引言

地震动输入选取是工程结构时程分析过程中的重要环节，我国GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》中明确规定，用于时程分析的天然强震动记录不应少于选取记录总数的2/3。中国数字强震动台网（NSMONS）获取的记录尽管丰富，却存在东部地区记录稀少、6级以上地震记录较少的问题（温瑞智，2016），为此国内学者进行地震动输入选取研究时，经常将国内外数据库结合作为备选数据集。其中，最为著名的国外数据库是PEER建立的NGA-West 1数据库（Chiou等，2008）和NGA-West 2数据库（Ancheta等，2014）。例如，冀昆等（2017）基于NGA-West 1数据库和我国2007—2015年的强震记录建立了适用于我国建筑抗震设计规范的备选数据集，并给出了一套系统的包含地震信息筛选、调幅与匹配的强震记录选取流程；此外，冀昆等（2020）也基于该备选数据集对我国规范中关于时程分析地震动输入数量的要求进行了一系列研究。任叶飞等（2020）基于NGA-West 2数据库研究了不同震级、震中距以及场地条件的地震动输入对结构抗倒塌易损性分析的影响。胡进军等（2018）基于NGA-West 1和NGA-West 2数据库，研究了基于条件均值谱（Conditional Mean Spectrum，CMS）的核电厂安全壳设计地震动确定方法。刘周强等（2021）基于NGA-West 1和NGA-West 2数据库，研究了城市立交桥的近断层地震动输入模拟。

然而，强震动记录体现的是本地区地震动的震源、路径和场地区域特性，国外记录是否可运用于我国建筑结构的时程分析尚缺乏科学的分析。关于地震动的区域依赖性规律很多学者做过相关研究，例如，任叶飞等（2014）系统比较了2013年芦山主震和余震的地震动强度指标观测值与 NGA-West 2地震动预测模型给出的预测值，验证了我国与美国加州地区的地震动路径衰减特征存在显著的区域性差异；Xu等（2020）比较了我国南北地震带发生的6次6.0级左右地震的地震动预测残差分布，发现在震级和断层类型相同的条件下，这6次地震的震源和路径效应却有明显的差别，其认为这在一定程度上导致了观测到的地震动振幅的区域性变化；张齐等（2018）利用中国川滇、美国西部、日本和新西兰4个典型地震多发区域的强震动观测资料，通过对震源、距离衰减和场地效应3个方面对比分析，证实了这些地区地震动的区域性差异。

鉴于上述地震动对区域依赖性特征的已有认识，可以认为工程结构进行时程分析时应优先选用场址本地区域观测到的加速度记录作为地震动输入。在本地区域数据不足的情况下，可以选用其他数据丰富的国家或地区的强震动记录作为补充。因此，有必要对这些国外地震动记录在我国工程结构时程分析中的适用性开展调查研究。

本文将美国、日本、新西兰、墨西哥和欧洲5个地震多发国家和地区近10年M_W≥6.0浅层壳内地震中的强震动记录作为研究数据集，验证这些国家和地区记录的反应谱谱形存在区域性差异；以归一化的规范设计谱作为目标谱，分别从全周期和分周期段的谱形匹配角度，对比分析不同国家和地区的记录作为我国工程结构时程分析地震动输入的适用性，最后给出不同场地类别条件下优选推荐的记录。研究结果可为我国工程结构时程分析的地震动输入选取工作提供参考。

1.   强震动记录数据集

针对全球地震多发国家和地区，考虑强震动台网建设现状和数据开放共享情况，本研究从美国CESMD、欧洲ESM、新西兰Geonet、日本K-Net和KiK-net以及墨西哥RAII-UNAM强震动数据库中收集2011—2021年的强震动记录。收集过程中对记录按照一定的原则筛选，并统一进行数据处理，估计相应的场地参数。

