【结构设计】大师解读偶然偏心

浅谈偶然偏心和双向地震作用在结构设计中的应用摘要：在结构设计过程中，是否需要考虑偶然偏心和双向地震作用？何时考虑偶然偏心和双向地震作用？一直困扰着一些刚刚走上工作岗位的设计新人。

本文从规范条文出发浅谈偶然偏心和双向地震作用在结构设计中的应用。

关键词：偶然偏心；双向地震；结构设计；软件应用一、概述由偶然因素引起的结构质量分布的变化，会导致结构固有振动特性的变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。

考虑偶然偏心，也就是考虑由偶然偏心引起的可能最不利的地震作用。

偶然偏心可分为两类：一是质量偏心。

实际工程都有设计及施工误差，使用时荷载尤其是活荷载的布置与结构设计时的设想也有偏差，因此，实际质心与理论计算的质心有差异。

二是地震地面运动的扭转分量等因素引起的偶然偏心。

对于质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。

二、规范相关条文1、《建筑抗震设计规范》（GB 20011-2010）（以下简称抗规）第3.4.3条条文说明：扭转位移比计算时，楼层的位移不采用各振型位移的CQC组合计算，按给定水平力计算，可避免有时CQC计算的最大位移出现在楼盖边缘中部而不是角部。

该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心。

偶然偏心大小的取值，除采用该方向最大尺寸的5%外，也可考虑具体的平面形状和抗侧力构件的布置调整。

第5.1.1条质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。

2、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）（以下简称高规）第4.3.3条计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。

每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用：。

式中ei——第i层质心偏移值（m），各楼层质心偏移方向相同Li——第i层垂直于地震作用方向的建筑物总长度（m）第3.4.5条结构平面布置应减少扭转的影响。

朱炳寅关于结构设计若干问题解释一．“楼层位移比”和“层间位移角”1. 楼层位移比1）定义——“楼层位移比”指：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值；2）目的——限制结构的扭转；3）计算要求——考虑偶然偏心（注意：不考虑双向地震）。

2. 层间位移角1）定义——按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比；2）目的——控制结构的侧向刚度；3）计算要求——不考虑偶然偏心，不考虑双向地震。

3. 综合说明1）现行规范通过两个途径实现对结构扭转和侧向刚度的控制，即通过对“扭转位移比”的控制，达到限制结构扭转的目的；通过对“层间位移角”的控制，达到限制结构最小侧向刚度的目的。

2）对“层间位移角”的限制是宏观的。

“层间位移角”计算时只需考虑结构自身的扭转藕联，无需考虑偶然偏心及双向地震。

3）双向地震作用计算，本质是对抗侧力构件承载力的一种放大，属于承载能力计算范畴，不涉及对结构扭转控制的判别和对结构抗侧刚度大小的判断。

4）常有单位要求按双向地震作用计算控制“扭转位移比”和“层间位移角”，这是没有依据的。

但对特别重要或特别复杂的结构，作为一种高于规范标准的性能设计要求也有它一定的合理性。

4. 相关索引1）江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则第5.1.3条规定：先计算在刚性楼板、偶然偏心情况下的扭转位移比，当扭转位移比大于等于1.2时，分别按偶然偏心和双向地震计算，再取最不利的扭转位移比进行扭转不规则判别。

（博主提示：请注意，这是很严格的要求）。

2）复杂高层建筑结构设计（徐培福主编）第195页，图7.1.7，先按不考虑偶然偏心计算扭转位移比，根据计算结果分两种情况分别计算，一是，当扭转位移比小于1.2时，按偶然偏心计算；二是，当扭转位移比大于等于1.2时，按双向地震计算。

再根据两次计算结果取不利情况对结构的扭转不规则进行判别。

（博主提示：请注意，这里对采用双向地震的判别是比1）放松许多，注意，这里的规定都是对复杂高层建筑而言的，对一般工程，原则上不需要进行这样严格的判别）。

偶然偏心的考虑江苏省第二建筑设计研究院有限责任公司1偶然偏心和双向地震作用的正确选用江苏省第二建筑设计研究院有限责任公司毛浩军整理考虑偶然偏心：[是]或[否]偶然偏心的含义指的是：有偶然因素引起的结构质量分布的变化，会导致结构固有振动特性的变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。

考虑偶然偏心，也就是考虑由偶然偏心引起的可能最不利的地震作用。

详见《SATWE用户手册》125页10条。

根据《高规》12页第3.3.3条“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响”，故单向地震力计算时选[是]，双向地震力计算时选[否]，多层规则结构可不考虑。

考虑偶然偏心计算时，对结构的荷载（总重、风荷载）、周期、竖向位移、风荷载作用下的位移及结构的剪重比没有影响；而对结构的地震力和地震下的位移（最大位移、层间位移、位移角等）有较大区别，平均增大18.47％；对结构构件（梁、柱）的配筋平均增大2％～3％。

