【正文】 在地震波峰值的大小，包括位移峰值、速度峰值和加速度峰值。總體上，選擇地震波應(yīng)該考慮地震動的峰值、頻譜特征及地震動持續(xù)時間，即地震動的三要素。　 EI centro (1940)地震波扭轉(zhuǎn)分量加速度時程曲線　 EI centro (1940)地震波平動分量加速度時程曲線　 汶川地震波扭轉(zhuǎn)分量加速度時程曲線　 汶川地震波平動分量加速度時程曲線241地震波三要素地震波具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)會因輸入不同的地震波而有不同的反應(yīng)，因此要合理的選取地震波?！?。綜上所述，由實(shí)際地震記錄來合成扭轉(zhuǎn)分量步驟如下：（1）按式（239）把地震的三分量平動（加速度）分解為平面內(nèi)運(yùn)動及和出平面運(yùn)動；（2）對做傅氏變換，得到；（3）把和代入式（244)可以得到e，再將e代入式（243)即可得到入射角，最后代入（237）求得視速度c；（4）把及c代入式(238)，得到轉(zhuǎn)動分量的傅氏譜；（5）對進(jìn)行逆傅氏變換，取其中的實(shí)部，就得到地震波豎向扭轉(zhuǎn)分量及速度時程曲線。假設(shè)地震臺站記錄的水平分量的方向與震中方位之間的夾角為，則可按下式將實(shí)際地震記錄的三分量運(yùn)動分解成為出平面、平面內(nèi)運(yùn)動(位移)： (241)式中：是實(shí)際記錄的三分量運(yùn)動，是出平面、平面內(nèi)運(yùn)動，是坐標(biāo)變換矩陣： (242)把分解得到的出平面運(yùn)動（位移）時程曲線進(jìn)行傅氏變換，并代入式(238)求得地震動轉(zhuǎn)動分量傅氏譜，然后對轉(zhuǎn)動分量傅氏譜做傅氏逆變換，即可得地面轉(zhuǎn)動分量的時程曲線。為平面內(nèi)和出平面運(yùn)動，為坐標(biāo)變換矩陣： (240)分別對從實(shí)際地震記錄分解出來的平面內(nèi)運(yùn)動時程和出平面運(yùn)動時程做傅氏變換，然后代入式(238)求得豎向扭轉(zhuǎn)分量傅氏譜，再對轉(zhuǎn)動分量傅氏譜做傅氏逆變換，即可得到地面豎向扭轉(zhuǎn)分量的時程。因此，要想得到平面內(nèi)和出平面的地震動分量，首先需要對實(shí)際記錄的地震進(jìn)行分解。對式(236)做傅氏變換，可得 (238)以上是豎向扭轉(zhuǎn)分量與平動分量傅氏譜之間的關(guān)系。 (237)式中為入射角隨機(jī)變量，為體波的傳播速度。這里我們假設(shè)：地震波的傳播介質(zhì)是均勻彈性或成層均勻彈性。因此，要得到地震動豎向的扭轉(zhuǎn)分量，就必須先對實(shí)際記錄的地震波進(jìn)行分解。依據(jù)以上入射波和反射波的位移函數(shù)及Shell定律，入射角、反射角和之間的關(guān)系為：（1）當(dāng)入射波為P波時： （2）當(dāng)入射波為S波時： 可以得到： （225）其中： （226）、分別為本層土內(nèi)的P波波速和S波波速。從地震記錄中可以看出地震波中包含著P波、S波以及面波等成分，但在一般的理論分析中并沒有全部考慮。222地震動扭轉(zhuǎn)分量的計(jì)算公式推導(dǎo)假定地震波的傳播介質(zhì)是各向同性的均勻彈性半空間或成層均勻的彈性半空間，入射到半空間自由表面的波為體波。Capta 和Trifunac,孫士軍和陳國興,李宏男,王君杰等都是采用頻域法對地面轉(zhuǎn)動分量進(jìn)行研究的, 而且還考慮了地震波入射時波速的頻散效應(yīng)。學(xué)者們[38][39][40]在此基礎(chǔ)上對地震動的轉(zhuǎn)動分量應(yīng)用彈性半空間理論來估計(jì)，其基本思想是假設(shè)地震波的傳播介質(zhì)是水平成層或均勻彈性的彈性體，入射到自由表面的波是體波或面波。（2）頻域法從現(xiàn)有的地震動資料上不難發(fā)現(xiàn)，雖然地震動是幅值和頻率都在復(fù)雜變化著的隨機(jī)振動。雖然上述方法比較簡單，但卻能為地面轉(zhuǎn)動分量的提取形成一個基本概念。由于將基礎(chǔ)看成剛性平板，故有（），所以 （27）上式中為繞z軸轉(zhuǎn)動的角位移。（1）行波法Newmark[34]根據(jù)上述原理率先運(yùn)用行波法，得到了地震動的地面轉(zhuǎn)動分量，他假定水平傳播的行波產(chǎn)生地面扭轉(zhuǎn)分量，認(rèn)為基礎(chǔ)平板的扭轉(zhuǎn)即為自由場地面的扭轉(zhuǎn)。即得到： （22）同理可得： （23） （24）很多的研究者對上述的關(guān)系提出了不同的方法。其基本原理為，在彈性介質(zhì)中取一微小的六面體單元。但由于當(dāng)時地震動觀察技術(shù)水平有限，對轉(zhuǎn)動分量的觀察資料及其匱乏。大量的地震現(xiàn)象證明：豎向的扭轉(zhuǎn)分量直接對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了扭矩，即便是對稱結(jié)構(gòu)也一定會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。