1.1   地震事件筛选

针对上述5个国家和地区的强震动记录数据库，筛选出满足以下原则的地震事件：

（1）震级M_W≥6.0且震源深度D_hyp≤25 km。

（2）地震类型为壳内地震。

（3）去除前震和余震，仅保留主震事件。

选取震级6.0以上的地震事件，原因是考虑我国不缺乏中小地震的强震动记录，面向工程结构时程分析地震动输入的应用需求，仅需考虑补充国外大震记录作为备选数据。取D_hyp≤25 km，一方面是考虑与我国历史壳内地震的震源深度分布尽可能保持一致。张国民等（2002）研究中国大陆地区1970年1月—2000年5月发生地震的震源深度分布特征时，总结得出平均震源深度为（16±7）km，其中东部地区为（13±6）km，西部为（l8±8）km。另一方面，也考虑作为上述筛选原则（2）判断地震类型为壳内地震的依据之一。Zhao等 （2015）研究认为板块俯冲带附近的浅层壳内地震震源深度为25公里以内。

根据原则（1）筛选出97个地震事件。由于我国工程结构面临的地震威胁基本由大陆壳内地震引起，因此我们仅筛选上述5个国家和地区的壳内地震事件，排除俯冲带板内、板间地震和上地幔地震事件。壳内地震的确定采用Zhao等（2015）给出的方法，依据震源与板块交界面的相对位置、地震破裂面倾角与板块交界面倾角的差异、断层破裂机制等因素判断，其中板块交界位置采用的是Hayes等（2018）构建的Slab 2模型。由原则（2）可从97个事件中筛选出79个浅层壳内地震。考虑到前震和余震与主震之间在地震动特性方面的差异，我们又剔除了22个余震和1个前震，最终保留了56个地震事件，空间位置分布如图1所示。

图 1  本研究收集的56个浅层壳内地震事件震中分布

Figure 1.  Distribution of epicenters of the 56 shallow crustal earthquakes collected in this study

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1.2   记录处理与场地分类

为满足工程结构时程分析的应用需求，对56个地震中获取的强震动记录进一步进行筛选，满足以下条件：

（1）震源距$ {{R}}_{\text{h}\text{yp}} $满足10 km≤$ {{R}}_{\text{h}\text{yp}} $≤200 km；

（2）每组记录水平向峰值加速度PGA≥20 Gal；

（3）确保每个地震事件有5组以上的记录。

最终建立的强震动记录数据集包含32个事件，共1621组记录，每组记录都包含2个水平方向和1个垂直方向，这些记录的PGA与$ {{R}}_{\text{h}\text{yp}} $分布情况如图2所示。由图可见，美国和欧洲的记录震源距主要集中在10～100 km范围内，PGA整体相对较高，尤其是欧洲地区出现了多个接近1 g的记录。日本和新西兰的记录在距离分布范围上较为相似。

图 2  强震动记录的PGA与$ {{R}}_{\text{h}\text{yp}} $分布情况

Figure 2.  PGA vs. $ {{R}}_{\text{hyp}} $ for global strong motion records collected in this study

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采用姚鑫鑫等（2022）提出的去噪滤波方法对1621组进行统一处理，滤波频带取0.1～40 Hz，满足工程使用需求。这些记录由1231个台站获取，通过以下4种方式确定它们的场地类别：

（1）尽可能收集这些台站钻孔波速测试数据，若可计算得到等效剪切波速V_se和覆盖土层厚度H，则依据这2个参数确定场地类别；

（2）对于钻孔深度不到20 m的钻孔，若无法确定V_se和H值，则可依据Boore等（2011）的外推方法估计场地V_S30值；

（3）对于收集不到钻孔数据的台站场地，采用强震动记录数据库或参考已有研究文献提供的V_S30值，例如，日本K-Net和KiK-net台站可参考Zhu等（2021）提供的结果；

（4）若上述方法都不适用，则可通过Heath等（2020）给出的地形坡度相关关系估计场地的V_S30值。

上述第（2）、（3）、（4）方式再依据V_S30与我国场地类别的对应关系（吕红山等，2007）确定台站的场地类别。这5个国家和地区最终确定的台站场地类别情况如图3所示。由图可知，美国、日本和墨西哥的台站以II类场地为主，这与我国工程场地II类居多的情况相一致；新西兰的台站III场地占比相对较高，场地整体偏软；欧洲地区则有大量的I₀和I₁类场地台站，场地整体偏硬。这些国家和地区强震动台站的场地类别分布差异一定程度也表明作为地震动影响因素之一的场地条件是存在区域性差异的。

