偶然偏心和双向地震作用的正确选用
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什么情况下考虑:偶然偏心和双向地震力
一、偶然偏心的含义指的是:由于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征的变化,因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。
偶然因素主要是指由于施工、使用等因素所引起的质量偶然偏心或地震地面运动的扭转分量的不利影响。
(1)《高规》3.3.3条要求:计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。
《抗规》5.2.3条要求规则结构不进行扭转耦联时,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。
程序按《高规》执行,主要是因为程序自行确定边榀框架柱困难。
(2)《高规》4.3.5条在判别结构平面的规则性时,要求考虑偶然偏心影响,并对楼层采用强制“刚性假定”。
而《高规》4.6.3条规定在计算层间最大位移与层高之比时要求不考虑“偶然偏心”,这与《抗规》5.5.1条要求是一致的。
从上面说明可以看出,它是一个多选开关。
(3)《高规》3.3.3条条文说明“当计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响”
二、1. 《抗规》5.1.1-3条、《高规》3.3.2-2条都规定“质量和刚度分布都明显不对称的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响”,也就是说计算双向水平地震应同时考虑扭转耦联。
2. 一般而言,楼层最大位移与平均位移比值,A级高度高层建筑大于1.4,B级高度高层建筑大于1.3时,可认为质量和刚度分布明显不对称、不均匀,需考虑双向水平地震。
3. 《抗规》5.2.3条条文说明中“如果考虑扭转影响的地震作用效应小于考虑偶然偏心引起的地震效应时,应取后者安全,但二者不叠加计算”,程序可以按此要求同时选取偶然偏心和双向地震作用同时计算。
浅谈关于偶然偏心和双向地震选取的几种说法《高规》规定只有质量和刚度明显不对称、不均匀的结构,才考虑双向地震作用。
那么,如何确定刚度明显不对称、不均匀?说法一:在非偶然偏心作用下,结构位移比>1.2,或在偶然偏心作用下,**高度建筑结构位移比>1.4,B级高度建筑结构位移比>1.3,需要考虑双向地震作用。
来源:2005年7月18~20日在京举办了首次“PKPM结构设计软件在应用中的问题解析”讲座。
说法二:验算结构位移比时,总是要考虑偶然偏心;结构构件设计时,分下列两种情况处理:1) 如果位移比超过1.2,则考虑双向地震,不考虑偶然偏心;2)如果位移比小于1.2,则不考虑双向地震,考虑偶然偏心。
来源:《PKPM 新规范计算软件TAT、SATWE、PMSAP应用指南》-黄吉锋。
说法三:一般而言,可根据楼层最大位移与平均位移之比值判断,若该值超过扭转位移比下限1.2较多(比如**高度高层建筑大于1.4,B 级高度或复杂高层建筑等大于1.3),则可认为扭转明显,需考虑双向地震作用下的扭转效应计算,此时,判断楼层内扭转位移比值时,可不考虑质量偶然偏心的影响。
来源:《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)若干问题解说》--黄小坤。
说法一和说法三比较接近,而说法二和其他两种差别较大,要严格的多,哪一种说法是正确的?朱炳寅老师答:通过楼层位移比来判别结构的对称性和均匀性,是较为合理的量化手段,具体量值应根据工程经验结合工程的具体情况确定,即:工程重要或复杂时,可适当从严,反之可适当放松。
我认为说法二比较合理,在结构扭转影响比较大时,应考虑双向地震,反之应考虑偶然偏心。
综上,个人的处理方法:对于高层:考虑经济性情况下:点【考虑偶然偏心】进行一次计算;若位移比>1.2(1.4),按【考虑双向地震作用】再进行二次计算;若位移比<1.2(1.4),取【考虑偶然偏心】的一次计算结果。
考虑安全性的情况下:同时点选【考虑偶然偏心】和【考虑双向地震作用】进行计算,PKPM在计算内力时会自动选择二者之间较大值进行设计。
第一个:双向地震作用。
我做的很多住宅项目都是私活这些给做私活老板的心态就是设计费要省结构设计也得省。
而双向地震作用就是这么一个小选项,点起来就有可能增加比较可观的配筋增量。
这个可是比扣通长钢筋之类的要可观多了。
可是什么时候点双向地震?江湖做法基本是无论什么情况都点双向地震。
毕竟配筋量增多了任何一个审图都不会因为你点了双向地震而不通过。
可是为了满足甲方限钢量要求,你得节省的情况下。
想不点这个选项就有点纠结了。
首先看规范怎么说的。
《抗规》5.1.1.3 。
质量刚度分布明显不对称要考虑双向地震。
《高规》4.3.2 。
就是质量刚度分布明显不对称要考虑双向地震。
一看这两个条文就傻眼了什是质量刚度分布明显不对称。
没有明确的定量设计要求。
于是就有了五花八门的答案:最保守的认为只要你不是柱网工工整整的就是质量刚度分布明显不对称。
也就是说基本你什么情况下都得点双向地震.典型代表为西部欠发达地区小县城地区的审图中心。
中等保守的认为位移比大于 1.2的为扭转不规则参考依据是抗规的3.4.3-1 的平面不规则类型的那个表格。
典型代表二线城市审图中心这个也是比较主流的设计思路。
非常开放的认为位移比大于1.35 或者1.3才考虑双向地震才算是质量刚度分布明显不对称。
参考依据某些专家的论文。
典型代表北上广审图中心。
这个就要人命了到底如何选取呢?听谁的呢?一般情况下位移比小于1.2 不点双向地震是主流设计思路。
也是最容易被人接受的。
也是审图最容易接受的。
这个时候如果你做的外地项目如果你们院不是北京院、上海现代院广东省院这样的大院。
