TR.32.10.1.12 反应谱规范 根据 IBC 2012

此命令可用于根据ICC规范International Building Code (IBC) 2012年版和ASCE 7-10，为动力分析指定和应用RESPONSE SPECTRUM荷载。频率—加速度对的图表是根据该命令的输入要求以及规范中的定义来计算的。

一般格式

SPECTRUM comb-method IBC 2012 ( TORSION (DECCENTRICITY f20) (ECCENTRICITY f21) ) *{ X f1 | Y f2 | Z f3 } ACCELERATION 
{DAMP f5 | CDAMP | MDAMP } ( {LIN | LOG} ) (MIS f6) (ZPA f7) ({ DOMINANT f10 | SIGN }) (SAVE) (IMR f11) (STARTCASE f12)

命令通过以下数据完成，这些数据必须在新行开始：

{ZIP f8 | LAT f9 LONG f13 | SS f14 S1 f15 } SITE CLASS (f16) (FA f17 FV f18) TL f19

其中:

Table 1. 用于IBC 2012反应谱的参数
参数 默认值 描述
DECCENTRICITY f20 1.0 与静力偏心距（即质心与刚心之间的偏心距）相乘的系数。
ECCENTRICITY f21 0.05 偶然偏心系数。正值表示顺时针扭转，负值表示逆时针扭转。
X f1, Y f2, Z f3 0.0 输入的反应谱在X、Y和Z方向上的系数。 可以输入任意一个或所有三个方向。 如果某一方向没有指定，则缺省为0.0。
DAMP f5 0.05
阻尼比。 指定恰好为 0.0000011 的值以忽略阻尼。
MISSING f6

用于“缺失质量”法的可选参数。包含了未体现在振型中的质量所产生的静力效应。  此缺失质量振型的反应谱加速度为f6值，该值的单位为 长度/秒2（该值不与比例系数“SCALE”相乘）。 

如果f6为零，则使用零周期加速度ZPA 频率f7处的反应谱加速度。如果f7为零或未输入，那么将使用33赫兹（即零周期加速度，ZPA）处的反应谱加速度。  此计算结果将与振型组合结果采用平方和开平方（SRSS）方法进行组合。

ZPA f7 33 [Hz] 仅随MISSING选项一起使用的零周期加速度值。 如果未输入，默认为33 Hz。 如果输入了MISSING f6 ，该值将被打印出来，但不会被使用。
DOMINANT f10 1 (1st Mode) 采用主模态方法。 所有反应谱分析结果将具有与单独激发的f10模态相同的正负符号，然后软件将考虑系数后的结果用作地震静态位移结果。 如果未输入值，则默认为模态1。 如果输入了0值，则使用在激发方向上具有最大质量参与百分比的模态（仅一个方向因子可以为非零值）。 主模态将基于结构模态的实际基底剪力而不是根据最大质量参与百分比参进行选择。
IMR f11 1 将单个模态响应（缩放模态）复制生成为荷载工况的数量。 默认为一个。 如果大于软件实际得到的实际模态数量 (NM)，则将重置为 NM。 软件使用的模态为模态1到f11。 缺失质量模态不能输出。
STARTCASE f12 Highest Load Case No. + 1 IMR参数中模态1的基本荷载工况编号。 默认为到软件计算时使用的最大荷载工况编号加一。 如果f12值不大于所有先前确定的荷载工况编号，则使用默认值。 对于模态2到NM，荷载工况编号为前一个工况编号加一。
ZIP f11 用于确定纬度和经度，进而确定Ss和S1系数的场地位置邮政编码。(IBC 2012, ASCE 7-10 Chapter 22)
LAT f12 与经度一起用于确定Ss和S1系数的场地纬度。(IBC 2012, ASCE 7-10 Chapter 22)
LONG f13

