- 选波总述——选波思想
1.1 时程分析选波教程
地震选波，简单来说，就是选取与场地特性符合的地震波进行时程分析。结构的场地特性包括很多，其中目标反应谱算是个比较综合的特性也是与结构设计最紧密相关的—个特性。因此，目前选波可以狭隘地理解为选取与目标反应谱吻合的地震波。当然，实际上并不仅仅是这条，只是这条会最为重要。以下简单说说般情况下的选波流程及几个与选波有关的话题。
选波基本流程，选波过程主要包括5步：
（1）确定结构基本参数
（2）确定设防烈度、地震分组，场地士类别等主要参数
（3）确定需要匹配的目标反应谱
（4）确定需要控制的其他参数
（5）筛选与目标反应谱匹配且与控制参数吻合的地震波
就这样选波就完成了。
结构的基本参数
与选波相关的最主要的结构基本参数是，结构的前三阶周期，第一阶周期最主要。因为地震波很难整个反应谱范围均与目标反应谱吻合，因此—般均是控制结构主要周期范围内地震波反应谱与目标反应谱不要相差过大。
确定设防烈度、地震分组，场地土类别等主要参数
把这些参数列出来，主要是这些参数与目标反应谱的确定有关。
确定目标反应谱
以中国规范为例，反应谱的确定与设防烈度，场地类别，地震分组有关，如果是选用其他国家的反应谱，那就按其他国家的规范要求来指定。对于中国反应谱，可以下载GM_Tools地震波处理软件软件来生成规范反应谱，https://wwb.lanzouw.com/b02cila0j 密码 cv10。
确定需要控制的其他参数
定义好目标谱后，还需要根据具体的使用目的，确定其他辅助的控制参数。
（1）断层距与速度脉冲
挑选近场与远场的地震波，需要控制地震波的脉冲及断层距，因为一般情况，近断层的地震波有脉冲特性，远场波一般是无脉冲特性。因此可以增加断层的控制要求。一般地震波数据库，如PEER的地震动数据库会给出这个地震波的断层距。如果是利用PEER选波，可以加入断层距这个控制参数。另外，PEER数据库还直接给出了地震波是否具有脉冲的参数，也可以进行勾选。一般情况，如果不是为了分析脉冲，那就不要选脉冲波。否则计算响应可能会过大。
（2）土层的等效剪切波速
控制场地特性的另外一个比较直接的参数是场地土的剪切波速。美国用V30，中国用V20，即覆盖层20m计算深度范围的等效剪切波速。如果是按中国规范，一般需要对V20和V30参数进行换算。一般地震波数据库，如PEER的地震动数据库会给出这个参数，但PER给出的是V30。总体而言，V30在510m/s以上的场地对应于中国规范的I类场地；V30在510m/s与260m/s之间的场地对应于中国规范的Ⅱ类场地；V30在260m/s与150m/s之间的场地对应于中国规范的Ⅲ类场地；V30在150m/s以下的场地对应于中国规范的Ⅳ类场地。
（3）地震事件
一般情况，当选波数量不太多的时候，一般均要求同—个地震事件选的波不要超过2组。当然如果你本身选很多天然波，那这个可以适当放开，主要是避免选择相同属性的波。
1.2 什么是反应谱与目标反应谱匹配
我国规范《抗规》《高规》对于匹配的定乂是，所选的地震波平均反应谱在结构主要周期点处与目标反应谱相差不大于20%。美国规范ASCE7-10的则是规定在0.2T-15T范围内地震波反应谱与目标反应谱比较吻合，其中T是结构的基本周期。其实，总体上概念都是一样，就是结构主要周期点的反应谱值直接影响结构地震力的大小，因此主要控制结构主要周期范围内反应谱的吻合情况。
筛选与目标反应谱匹配且与控制参数吻合的地震波
这个方法也很多。如果是基于PEER选波，直接输入目标反应谱，然后指定参数，然后点击搜索即可。如果是自己手动进行选波匹配，需要有以下几步：
（1）下载地震波
（2）计算地震波的反应谱，地震波反应谱计算工具可以用GM_Tools地震波处理软件进行计算。
（3）将反应谱与目标反应谱进行对比，一般是需要自编程序进行对比（如GM_Tools软件）或者用 EXCEL观察，然后进行挑选。
关于PEER地震波选波及峰值加速度PGA的调整要求