考虑双向地震作用：[是]或[否]根据《抗规》第26页第5.1.1条3款（强条）：“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向地震作用下的扭转影响”。

一般情况下，均可在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，此时可不考虑上一条的[偶然偏心]用户可根据实际工程情况选择是否需要考虑。

实际，对于多层结构而言，如果比较规则，那么可通过《抗规》江苏省第二建筑设计研究院有限责任公司2第5.2.5条（剪重比的要求）来考虑结构的扭转和偶然偏心；对于高层而言，如果结构比较规则，则应选用“考虑偶然偏心”项，而不必再选“考虑双向地震作用”。

对于不规则结构，不论多层还是高层均应选用“考虑双向地震作用”。

——摘自《框架结构（结构专业）施工图设计实例》梁峰张叙主编2007年版10偶然质量偏心《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》3.3.3条规定，计算地震作用时，应考虑偶然偏心的影响，附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5％。

何时考虑双向地震与偶然偏心在抗震设计时，建筑结构的地震作用计算，在何种情况下应考虑偶然偏心的影响？在何种情况下应计算双向水平地震作用下的扭转影响？这一看似简单的问题，却有许多初学者（包括一些从事结构设计多年的老同志）在具体设计时也有被搞得晕晕乎乎、茫然不知所措的情形；考虑到此问题比较重要，且在应用中又存在较多疑问，现根据姜学诗先生编著的《混凝土结构设计问答实录》（机械工业出版社 2009.3版）的问题18以及一些其他设计资料编录如下：1.《砼高规》第3.3.3条规定：无论高层建筑结构的平面是否规则，在计算单向水平地震作用时，均应考虑质量偶然偏心的影响；高层建筑结构在采用底部剪力法计算结构的地震作用时，也应该考虑质量偶然偏心的影响；2.对于《抗规》中的建筑结构，《抗规》没有明确规定在计算单向水平地震作用时是否应该然偏心的影响，但是《抗规》在第5.2.3条就规则结构如何估计在水平地震作用下的扭转影响时作出如下规定：规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。

一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。

注：关于结构的“扭转刚度较小”的一般定义：一般是指框架--核心筒结构或类似的结构，当第一振型以扭转为主的振型TΘ时，或TΘ不为第一振型，但满足TΘ>0.7Tx1或TΘ>0.7Ty1时、对于较高的高层建筑，当满足TΘ>0.7Tx2或TΘ>0.7Ty2时，均属于扭转刚度较小的结构，应当考虑地震作用的扭转效应。

但如果考虑扭转影响的地震作用效应（例如，将地震作用效应乘以增大系数1.3）小于考虑偶然偏心引起的地震作用效应时，应采用后者，以保证抗震设计的安全，但两者不应当叠加计算，通常取两者的最不利计算结果来进行结构设计。

由于SATWE软件在进行结构地震作用计算时，会自动按扭转耦联计算，故当采用SATWE软件进行结构分析计算时，对于平面规则的建筑结构，根据《抗规》第5.2.3条的规定，实际上可以不必将地震作用效应乘以增大系数来考虑扭转的影响。

偶然偏心的名词解释在词典中，我们经常会遇到一些名词解释，在定义一个事物或概念时会突出它们的某种特点或属性。

其中，一种常见的解释方式就是偶然偏心。

在这篇文章中，我将探讨什么是偶然偏心，并探索一些与其相关的实例和现象。

偶然偏心，可以理解为在给定的情况下，某个实体或现象具有一种特殊的倾向或偏好，但这种倾向并不是完全确定或永久存在的。

它可能是由于一系列根源不明的因素产生的，或者是一个在特定条件下出现的随机现象。

偶然偏心有时候可能会给我们带来奇特的结果和意外的发现。

举一个常见的例子，假设我们对一群人进行一个健康调查，我们可能会发现一部分人非常健康，而另一部分人却有严重的健康问题。

这种情况下，我们可以说，在这个群体中存在着偶然偏心。

我们不能确定为什么有些人更健康，而有些人更脆弱，但我们可以假设可能有一些不为人知的因素在起作用。

类似地，我们可以观察到在自然界中也存在着偶然偏心的现象。

例如，在动物群体中，有些个体更容易存活下来并繁衍后代，而其他个体则更容易被自然选择淘汰。

这种情况下，我们可以认为自然选择对于这群动物而言是偶然偏心的。

除了生物领域，偶然偏心也可以在其他领域中得到发现。

例如，我们可以观察到在经济市场上，一些企业取得了巨大的成功，而其他企业却无法取得同样的成就。

这可能是由于一些幸运的因素导致的，如市场趋势、资源配置等。

这种情况下，我们可以说商业成功是一种偶然偏心。

在创造力和艺术的领域中，偶然偏心也可以起到重要的作用。

许多伟大的发明和创作，都是源于一些看似无关紧要的巧合或灵感的闪现。

在音乐创作中，作曲家可能会因为某个完全无意义的噪音而灵感爆发，从而创作出一首成功的乐曲。

这种情况下，我们可以说创造力是一种偶然偏心。

然而，我们也不能一味地将所有的成功或失败都归因于偶然偏心。

在许多情况下，成功或失败往往是多种因素综合作用的结果。

即使存在偶然偏心的因素，也往往需要合适的环境和个体素质来发挥作用。

总之，在不同领域中，我们可以观察到偶然偏心的存在。

极罕遇地震作用下考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构失效分析极罕遇地震作用下考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构失效分析近年来，地震灾害频频发生，对建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。