图 3  本研究强震动台站场地类别情况

Figure 3.  Site categories of strong motion stations in this study

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2.   典型区域性差异分析

为使得备选记录的台站场地类别与工程场址保持一致，本研究将1621组备选记录根据场地类别进行分组，结果如表1所示。部分地区的场地类别（如美国IV类场地）记录存在缺失情况，或者数量极少（如墨西哥III类场地），下文不作分析考虑。

表 1  备选记录按场地类别各地区分组情况

Table 1.  Numbers of the strong motion records in different countries grouped with different site classes

地区	场地类别
	I0	I1	II	III	IV
美国	6	94	440	50	0
欧洲	82	158	214	58	8
新西兰	80	50	242	178	8
日本	18	164	1060	238	62
墨西哥	0	0	30	2	0

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前文所述地震动特征具有区域性差异，其最直接的体现就是不同地区的反应谱谱形会存在显著差异。为了验证这一事实，以新西兰与日本地区同是III类场地的记录进行比较作为典型示例，两者记录数量相当，分别为178组和238组（表1）。

工程结构在近、中、远场地震动作用下所表现的振动反应有所差异。在地震动输入选取相关研究中，考虑距离依赖性的研究相对较少，因此本研究将在前文距离限制的基础上，将上述2组记录数据根据$ {{R}}_{\text{h}\text{yp}} $分为近场（10～50 km）、中场（50～100 km）、远场（100～200 km）3部分，分别讨论不考虑距离和考虑距离影响情况下2个地区的谱形匹配差异，以证实区域性差异的存在。

2.1   不考虑距离相关的区域性差异分析

图4给出了上述2组记录5%阻尼比加速度反应谱归一化后的结果，同时给出了2个地区的平均反应谱。由图可知，平均意义上日本地区的反应谱在<0.2 s的周期段稍高于新西兰，在0.2～0.5 s的周期段两者几乎一致，但在>0.5 s的周期段则显著低于新西兰地区。事实上，这2组记录对应的场地类别（都是III类）一致、震中距分布相似（表1所示），但反应谱谱形却表现出显著的差异性，充分表明了即使在场地和震中距相同的条件下，2个地区的反应谱也是存在显著的区域性差异的。

图 4  日本和新西兰III类场地记录的归一化反应谱对比

Figure 4.  Comparison of the normalized response spectra at class III sites from Japan and New Zealand

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另外，由图4可见2个地区的记录在与我国设计谱匹配上各有优势，具体表现为日本地区的记录在短周期段匹配相对良好，中长周期段匹配相对较差，第3分组情况下在长周期段远小于设计谱；反观新西兰记录，在中长周期段的匹配则相对较为理想，尤其是在第3设计分组情况下。由此可以得出以下结论：

（1）鉴于反应谱谱形的区域差异性，在进行地震动输入选取时要尽可能选用本地的观测记录。

（2）当采用国外强震动记录作为备选记录补充时，需要对不同国家或地区的记录进行适用性评价，并且要充分考虑不同周期段结果的变化影响。

为了具体说明图4所示误差匹配情况，本研究引用每个周期点所有归一化反应谱与设计谱的相对误差$ \mu \text{(}{T}_{j}\text{)} $和变异系数$ {{C}}_{{{\mathrm{v}}}}{(}{{T}}_{{j}}{)} $ 2个参数，计算如下：

式中，$ \sigma\text{(}{{T}}_{{j}}\text{)} $为N_R个记录求平均的标准差，分别可用式（3）、式（4）计算：

式中，$ {\delta}_{{i}}{(}{{T}}_{{j}}{)} $为第i个记录第j个周期点反应谱与目标谱的相对误差；$ {S}_{{\mathrm{a}}}^{i}\left({T}_{j}\right) $代表第i个记录第j个周期点归一化的反应谱值；$ \alpha \left({T}_{j}\right) $代表归一化的规范设计谱。

图5为日本和新西兰III类场地各记录反应谱与相应目标谱的相对误差，及其针对所有记录的相对误差平均值和标准差以及相应的变异系数。

图 5  日本和新西兰III类场地记录匹配的误差情况

Figure 5.  Errors in the matching of response spectra of class III sites in Japan and New Zealand