另外—个与选波相关的参数是PGA的控制。我国规范《抗规》及《高规》进行时程分析时候，均要求对地震波的PGA进行个调整，如下表。这个参数与地震波的匹配有关，即选波时候，地震波需要先调整到这个PGA，再进行匹配。而美国规范是对PGA没有控制的，也即进行选波时候，不对PGA做控制，而是调整地震波反应谱尽量与目标谱匹配，得到个缩放系数。然后以这个缩放系数乘以实际地震波，即为最终的时程分析地震波。因此如果用PEER直接选波，一般是不满足我国规范要求的。还需要进行前面说的筛选，关于地震波峰值调整，也可利用GM_Tools软件进行调整。
1.3 下载地震波网站
PEER地震动数据库：https://ngawest2.berkeley.edu/
日本KNET数据库： https://www.kyoshin.bosai.go.jp/
- 选波方法——以Peer网站选波为例
PEER是 Pacific Earthquake Engineering Research Center(太平洋地震工程研究中心）的简称，设立在美国的加州大学伯克利分校( University of California, Berkeley)。由其运作的 PEER Groundotion Database(PEER地震动数据库)提供了大量的世界各地的地震记录，可自由下载。该网站提供了丰富的査询手段，可按距离、场地、震源类型等条件选择地震记录，也提供了按目标反应谱选择的手段。
该网站地址是：https://ngawest2.berkeley.edu/
首页如下：
2.1 生成中国规范的目标谱
如果要按目标反应谱(例如我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的地震影响系数曲线、《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021的地震影响系数曲线)选取地震波，需要事先准备好目标反应谱的数据文件。GM_Tools地震波处理软件提供了生成规范反应谱的功能，可用于生成我国建筑抗震设计规范规定的反应谱对应的数据文件。数据如下：
将反应谱中的数值部分复制到excel中，将其保存为“csv”后缀的文本文件，文件名用英文、数字、下划线组成。如下：
2.2 利用PEER地震动数据库获得地震记录
上述准备工作完成后，进入PEER地震动数据库首页，注册登录网站。点击地震波数据库，这里以“NGA_West2”为例。
然后选择①“User Defined Spectrum”（用户定义谱），然后在②处上传csv文件，再点击③“Submit”。
选择①“Linear”可查看线性反应谱，再点击②“Search Records”
进入以下选波界面，再点击①“Search records”。
搜索成功后出现以下界面，选中待下载的地震波，再点击图中的下载按钮即可，选波完成。
2.3 地震波额外需求参数
注：若地震波有特殊需求，如震中距、是否有脉冲等，请在“search parameters”中按需输入，以下做简要说明，想具体了解请查看Peer官网帮助文档。
Magnitude——震级
Rrup——距断层面最近的距离
Rx——场地距断层顶部的水平距离
Ry0——距断层末端的水平距离
Rjb——距断层面的Joyner-Boore距离
Ztor——距断层面顶部的深度
Width——断层面的宽度
DIP——断层面的倾角
Vs30——场地30米深度范围内平均剪切波速
Z1.0——水平剪切波速为1.0km/s的深度
Z2.5——水平剪切波速为2.5km/s的深度
Zhyp——震源深度
Epsilon——偏离中值谱的标准偏差数
垂直断层（Strike slip faulting）参数图示
场地位于斜断层hanging wall一侧参数图示
场地位于斜断层foot wall一侧参数图示
- 地震波处理——从原始波到可用波
下载后的地震波需要经过处理才能用，不然一般是跟反应谱对不上的。按中国规范挑选的地震波要满足三个条件，分别为：统计意义相符、基底剪力要求、持时要求。其中基底剪力要求很大程度上取决于统计意义相符。以下是规范原文：
3.1 规范强条