高层建筑由于其特殊的结构形式和高度，更容易受到地震影响。

因此，研究高层建筑在极罕遇地震作用下的性能失效是十分重要的。

高层框-剪隔震结构是一种减震措施，通过剪切隔震层减小地震作用对主体结构的影响，降低了结构的振动响应和动力破坏风险。

然而，地震作用下考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构是否能够有效地保护主体结构免受损失，还需要进一步的研究和分析。

本文将针对地震中的偶然偏心问题，通过数值模拟的方法，研究高层框-剪隔震结构的失效机制。

首先，对于偶然偏心引起的结构响应进行分析，了解结构在不同偶然偏心条件下的动力特性与变形模式。

其次，通过改变偶然偏心的大小和位置，分析对结构性能的影响，并比较不同偶然偏心条件下结构的耗能能力和破坏模式。

最后，通过分析偶然偏心对剪切隔震层的损伤程度和剪切力传递效果的影响，评估剪切隔震层的失效机制。

研究结果表明，地震作用下考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构容易发生局部失效和破坏，且失效方式与偶然偏心的大小和位置密切相关。

当偶然偏心较小时，结构受到的地震作用主要由主体结构承担，隔震层的耗能能力较小。

但当偶然偏心较大时，结构发生剪切层破坏，隔震层的耗能能力明显增强，能够有效减小地震作用对结构的影响。

综上所述，极罕遇地震作用下考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构的失效分析对于提高结构的抗震性能和保护建筑安全具有重要意义。

未来的研究可以进一步探索结构的优化设计和改进，以便在地震作用下最大限度地保护建筑结构的安全性综合分析和研究结果表明，考虑偶然偏心的高层框-剪隔震结构在地震作用下容易发生局部失效和破坏。

失效方式与偶然偏心的大小和位置密切相关，当偶然偏心较小时，结构主要由主体结构承担地震作用，而隔震层的耗能能力较小。

然而，当偶然偏心较大时，结构发生剪切层破坏，隔震层的耗能能力明显增强，能够有效减小地震作用对结构的影响。

偶然偏心是由于施工、使用或地震地面运动扭转分量等不确定因素对结构引起的效应.偶然偏心是指由偶然因素引起的结构质量分布变化，会导致结构固有振动特性变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。

考虑偶然偏心，就是考虑由偶然偏心引起的最不利地震作用。

分类偶然偏心可分为两类：一是质量偏心。

实际工程都有设计及施工误差，使用时荷载尤其是活荷载的布置与结构设计时的设想也有偏差，因此，实际质心与理论计算的质心有差异。

二是地震地面运动的扭转分量等因素引起的偶然偏心。

“楼层位移比”的定义:楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)与楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值。

对其进行目的是限制结构的扭转量值,它与结构的扭转平动周期比同属于控制结构扭转方面的概念,而扭转平动周期比主要是考察结构的抗扭转能力,扭转周期过大,说明该结构抗扭能力弱。

“楼层位移比”的计算要求:《抗规》的条文说明3.4.2,3.4.3指出:对于扭转不规则,按刚性楼板计算,当最大层间位移与其平均值的比值为1.2时,相当于一端为1.0,另一端为1.45;当比值为1.5时,相当于一端为1.0,另一端为3。

由此可见楼层的位移比应在刚性楼板假定的条件下进行计算,即考虑楼层楼板在平面内刚度无穷大,楼板的点与点之间没有相对位移,楼板作为一个刚体在楼层平面内有水平位移和转角。

另《高规》规定了计算楼层的位移比还须考虑质量偶然偏心的影响。

3质量偶然偏心的概念结构计算时应考虑由于施工、使用或地震地面运动的扭转分量等因素所引起的质量偶然偏心的不利影响,因此《抗规》3.3.3条规定:计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。

根据规范公式3.3.3,直接取各层质量偶然偏心为0.05Li(Li为垂直于地震作用方向的建筑物总长度) 为附加偏心距来计算单向水平地震作用。

据此画出偶然偏心的作用放心图如图1所示:4 简单模型的试验为弄清偶然偏心和结构刚度布置的关系,笔者利用PKPM软件对一个简单模型进行了如下的试验。