与纬度一起用于确定Ss和S1系数的场地经度。(IBC 2012, ASCE 7-10 Chapter 22)
SS f14 0.2秒谱响应加速度的映射MCE。(IBC 2012, ASCE 7-10 Chapter 22)
S1 f15 1秒周期的映射谱加速度。(IBC 2000, equation 16-17. IBC 2003, ASCE 7-02 section 9.4.1.2.4-2. IBC 2006, ASCE 7-05 Section 11.4.1)
SITE CLASS f16 输入A到F表示IBC规范中定义的场地类别。(IBC 2000, Section 1615.1.1 page 350. IBC 2003, Section 1615.1.1 page 322. IBC 2006 ASCE 7-05 Section 20.3)
FA f17 可选的0.2秒短周期场地系数。如果SCLASS设置为F（即6），则必须提供该值。(IBC 2006, ASCE 7-05 Section 11.4.3)
FV f18 可选的1.0秒长周期场地系数。如果SCLASS设置为F（即6），则必须提供该值。(IBC 2006, ASCE 7-05 Section 11.4.3)
TL f19 长周期过渡周期，单位为秒。(IBC 2012, ASCE 7-10 Chapter 22)

comb-method = { SRSS | ABS | CQC | ASCE | TEN | CSM | GRP }是将每个模态的响应组合成总响应的方法。

CQC 和 ASCE4-98 方法需要使用阻尼。 ABS、SRSS、CRM、GRP 和 TEN 方法不使用阻尼，除非谱周期曲线是阻尼的函数（见下文的文件选项）。 CQC、ASCE、CRM、GRP 和 TEN 法将包括由于模态频率接近而导致的响应放大效应。 ASCE将包括更多高阶模态的代数和。 ASCE 和 CQC 是更复杂和实用的方法，也是推荐使用的方法。

SRSS
平方和的平方根方法。
ABS
绝对值的和。 此方法非常保守，代表最坏的工况组合结果。
CQC
完全二次组合方法（默认方法）。 对于密集型模态，推荐使用此方法而不是SRSS方法。
合力按如下方式计算：

where

ρnm
=
r
=
ωn/ωm ≤ 1.0
ASCE
采用美国核管理委员会监管指南第2修订版（2006年）中所述的用于振型组合的古普塔（Gupta）方法以及振型的刚性/周期部分相关内容。 在不存在冲突的情况下，采用美国土木工程师协会标准 ASCE4-98 中的定义。 对于振型阻尼周期部分的密集型振型相互作用，采用 ASCE4-98 中的公式 3.2-21（改进的罗森布鲁斯法）。
TEN
组合密集模态的百分之十方法。 美国核管理委员会监管指南 1.92（1976 年第 1.2.2 修订版）。
CSM
美国核管理委员会监管指南 1.92（1976 年第 1.2.2 修订版）。
GRP
密集模态分组方法。 美国核管理委员会监管指南 1.92（1976 年第 1.2.1 修订版）。

IBC2012表示谱应按照IBC 2012规范中的定义进行计算。

扭矩
表示需要考虑由于质心与刚心之间的偏心距产生的扭矩（在水平面内）。有关更多信息，请参见“扭转”。

楼层处的侧向剪力是在世界坐标X和Z方向上进行计算的。对于世界坐标的Y方向，将不考虑扭转的影响。

加速度
表示将输入加速度谱。
DAMP, MDAMP, and CDAMP
选择阻尼输入方式：
  • DAMP 表示对所有振型使用 f2 值
  • MDAMP 表示使用输入或通过 DEFINE DAMP 命令计算的阻尼值（如果已输入），否则将使用默认值 0.05
  • CDAMP 表示使用为每个振型计算的结构复合阻尼。您必须在 CONSTANT 特性下为不同材料指定阻尼
LINEAR或LOGARITHMIC
选择输入的反应谱与周期曲线是线性或对数差值方法，以便根据给定振型的周期来确定其反应谱值。 默认选项为线性。 由于反应谱与周期曲线通常仅在双对数坐标尺度上才是线性的，因此在这种情况下（尤其是在反应谱曲线中仅输入了几个点时），建议采用对数插值法。

当输入FILE 文件名 时，沿阻尼轴的插值将是线性的。

SIGN
此选项会为所有反应谱结果创建带符号的值。 将各振型正值的平方和与各振型负值的平方和进行比较。 如果负值的平方和更大，结果就会被赋予负号。 若使用了ABS选项，则此命令会被忽略。
SAVE
此选项会创建一个加速度数据文件（文件名与模型文件名相同，扩展名为.acc）其中包含节点加速度（以重力加速度（g）和弧度/秒2 为单位）。 这些文件是纯文本文件，可以用任何文本编辑器（例如，记事本）打开查看。