那么你想不点这个选项。
建议先把位移比调整到小于1.2.如果你位移比大于1.2 小于1.35 你还想不点双向地震。
建议先打电话和审图沟通。
如果是做青海宁夏等小县城的地区的项目那么你位移比无论多少,想不点双向地震都建议和审图沟通。
做北上广的项目那么就方向大胆地不点双向地震吧。
第二:偶然偏心偶然偏心考虑活荷载分布不均匀造成质心偏移。
偶然偏心和双向地震作用的正确选用考虑偶然偏心:[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》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%。
偶然偏心的含义指的是: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。
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。
高层建筑考虑双向水平地震作用和偶然偏心适用条件一、规范条文抗规5.1.1条规定: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。
抗规5.2.3条规定: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。
5.2.3条文说明中提到:对于平面规则的建筑结构,国外的多数抗震设计规范也考虑由于施工、使用等原因所产生的偶然偏心引起的地震扭转效应及地震地面运动扭转分量的影响。
本次修订要求,规则结构不考虑扭转耦联计算时,应采用增大边榀结构地震内力的简化处理方法。
高规JGJ3-2002第3.3.2条(强制性条文)规定,质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响。
高规JGJ3-2002第3.3.3条规定,计算单向地震作用应考虑偶然偏心的影响。
高规JGJ3-2002第 4.6.3按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比△u/h 之注:楼层层间最大位移△u以楼层最大的水平位移差计算,不扣除整体弯曲变形。
抗震设计时,本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。
高规JGJ3-2002第4.3.5 结构平面布置应减少扭转的影响。
在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。
结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
考虑偶然偏心,双向地震的作用1.规范及规范条文说明(1)抗震规范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。
【5.1.1条】(2)高规3.3.3 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:ei=±0.05Li (3.3.3)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)。
4.3.5 结构平面布置应减少扭转的影响。
在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2借,不应大于该楼层平均值的1.4倍。
结构扭转为主的第一自振周期Tt 与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
(3)高规条文说明3.3.3 国外多数抗震设计规范规定需考虑由于施工、使用或地震地面运动的扭转分量等因素所引起的偶然偏心的不利影响。
即使对于平面规则(包括对称)的建筑结构也规定了偶然偏心;对于平面布置不规则的结构,除其自身已有的偏心外,还要加上偶然偏心。
现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011中,对平面规则的结构,采用增大边榀结构地震内力的简化方法考虑偶然偏心的影响。
对于高层建筑而言,增大边榀结构内力的简化方法不尽合宜。
因此,本条规定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)来计算单向水平地震作用。
实际计算时,可将每层质心沿主轴的同一方向(正向或负向)偏移。
采用底部剪力法计算地震作用时,也应考虑质量偶然偏心的不利影响。
技术与市场第19卷第6期2012年国内目前使用比较广泛的结构计算分析软件SATWE中给出了“考虑偶然偏心”、“考虑双向地震作用”两个可勾选的参数。
以下我们将从几个方面浅谈一下这两个计算参数的正确取舍方法。
1考虑偶然偏心的依据和含义《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》4.3.3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%。
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。
出于实用效率考虑,软件采用一种稍为简化的方式来考虑偶然偏心影响:将未偏心的初始结构的各振型的地震力作用点,按照指定方式偏移5%后,重新作用于结构上,此时结构产生的位移,就是一个近似的偏心振型。
这就可以进行相应的偏心地震作用的计算。
考虑了偶然偏心地震后,就在原有的未偏心X、Y地震EX、EY的基础上,新增加了4个地震工况EXP、EXM、EYP和EYM。
在合力组合时,任一个有EX参与的组合,将EX分别代以EXP和EXM,将增加成三个组合;任一个有EY参与的组合,将EY分别代以EXP和EXM,将增加成三个组合。