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由图5可知，在T<0.2 s时日本地区记录的平均相对误差总体上低于新西兰；在0.8 s<T<3 s时第1分组工况下日本地区的相对误差平均值显著低于新西兰，但第3分组工况下则恰恰相反；T>3 s时日本地区的相对误差平均值在3个工况下均显著高于新西兰。日本、新西兰地区的变异系数也出现了明显的差异，短周期段日本的变异系数要高于新西兰，而长周期段则相反。这些现象一方面体现了2个地区地震动的显著差异性，另一方面也说明开展地震动记录适用性评价分周期段讨论的必要性。

2.2   考虑距离相关的区域性差异分析

图6给出了日本和新西兰III类场地近场地区记录的匹配情况，包括2个地区记录5%阻尼比归一化后的加速度反应谱、平均反应谱与我国抗规设计谱匹配的误差结果。对比图6（a）可以看出，整体上日本地区的反应谱在T<2 s周期段与新西兰地区几乎重合，在T>2 s时日本地区显著低于新西兰地区。并且，在0.2 s<T<1 s周期段，2个地区的第2、3分组平均谱谱值几乎与我国设计谱重合，但在长周期段日本的平均谱3个分组明显低于我国设计谱，新西兰的地震动记录在2 s<T<3 s周期段3个分组平均谱高于我国设计谱，在T>3 s时则同样明显低于我国设计谱。总体上，日本和新西兰的近场地区记录在短、中周期段匹配效果很接近，而在长周期段新西兰更具优势。

图 6  日本和新西兰III类场地近场地区记录匹配情况

Figure 6.  The matching of near-field records at class III sites in Japan and New Zealand

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由图6（b）可知，在T<0.5 s的较短周期段，日本3个分组的相对误差略低于新西兰，但是整体上这2个地区的差异并不大，在0.5 s<T<2 s时，2个地区的差异并不明显，较大的差异体现在T>2 s的长周期段：对于第1、2分组，在2 s<T<3 s时新西兰地区的平均误差明显高于日本地区，在T>3 s时则低于日本地区；在第3分组的情况下新西兰地区的平均误差几乎都低于日本地区。除此之外，在T>2 s时日本的变异系数明显低于新西兰地区。可以看出在近场地区，日本和新西兰的地震动记录在短、中周期段匹配效果难分伯仲，而在长周期段新西兰较为有优势。

图7、图8分别给出了日本和新西兰III类场地中、远场地区记录的匹配情况，与近场地区明显不同的是，中场地区日本、新西兰的平均谱仅在大约0.2～0.4 s的短周期段略微重合，远场地区几乎没有重合的周期范围。可以看出，中、远场地区谱形匹配效果与不考虑距离时较接近。

图 7  日本和新西兰III类场地中场地区记录的匹配情况

Figure 7.  The matching of mid-field records at class III sites in Japan and New Zealand

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图 8  日本和新西兰III类场地远场地区记录的匹配情况

Figure 8.  The matching of far-field records at class III sites in Japan and New Zealand

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结合前文描述的现象，近场区域日本、新西兰III类场地平均谱在较大范围周期段近似重合，一定程度表明随着震源距的增加，不同地区的地震动在谱形上区域性差异会愈加明显。为了更直观说明这一发现，对日本、新西兰III类场地近、中、远场区域的归一化平均谱进行对比，如图9所示。可以更清晰地看到在T<2.3 s范围内，近场区域绝大多数周期点的差值绝对值明显低于中、远场地区，且数值较小。这也表明，短周期地震动的区域性差异在近场并不突出，印证了地震动非弹性衰减的区域特性主要体现在中、远场范围内，建议地震动输入选取时还要将场址至最大影响震源间的距离作为考虑因素。

图 9  日本和新西兰III类场地近、中、远场地区归一化平均谱的差值情况

Figure 9.  Differences of the normalized mean spectra for the near, middle and far-field records at class III sites between Japan and New Zealand