方法学

计算反应谱的方法在ASCE 7-2010第11.4节中定义。以下是一个简要总结：

  1. 输入Ss和S1（这可能从数据库搜索或明确输入）

  2. 计算

    Sms= Fa × Ss

    和

    Sm1 = Fv × S1

    其中:

    Fa和Fv根据指定的场地类别A–E并使用表11.4-1和11.4-2确定。对于场地类别F，必须提供这些值。这些需要由用户提供。您也可以指定Fa和Fv的值来代替表值。

  3. 计算

    Sds = (2/3) Sms

    和

    Sd1 = (2/3) Sm1

谱按照第11.4.5节生成。

如需了解有关国际海事组织（IMR）工况生成的更多详细信息，请查看TR.32.10.1.1 自定义反应谱地震荷载。

扭转

在反应谱分析中，会针对分析中所考虑的每个振型计算所有响应量（即节点位移、构件内力、支座反力、板应力等）。利用振型组合方法（CQC、SRSS、ABS及TEN）将各振型的这些响应量进行组合，从而针对给定的加速度方向得出一个单一的正值结果。这个计算结果代表了地震荷载作用期间响应量可能出现的最大幅值。实际响应预计会在该最大计算量值的负值到正值这个范围内变化。

从反应谱分析中是无法得知在地震荷载作用期间软件计算得到的最大值实际何时出现，以及当时其他响应量的值是多少。例如，考虑两个节点J2和J3，它们在整体X方向上的最大节点位移分别为X1和X2。这意味着在地震荷载作用期间，节点J2在X方向的位移预计会在 - X1到 + X1之间变化，而节点J3在X方向的位移预计会在 - X2到 + X2之间变化。然而，这并不一定意味着当节点J2的X位移为X1时，节点J3的X位移也会是X2。

基于上述原因，针对每个振型，软件会计算由于动态偏心以及偶然偏心（如果存在）在各楼层产生的扭矩。利用该整体荷载向量进行静力分析，为每个振型生成因扭矩产生的整体节点位移向量。最后，利用振型组合方法将所有振型反应谱分析得出的最终节点位移与扭矩产生的位移进行组合，得到最终可能的最大节点位移值。请参考以下说明的步骤。

步骤

对于每种振型，软件将执行以下步骤进而包含扭转定义：

  1. 计算各楼层的侧向楼层剪力。

  2. 计算各楼层的设计偏心距。

    因此，设计偏心距edi = f20×esi + f12×bi，其中f20 = 1.0且f21 = (±) 0.05

    其中:

    • esi = 第i层质心与刚心之间的静力偏心距。
    • bi = 垂直于地震荷载方向的楼层平面尺寸。

  3. 计算各楼层的扭矩。

    Mik = Qik × edi，对于第i层，第K种振型k

  4. 计算各楼层与扭矩对应的侧向节点力。这些力代表了因扭转产生的附加楼层剪力。
  5. 采用这些节点力对结构进行静力分析。
  6. 将扭转产生的分析结果（即构件内力、节点位移、支座反力等）与反应谱分析得出的相应振型响应量进行代数相加。
  7. 对所考虑的所有振型以及缺失质量修正（如有）执行步骤1至6。最后，按照指定的组合方法（例如，SRSS、CQC及TEN等）对不同振型响应的峰值响应量进行组合。

示例

DEFINE REFERENCE LOADS
LOAD R1 LOADTYPE Mass  TITLE REF LOAD CASE 1
JOINT LOAD
8 FX 49.035
3 6 FX 98.07
END DEFINE REFERENCE LOADS
…
LOAD 1 LOADTYPE None  TITLE RS_X
SPECTRUM SRSS IBC 2012 X 0.333 ACC DAMP 0.05 LIN
ZIP 92887 SITE CLASS E FA 0.900 FV 2.400 TL 8.000