2考虑双向地震作用的依据和含义《建筑抗震设计规范GB50011-2010》5.1.1条3款规定,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。
软件中“双向地震”这个参数并非5.1.1条1款所谓的两个主轴方向分别计算水平地震作用。
而是当建筑结构“不规则”时需要在扭转计算的同时考虑双向水平地震作用下的扭转影响。
切不可“一般情况下”任意勾选此参数。
软件中对于某个地震反应参数,将该参数在X和Y地震作用下的反应分别记为SX和SY,则在考虑双向地震扭转效应后的内力组合公式为:S′x=S2x+(0.85S y)2姨,S′y=S2y+(0.85S x)2姨3何时应考虑双向地震作用《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》3.4.5条规定,在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B级高度高层建筑、A级高度的混合结构及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。
行抗震规范规定(5.2.3):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,短跨边可按1.15取用,长边可按1.05取用。
现行高规(3.3.3):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。
这里是否说明,如果对于多层、规则建筑,可以不考虑偶然偏心影响,提高其作用效应就可以。
我遇到的问题是,一字形4层框架结构,考虑偶然偏心后需把边垮柱提高很多才能满足层间位移要求,而不考虑偶然偏心很容易通过。
是否我可以按照不考虑偶然偏心计算,只把边垮作用效应放大进行设计即可现?
验算结构位移比时,总是要考虑偶然偏心
结构构件设计时,分下列两种情况处理:
1) 如果位移比超过1.2,则考虑双向地震,不考虑偶然偏心
2) 如果位移比小于1.2,则不考虑双向地震,考虑偶然偏心
偶然偏心对配筋(平均)的影响为:柱——增加3.82%、梁
——增加2.01%;偶然偏心对最大位移比的影响(最大/平均)为增加18.47%。
偶然偏心和双向地震作用的正确选用考虑偶然偏心:[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》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%。
偶然偏心的含义指的是: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。
从理论上,各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶然偏心,从最不利的角度出发,我们在程序中只考虑下列四种偏心方式:A)、X向地震,所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%,该工况记作EXP;B)、X向地震,所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%,该工况记作EXM;C)、Y向地震,所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%,该工况记作EYP;D)、Y向地震,所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%,该工况记作EYM;要实现偶然偏心,首要任务是确定各个偏心方式下的结构振动特性。
最准确的办法是当然是针对不同的偏心方式重新计算结构固有振动特性,求解广义特征值问题,但是这样做效率较低。
对于完全采用刚性楼板假定的结构倒没有问题,对于存在“独立弹性节点”的结构则要花费较多的时间。
考虑到这一点,我们采用一种稍为简单的方式来确定振动特性:将未偏心的初始结构的各振型的地震力作用点,按照指定方式偏移5%后,重新作用于结构上,此时结构产生的位移,就是一个近似的偏心振型。
知道了解偏心振型,偏心地震作用的计算就可以进行了。
这个办法有一定的近似性,但提高了效率。
通过试算,我们认为其结果还是比较合理的,可以在工程计算中采用。
考虑了偶然偏心地震后,就在原有的未偏心X,Y地震EX,EY的基础上,新增加了四个地震工况EXP,EXM,EYP和EYM,在合力组合时,任一个有EX参与的组合,将EX分别代以EXP和EXM,将增加成三个组合;任一个有EY参与的组合,将EY分别代以EXP和EXM,将增加成三个组合。
简言之,地震组合数将增加到原来的三倍。
11 双向地震的扭转效应《建筑抗震设计规范GB50011-2001》第5.1.1条规定,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。
现在我们考虑某个地震反应参数,该参数在X和Y地震作用下的反应分别,那么在考虑了双向地震扭转效应后,对应于双向地震工况和的地震反应,将如下计算:,在构件设计阶段,做内力组合时,EX和EY对应的反应,将被,代替。
——摘自《SATWE用户手册及技术条件》中国建筑科学研究院PKPM CAD 工程部2002年版3.3.3 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 ----第i层质心偏移值(m),各楼层质心偏心方向相同;——摘自《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》12页第3.3.3条5.1.1 各类建筑结构的地震作用,应符合下列规定:3 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。
