差，其中前三阶周期点权重取1.0，第4阶周期权重取0.5，同时周期点地震波反应谱与规范反应谱的相对误差限值取为20%。

方案2，周期范围匹配法：

指定反应谱匹配的周期范围，但设置地震波反应谱与目标谱的误差限值。本例选取了两个周期匹配范围，分别为[2，4.5]及[0.3，2]，相应的权重系数范围为[1，1]及[0.5，0.5]。其中第一个周期范围涵盖结构的主要周期，第二个周期范围涵盖目标谱平台段及结构的高频振型部分，第一个周期范围权重系数取为1.0，第二个周期范围权重系数取0.5。这也算是一个双频段控制选波思路。

选波结果

采用GMS_DESIGN进行选波，GMS_DESIGN软件界面如下图所示。

方案1：选取的7组波的编号为HWA048-N，TCU038-N，CHY078-N，H-NIL360，LGP000，ISD014，LCN260。

方案2：选取的7组波的编号为NIL360，ps11066，CHY032-E，TCU075-N，22T04090，TCU060-E，12630090。两种方案选取的地震波反应谱结果如下图所示。

方案1选取的地震波反应谱结果

方案2选取的地震波反应谱结果

主要周期点地震波反应谱与目标反应谱的相对误差如下表所示。

主要周期点地震波反应谱的相对误差（%）

时程波作用下塔楼基底剪力与CQC剪力的对比如下表所示。

塔楼的基底剪力

由结果可见，方案1及方案2选取的地震波的平均谱与规范谱在主要周期点的误差均不大于20%，在主要周期点上方案1的反应谱误差更小，地震波的平均谱与目标谱更接近，在主要周期点之间的周期范围，方案2地震波的平均谱与目标谱更吻合；两个方案地震波作用下结构主方向的平均底部剪力与振型分解反应谱法的剪力之比均接近100%，单条地震波的结构底部剪力与振型分解反应谱法剪力之比在80%～135%之间。总体上，两种选波方案均可获得满足规范要求的地震波，离散周期点匹配法侧重于控制具体周期点的反应谱误差，周期范围匹配法侧重于控制在指定周期范围内反应谱与目标谱形状的吻合程度。

经进一步将测算还发现，当控制的周期点较多，且误差限值设置较小时，离散周期点匹配法的选波条件显得较为苛刻，可能选不出满足条件的地震波。周期范围匹配法由于不对地震波具体周期点的反应谱误差设置限值，侧重于寻找地震动数据库中指定周期范围内反应谱与目标谱形状吻合最好的地震波，因此任何时候均能从数据库中检索出地震波。

基本结论

（1）GMS_DESIGN提供的离散周期点匹配法及周期范围匹配法，均能获得满足规范要求的地震波。

（2）离散周期点匹配法侧重于控制单条地震波反应谱具体周期点的形状，通过该方案选取多条地震波时，其平均反应谱或包络反应谱在指定周期点上自然满足指定的误差要求。

（3）周期范围匹配法不对具体周期点地震波反应谱与目标谱的误差进行限制，侧重于寻找地震动数据库中指定周期范围内反应谱与目标谱形状吻合最好的地震波，相对更加通用。