地震波是一種典型的多維隨機(jī)運(yùn)動，其在地面的運(yùn)動是極其復(fù)雜的，各點(diǎn)的相位、周期和波速都不同，建筑結(jié)構(gòu)基底將產(chǎn)生繞豎直軸的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)的各部分構(gòu)件的剛度是變化的，也就是說多層結(jié)構(gòu)的剛心也是變化的。扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的產(chǎn)生根本是結(jié)構(gòu)自身的偏心，即結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心不重合。目前學(xué)術(shù)上已經(jīng)有一些學(xué)者就地震動豎向扭轉(zhuǎn)分量利用數(shù)值模擬的方法得到了地震扭轉(zhuǎn)時程曲線，但還沒系統(tǒng)地應(yīng)用到空間結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)中，外加的地震豎向扭轉(zhuǎn)分量對結(jié)構(gòu)造成多大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，與僅考慮水平地震作用相比有什么區(qū)別，目前還沒有系統(tǒng)的研究。（4）在上述分析的基礎(chǔ)之上，更加深入了解轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗扭設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施提供了部分依據(jù)，并為地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)方面抗震規(guī)范的制定提供了一些理論依據(jù)。(2）使用PKPM結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)出托柱轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)和非轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)兩個鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)計(jì)算之后，得到結(jié)構(gòu)梁、柱以及板的主要技術(shù)參數(shù)。為建筑工程設(shè)計(jì)人員提供一些工程應(yīng)用建議。比較兩個模型在多維地震動作用下的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)、平動反應(yīng)，進(jìn)而得出關(guān)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的動力特性和相應(yīng)規(guī)律，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供一些理論依據(jù)。13 本文的主要工作從以往的分析研究中可以看出，專家學(xué)者們已經(jīng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特性做出了一些分析，但是對于地震扭轉(zhuǎn)分量作用下轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究還相對較少，地震扭轉(zhuǎn)分量對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的影響還不夠全面。 （a）巨型框架結(jié)構(gòu) （b）間隔桁架結(jié)構(gòu) （c）間隔墻梁結(jié)構(gòu) 分段或間隔布置的轉(zhuǎn)換層 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h） 轉(zhuǎn)換層的平面布置 若轉(zhuǎn)換梁上支撐有剪力墻時，則一定要設(shè)支承柱，梁搭梁的傳力形式不宜采用。：角筒上或沿周邊柱列（圖a、b）；轉(zhuǎn)換梁沿縱向、橫向布置或雙向交叉布置（圖c、d、e）；相鄰層之間相互垂直設(shè)置（圖f）；沿著建筑物平面柱網(wǎng)的變化而合理設(shè)置（圖g）；間隔布置與相鄰層錯開（圖h）等等。對大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層宜設(shè)置在裙房的頂層，同時加大梁板的尺寸，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層，減輕震害。也可間隔設(shè)置，（b）、（c），此時要求無支撐的寬敞大空間。124 轉(zhuǎn)換層的布置原則一般來說，高層建筑中豎向的結(jié)構(gòu)體系差異較大，或者上下部柱網(wǎng)軸線錯位，要設(shè)置水平轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層的布置不得使結(jié)構(gòu)沿豎向的剛度發(fā)生突變。自重大的厚板質(zhì)量集中在建筑物的中部，使得厚板具有極其復(fù)雜的振動，加上該層厚板剛度大，下層剛度小，容易產(chǎn)生薄弱層，使底部發(fā)生集中震害和變形。厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)換層可使建筑上下層的墻、柱軸線根據(jù)使用功能自由布置，從而更好地滿足建筑結(jié)構(gòu)多功能的要求?！?。厚板式轉(zhuǎn)換層的上下層結(jié)構(gòu)無須對齊，但下部結(jié)構(gòu)自重大，材料消耗多。采用桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，一般宜跨滿層布置，且上弦節(jié)點(diǎn)與上部密柱或墻肢形心宜對中[25]。一般情況在住宅層和下部商場的之間作一層設(shè)備層，利用設(shè)備層設(shè)空腹桁架。較高的上下弦使得上下弦桿的截面相對很小。3） 桁架體系桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。但是箱形體系中的轉(zhuǎn)換層剛度較大，底部大空間或底部幾層的平面需要合理布置，以保持一定剛度，避免其在抵抗水平荷載時由于底層剛度削弱而形成薄弱層，產(chǎn)生的相對位移較大，造成最后破壞。由于箱形體系的轉(zhuǎn)換層具有很大的剛度，那么箱形轉(zhuǎn)換層和上層剪力墻就類此于同一個結(jié)構(gòu)中兩個構(gòu)件，相互之間的受力明確。在這一體系中，轉(zhuǎn)換層上下面在同一條軸線上都要設(shè)置一道大梁，鋼筋混凝土墻布置在梁間。2） 箱型體系箱型轉(zhuǎn)換層廣泛應(yīng)用于鐵路工程中，而民用建筑中很少使用?？紤]經(jīng)濟(jì)因素，通常在商場和住宅中間不做設(shè)備層，～1m左右。在底部幾層形成大空間商場，上部則為大開間剪力墻結(jié)構(gòu)作住宅，用一個較大截面的托梁過渡剪力墻和框架的交界處，那么結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層就布置在框支梁的這一層。除此之外梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)更多地應(yīng)用在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中。一般應(yīng)用于底層大空間結(jié)構(gòu)體系中，轉(zhuǎn)換梁布置靈活，可沿橫向或者縱向布置，當(dāng)結(jié)構(gòu)需要同時轉(zhuǎn)換縱橫向受力時，可雙向布置梁。123轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)[19][20][21][22][23]轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可依據(jù)建筑功能的需要，沿著高度方向布置一處或多處水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，這個空間可作為正常使用的空間，也可用作設(shè)備層，但要保證結(jié)構(gòu)沿豎向的剛度相差懸殊。122轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分類從結(jié)構(gòu)方面看，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力途徑簡單明了，結(jié)構(gòu)計(jì)算時也相對容易，大體上可分為以下幾類：上部和下部結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要用于剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)，將上部的剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成下部的框架結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造較大的空間。東南大學(xué)的呂志濤以及南京市建筑設(shè)計(jì)研究院的盛小微和汪凱[16]通過兩個縮尺比例為1:10的模型在水平向低周反復(fù)加載的對比試驗(yàn)，兩個縮尺比例1:20模型的振動臺試驗(yàn)對比，得出厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的骨架曲線和滯回曲線；四川建筑設(shè)計(jì)院的林金根據(jù)成都華威商住大廈厚板式轉(zhuǎn)層結(jié)構(gòu)工程，重點(diǎn)闡述如何合理調(diào)整轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的豎向剛度以符合底部大空間的使用要求、上部短肢剪力墻的設(shè)計(jì)措施；武漢大學(xué)的李傳才、彭斌[17]討論研究了對于的高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層在進(jìn)行有限元分析時，其單元形式的選擇。中國電子工程設(shè)計(jì)院的婁宇以及北京東方華太建筑設(shè)計(jì)公司的李勇等人[13]討論了建筑中箱形轉(zhuǎn)換層的缺點(diǎn)，他們認(rèn)為，在外圍剪力墻上面開較大的窗洞口會削弱四周側(cè)墻的剛度。