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3.   反应谱谱形匹配分析

匹配目标反应谱是地震动输入选取过程中的重要环节，鉴于备选记录的PGA都大于20 Gal，匹配过程中的调幅系数基本在可接受范围内，因此只需考虑与目标反应谱的谱形匹配，即在将规范设计谱作为目标谱时，可考虑将其进行归一化处理。这样的话，仅考虑场地类别和设计地震分组的差别，可不考虑设防烈度的影响。下面先进行典型区域性差异分析，再从全周期段、分周期段2个方面对上述不同国家和地区的备选记录进行设计谱谱形匹配分析，以评价它们的适用性。

3.1   我国抗震规范设计谱全周期匹配研究

本研究计算了1621组地震动记录水平分量的5%阻尼比加速度反应谱并进行规一化处理（反应谱值除以PGA值），同时按抗震设计规范中场地类别、设计地震分组的规定确定标准设计反应谱为目标谱，将两者在全周期段（0～6.0 s）范围内进行匹配。

采用平均相对误差$ \bar {\mu } $和平均变异系数$ \bar {{C}}_{{{\mathrm{v}}}} $量化评价备选记录反应谱与目标谱的匹配效果，具体如下：

式中，N_T为周期点个数；$ \mu \text{(}{T}_{j}\text{)} $为一组记录中第j个周期点反应谱与目标谱相对误差的平均值；$ {{C}}_{{{\mathrm{v}}}}{(}{{T}}_{{j}}{)} $为相应的变异系数。

通过$ \bar {\mu } $评价谱形匹配一致性，$ \bar {{C}}_{{{\mathrm{v}}}} $评价两者差异的离散性。采用这2个参数分析表1各组记录反应谱与我国规范设计谱的匹配程度，并依据分析结果为每类场地类别、每个设计分组（1组、2组、3组）推荐最适用的国家或地区记录。

为了比较不同地区记录的适用性，计算了前文所述5个国家和地区不同场地类别的记录（表1）针对不同场地类别和不同设计分组目标谱的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{{{\mathrm{v}}}} $，如图10所示，其中误差棒则是各种工况相对误差的平均标准差。由图可知，相同场地条件下，除欧洲和日本地区的IV类场地条件外，不同设计地震分组工况下的误差、变异系数均比较接近，这是源于相同场地类别下设计分组对T_g影响较小，设计谱谱形差异不明显。因此，后文仅针对不同场地类别情况下各地区记录的适用性进行分析评价。

图 10  不同地区归一化反应谱与规范设计谱全周期段（0～6.0 s）匹配误差情况

Figure 10.  Errors in matching the normalized response spectra of different regions to the canonical design spectra in the full period （0～6.0 s）

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理论上讲，相对误差越小则谱型匹配效果越好，但如果2组记录的平均相对误差差异较小时，就很难做出合理判断。这时需要结合变异系数，共同作为不同地区记录适用性评价的指标，建议的标准和流程如下：

（1）以$ \bar {\mu } $作为首选评价指标，当$ \bar {\mu } $值最小且显著小于其他国家或地区时，将该国家或地区作为最优选对象；

（2）若各地区的$ \bar {\mu } $值差异不明显，则参考$ \bar {{C}}_{\text{v}} $进行判断，以$ \bar {{C}}_{\text{v}} $最小的国家或地区作为最优选对象；

（3）如出现2个或以上地区的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $差距都不明显时，考虑到尽可能丰富备选数据集，则可将它们共同作为最优选对象。

根据上述评价标准，由图10可以得到以下结果：

（1）I₀类场地：日本地区的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $在所有国家和地区中都是最小的，但记录数量有限，仅18组；欧洲的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $数值上稍高于日本，有82组记录，因此可以考虑将欧洲与日本的记录一起作为I₀场地的备选数据集。

（2）I₁、II和IV类场地：尽管日本地区的$ \bar {\mu } $并不是最小的，与其他国家和地区的值相差不明显，但其$ \bar {{C}}_{\text{v}} $值却远低于其他国家和地区；日本的记录数量在这3类场地上都很充足（见表1），因此综合考虑$ \bar {\mu } $、$ \bar {{C}}_{\text{v}} $和记录数量，优选推荐日本地区的记录。