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）5.1.2条规定：采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的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%。从工程角度考虑，这样可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但计算结果也不能太大，每条地震波输入计算不大于135%，平均不大于120%。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对5.1.2条的条文说明，所谓“在统计意义上相符”指的是，多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定：输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一刻算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止；无论是实际的强震记录还是人工模拟波形，有效持续时间一般为结构基本周期的（5~10）倍。
3.2 处理地震波
利用GM_Tools软件进行处理。利用软件的“格式转换——峰值调整——规范反应谱——计算反应谱——计算持时”功能，可以挑选合适的天然地震波进行建筑结构的弹性、弹塑性时程分析，极大减少建筑结构分析的选波时间。
3.2.1 格式转换
首先将Peer格式的地震波转换为Common_2格式的地震波，即通用两列的地震波。然后导出处理后的地震波。
3.2.2 峰值调整
根据规范填写目标峰值，若想将地震波的峰值调整到0.11g，则先填写目标峰值为0.11g，再点击“导入原始的地震波”，这里需注意导入的地震波格式应该是Common2。然后导出处理后的地震波。
3.2.3 规范反应谱
首先下拉选择 “地震参数”，然后点击“1.绘图”查看规范反应谱，接着在“时间”处填写关注的周期点（一般为第1~3阶周期），再点击“对应”，可以计算出关注周期点处规范反应谱的谱值。
3.2.4 计算反应谱
首先输入结构的阻尼比（默认0.05），再点击“导入原始的地震波”，这里需注意导入的地震波是调峰过后的。
首先选择好“反应谱类别”为“Abs_accel_spectrum”（即默认），然后在“T=”后输入关注的周期值（一般为第1~3阶周期），再点击“计算谱值”，则“计算谱值”后会自动计算地震波的平均谱值；在表格中，Sa(T)为各条地震波在关注周期处的谱值；此外，“计算谱值”后的平均谱值是勾选了Available选项的地震波的平均谱值，所以可以通过“勾选/不勾选”Available选项， 来计算不同地震波的平均谱值，而单条地震波谱值Sa(T)不受影响。
接下来的工作就需要对比筛选地震波，通过对比各条地震波在关注周期点处的谱值Sa(T)与规范谱值的误差，看一眼即可筛选出合适的地震波，不合适的可以取消勾选Available选项，最终剩下误差最小的地震波。分别对比前三阶周期，挑选出合适的地震波，一般来说，第一阶周期的重要性大于第二阶周期，第二阶周期的重要性大于第三阶周期。
3.2.5 计算持时
点击“导入原始的地震波”，这里需注意导入的地震波格式应该是调峰过后的地震波。
导入地震波后，可下拉选择“Record”可以查看不同地震波的波形；再填写“开始/终止截取峰值比”，建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）规定持时是地震波初次达到0.1PGA至最后经过0.1PGA，这里默认截取峰值比为0.1，也可按需更改。然后点击“开始计算”。
表格中的“Effective_duration”为按规范求得的地震波有效持时；“All_Time”为地震波的总时间。按经验来说，持时很容易满足。
以上即挑选出合适的天然地震波用于时程分析。
3.2.6 生成人工波
生成符合中国规范的人工波，GM_Tools软件具有“生成人工波”功能，可以自动生成，并且人工波已经经过调幅处理，不需额外处理，可以直接使用。
- 一点感想
选波是一件不大不小的事，选择合适的地震波是结构动力分析的前提，但是网上的教程零零散散，没有一个从一而终的教程，在此我通过学习、整理、编程，结合自己的理解，才最终写出本篇选波教程，希望能帮到学弟学妹，以上操作在B站中也有讲解，哔站：聚餐当然也。感谢大家。
另外一点建议：按照规范挑选好的波可以纳入自己的波库中，建立一套科学的管理方法，以后先在自己的波库中选波，效率更高。