同濟(jì)大學(xué)還做了大底盤、底部大空間高層塔樓的振動臺實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)的理論分析研究；中國建筑科學(xué)研究院抗震研究所的魏璉和王森等人[8]進(jìn)行三榀轉(zhuǎn)換層實(shí)驗(yàn)的研究，對高層建筑中轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸、配筋設(shè)計(jì)及鋼筋端部的錨固構(gòu)造等要求進(jìn)行了分析；東南大學(xué)中熊進(jìn)剛、吳曉莉[9]等人根據(jù)廈門某一高層建筑，介紹了確定轉(zhuǎn)換梁截面尺寸、承載力和構(gòu)造要求等的方法；北京鐵路局勘測設(shè)計(jì)院的陳白詩和沙志國[10]根據(jù)該局20＃高層住宅，分析研究了高層建筑中轉(zhuǎn)換層托梁和框支柱的受力特點(diǎn)和框支墻墻體的應(yīng)力分布狀態(tài)；黑龍江省建筑設(shè)計(jì)院的葛天英[11]根據(jù)哈爾濱花圃大廈工程的實(shí)際情況，對梁式轉(zhuǎn)換層的構(gòu)造和設(shè)計(jì)等進(jìn)行了研究討論。在北京前三門的626＃工程做實(shí)驗(yàn)，并對三根鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)在縮尺比例1 :50的模型中加入水平荷載和垂直荷載，研究受力性能?，F(xiàn)場實(shí)測上?？禈仿?＃住宅，并實(shí)測剪力墻和轉(zhuǎn)換梁的應(yīng)力分布，之后對該結(jié)構(gòu)作有限元分析，提出了在豎向荷載作用下，底部是雙層框架結(jié)構(gòu)、上部為剪力墻結(jié)構(gòu)的框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支柱、剪力墻和轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力計(jì)算方法。目前，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用很多，但針對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的深入研究還相對不夠，僅有一些理論分析及工程實(shí)踐總結(jié)，并沒有系統(tǒng)地進(jìn)行試驗(yàn)研究，尤其是在地震作用下的動力特性分析遠(yuǎn)不及普通建筑成熟，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500112010對此類轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有一定的局限性。但是70年代發(fā)生的幾次大地震及之后的彈塑性動力分析證明，這種底部大空間的柔性結(jié)構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的，底部框架柱由于變形過大而導(dǎo)致整體房屋倒塌。上海的龍門賓館，鐵路大廈應(yīng)用桁架轉(zhuǎn)換層。除此之外還有珠海香洲灣花園，采用板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。，地上24層，總高85m，第五層是轉(zhuǎn)換層，底層柱的最大直徑D=。為在底層布置大空間出入口，采用軸線轉(zhuǎn)換，沿著外框筒設(shè)置4榀7米高巨型桁架。以下為國內(nèi)外帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實(shí)例[7]：，筒中筒結(jié)構(gòu)，底部4層用作商業(yè)用房，5層以上是辦公樓，通過預(yù)應(yīng)力梁的轉(zhuǎn)換，使下部的柱距擴(kuò)大。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力狀態(tài)極復(fù)雜，同時承受彎剪扭。 （a）結(jié)構(gòu)的正常布置 （b）有建筑功能要求的布置 多功能建筑中的正常布置和建筑功能的矛盾 （示意圖）為了滿足建筑使用功能的要求，這樣結(jié)構(gòu)形式以與正常方式相反布置，為了實(shí)現(xiàn)上部小空間，下部大空間的要求，就要在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層處設(shè)置轉(zhuǎn)換層[1][2][3][4][5][6]。從建筑功能方面看，上部結(jié)構(gòu)需要小開間布置，中部結(jié)構(gòu)需要中等大小的空間布置，下部結(jié)構(gòu)則需要較大、較為靈活的的空間布置，柱網(wǎng)尺寸大、墻體要盡量少，以滿足大空間的功能要求。關(guān)鍵詞：地震動扭轉(zhuǎn)分量，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，彈塑性時程分析，抗震63河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文ELASTICPLASTIC ANAL