（3）III类场地：尽管欧洲的$ \bar {\mu } $值最小、新西兰次之，但它们的$ \bar {{C}}_{\text{v}} $值却都异常大，3个地震分组工况都在0.6以上，因此不作优选考虑。美国和日本的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $都较为接近，$ \bar {{C}}_{\text{v}} $值远小于欧洲和新西兰。结合记录数量来看，美国III场地有50组记录，日本有238组记录，可将二者合并考虑作为III类场地的优选对象。

综上所述，对于我国规范时程分析的地震动输入选取工作，从全周期设计谱谱形匹配的角度看，任何场地类别的工程场址本文都最为推荐日本的记录作为备选数据集来补充国内数据，除此之外也推荐欧洲的I₀类场地和美国的III类场地记录作为补充（表2）。由于墨西哥地区的II类场地记录并没有被优选推荐，鉴于其他分组数量更不足（表1），后文暂不将其作为讨论对象。

表 2  最优推荐强震动记录的国家或地区

Table 2.  Recommended countries or regions of strong motion records

周期段	场地类别
	I0	I1	II	III	IV
全周期（0～6 s）	日本/欧洲	日本	日本	美国/日本	日本
分周期（0～0.5 s）	日本	新西兰	新西兰	新西兰	欧洲
分周期（0.5～1.5 s）	日本	日本	日本	美国	新西兰
分周期（1.5～5.5 s）	欧洲/日本	日本	欧洲	美国/日本	日本

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3.2   我国抗震规范设计谱分周期匹配研究

关于谱匹配的目标周期段，各国抗震设计规范都有明确规定。美国、新西兰、欧洲等国家和地区主要以结构一阶自振周期附近范围为目标周期段，我国规范则规定为结构主要振型周期点。因此，在地震动输入选取过程中，往往考虑结构的自振特性，仅重点考虑目标周期段的匹配效果。

鉴于此，下文将分周期段评价匹配效果，以分析各国家和地区的强震动记录适用性。关于周期段区分，本文参考谢礼立等（2003）研究，将结构按自振周期分成3个频段：短周期频段（0～0.5 s）、中周期频段（0.5～1.5 s）和长周期频段（1.5～5.5 s），这是因为他们观察到地震动的等延性反应谱（即地震抗力谱和滞回能量谱分别在这3个频段之间，谱值上保持一种相对稳定的形状）。本研究认为这个频段划分可以在一定程度上代表我国建筑结构的周期特性，参考该周期分段方式，分别讨论各周期段反应谱与设计谱谱型匹配结果，各种工况的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $计算结果如图11所示。

图 11  不同地区归一化反应谱与规范设计谱在分周期段匹配时的误差情况

Figure 11.  Errors in matching normalized response spectra to the design spectra in the code for different regions in the partial period range

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由图11可知，短周期段$ \bar {\mu } $主要位于25%～50%范围，$ \bar {{C}}_{\text{v}} $主要位于0.5～0.8范围；中周期段$ \bar {\mu } $基本位于50%～100%范围以内，$ \bar {{C}}_{\text{v}} $位于0.5～1.0范围；长周期段$ \bar {\mu } $位于60%～100%范围，$ \bar {{C}}_{\text{v}} $位于0.2～0.8范围。

短周期段除了I₀场地新西兰地区误差较大之外，其他地区在不同场地类别和不同地震设计分组的情况下$ \bar {\mu } $都普遍较小；中周期段的平均误差相对较大，根据图11（b），对于I₀、I₁、II和III类场地，新西兰地区的误差最大，IV场地则是欧洲地区最大；长周期段的平均误差与中周期段相当。不同周期段的$ \bar {\mu } $和$ \bar {{C}}_{\text{v}} $值差异明显，说明了分周期段讨论的必要性。

结合图10可知，全周期匹配时$ \bar {\mu } $主要位于50%～70%范围，$ \bar {{C}}_{\text{v}} $位于0.4～0.8范围；整体上中周期段平均相对误差$ \bar {\mu } $与全周期段范围是接近的，而短周期段$ \bar {\mu } $值范围明显低于全周期，长周期段$ \bar {\mu } $值范围稍高于全周期，说明这些地区的记录在短周期段附近与我国设计谱谱形最为匹配。

根据3.1节定义的适用性评价标准对3个周期段分别进行对比分析，并给出各工况下的推荐优选国家或地区。具体过程如下：

在短周期段（图11（a）），I₀和IV类场地可根据标准（1）分别确定日本和欧洲地区为优选对象；I₁、II和III类场地则根据标准（2）确定新西兰为优选对象。

在中周期段（图11（b）），I₀、I₁类场地可根据标准（1）确定日本为优选对象，IV类场地可根据标准（1）确定新西兰为优选对象。II、III类场地可根据标准（2）分别确定日本、美国为优选对象。

在长周期段（图11（c）），I₀和III类场地可根据标准（3）分别确定欧洲和日本、美国和日本相结合为优选对象；II类场地根据标准（1）确定欧洲地区为优选对象；I₁和IV类场地根据标准（2）确定都是日本为优选对象。

各周期段针对不同场地类别推荐的强震动记录所在国家或地区如表2所示。由表可知，短周期段新西兰的记录相对是最为优选推荐的，而中、长周期段则相对推荐日本的记录。结合全周期段的分析结果发现，日本地区的记录是最适于选取为我国规范规定的工程结构时程分析的地震动输入。在实际工程应用中，由于结构形式的复杂多变和各种不确定性，实际目标结构的周期区间存在很多可能性。理想状态下，全周期的推荐结果已经可以满足我国抗震规范的需求，供时程分析使用，但是由于不同分组地震波数量有限等原因，可能出现匹配结果不佳的情况，这时建议根据结构的自振周期确定分周期推荐结果，将两者结合作为备选数据集来优化匹配结果。

本研究的最优推荐数据集补充来源是在统计意义上得出的结论，可以提高选波环节的效率，面对某一工况的设计谱，即便是所需周期区间误差最小的组别（即最为推荐的设计组），也难免会有谱形差别较大的数据出现，为使差异更为可控，可参考冀昆等（2017）的建议，采用数量尽可能多的周期点进行匹配，具体数量可参考Baker（2011）研究，即一个跨度下周期范围的点数不低于50个。此外在GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》中，每个被选记录的反应谱与设计谱相对误差都被要求控制在20%以内，实际选波过程中建议按照相对误差排序，根据规范要求选取误差最小的5条或者2条作为最后的结果。

4.   结论

本文搜集了美国、欧洲、新西兰、日本以及墨西哥近十年浅层壳内地震的强震动记录，对比了这些记录在相同场地类别条件下与规范设计谱全周期、分周期段的谱形差异，得到以下结论：

（1）以新西兰和日本III类场地下记录的归一化反应谱比较为例，验证了地震动存在区域性差异，由此说明地震动输入选取时要尽可能选用工程场址本地区的观测记录，选取其他地区的记录时要充分验证其适用性。

（2）对比新西兰和日本III类近、中、远场记录的归一化反应谱谱形差异，发现近场区域日本、新西兰谱形在短周期几乎一致，而中、远场则差异明显；一定程度上说明了短周期地震动的区域性差异在近场并不突出，建议地震动输入选取时还要将场址至最大影响震源间的距离作为考虑因素。

（3）考虑记录反应谱与规范设计谱谱形匹配的平均相对误差、平均变异系数和观测记录数量，给出了国外强震动记录是否适用于我国地震动输入选取的评价流程，并从全周期、分周期段角度对比分析了5个国家或地区记录的适用性。

（4）考虑全周期以及短、中、长分周期段谱形匹配效果，给出不同场地类别下我国地震动输入选取时最优推荐强震动记录的国家或地区。发现短周期段最优选推荐新西兰的记录，而中、长周期段以及全周期段都相对推荐日本的记录。总体而言，日本地区的记录是最适于选取为我国规范规定的工程结构时程分析的地震动输入。

致谢 感谢美国CESMD、欧洲ESM、新西兰Geonet、日本K-Net和KiK-net以及墨西哥RAII-UNAM强震动数据库提供的宝贵数据和其他珍贵资料，感谢审稿专家提出的宝贵意见和建议。