——摘自《建筑抗震设计规范GB 50011-2001(2008年版)》第26页第5.1.1条3款5.2.5 抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:(5.2.5)式中----第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力;----剪力系数,不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值,对竖向不规则结构的薄弱层,尚应乘以1.15的增大系数;----第j层的重力荷载代表值。
表5.2.5 楼层最小地震剪力系数值注:1 基本周期介于3.5s和5s之间的结构,可插入取值;2 括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
条文说明5.2.5 由于地震影响系数在长周期短下降较快,对于基本周期大于3.5s的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。
而对于长周期结构,地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。
处于结构安全的考虑,增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求,规定了不同烈度下的剪力系数,结构水平地震作用效应应根据此进行相应调整。
扭转效应明显与否一般可由考虑耦联的振型分解反应谱法分析结果判断,例如前三个振型中,二个水平方向的振型参与系数为同一个量级,即存在明显的扭转效应。
对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构,剪力系数取0.2,保证足够的抗震安全度。
对于存在竖向不规则的结构,突变部位的薄弱层,尚应按本规范第3.4.3条的规定,再乘以1.15的系数。
本条规定不考虑阻尼比的不同,是最低要求,各类结构,包括隔震和消能减震结构均需一律遵守。
——摘自《建筑抗震设计规范GB 50011-2001(2008年版)》第33、238页第5.2.5条18.抗震设计时,建筑结构的地震作用计算,在什么情况下应考虑偶然偏心的影响?在什么情况下应计算双向地震作用下的扭转影响?(1)《高层建筑规程》第3.3.3条明确规定,高层建筑结构无论平面是否规则在计算单向水平地震作用时均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(质量偶然偏心)可取0.05Li(Li为第i层垂直于地震作用方向的建筑物总长度)。
实际计算时,将每层质心沿主轴的同一方向(正向或负向)偏移0.05Li。
因为,即便是平面规则的(包括对称)的建筑结构,国外的多数抗震设计规范同我国的《高层建筑规程》一样,也考虑由于施工、使用及地震地面运动的扭转分量等因素引起的偶然偏心影响,即对于平面规则的结构也规定了偶然偏心;对于平面布置不规则的结构,除其自身已有的偏心外,还要加上偶然偏心。
高层建筑结构采用底部剪力法计算结构的地震作用时,也应考虑质量偶然偏心的影响。
高层建筑结构在计算单向水平地震作用时,考虑偶然偏心的影响,有助于提高结构的抗震能力。
(2)对于《抗震规范》中的建筑结构,《抗震规范》没有明确规定在计算单向水平地震作用时,应考虑偶然偏心的影响。
但《抗震规范》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,作出了如下规定:规则的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。
所谓结构的“扭转刚度较小”,一般是指核心筒-外稀柱框架结构或类似的结构,当第一振型为以扭转为主的振型时,或不为第一振型,但满足>或>时;对于较高的高层建筑,当满足>或>时,均属于扭转刚度较小的结构,应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,应保证抗震设计的安全,但二者不应叠加计算(通常取二者的最不利计算结果来进行构件设计)。
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,所以,当采用SATWE软件进行结构计算时,对于平面规则的建筑结构,根据《抗震规范》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影响。
显然,关于水平地震作用的扭转影响,《抗震规范》仅对规则结构如何考虑,做出了明确规定;对实际工程中大量存在的不规则结构,如何考虑水平地震作用的扭转影响,并没有做出明确的规定。
目前,SATWE软件还不具备将边榀框架乘以增大系数来考虑水平地震作用扭转影响的功能,所以,这种增大系数法在实际工程中应用起来也很不方便。
同高层建筑一样,多层建筑结构也同样存在由于施工、使用等原因所产生的偶然偏心引起的地震扭转效应及地震地面运动扭转分量的影响。
所以编者建议,对于多层建筑结构,当结构属于平面扭转不规则结构,且结构在不考虑偶然偏心影响的条件下,扭转位移比大于等于1.2时,也可考虑单向水平地震作用下偶然偏心的影响。
(3)建筑结构的平面扭转不规则,其不规则程度如何判定,《抗震规范》和《高层建筑规程》都没有明确的规定。
根据《抗震规范》的主要编制人员在《建筑结构抗震设计规范疑问解答》一书中的建议,以及《高层建筑规程》主要编制人员的讨论意见,可以认为:1)不考虑水平地震作用偶然偏心影响的多层建筑结构,以及考虑水平地震作用偶然偏心影响高层建筑结构,当扭转位移比大于1.2时,可判定为平面扭转不规则的结构。
2)多层建筑结构,不考虑水平地震作用的偶然偏心影响时扭转位移比大于1.3不大于1.5时,可判定为特别不规则的结构。
平面特别不规则的多层建筑结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响。
多层建筑结构,不考虑水平地震作用偶然偏心影响时的扭转位移比大于1.5时,一般判定为严重不规则的结构。
3)A级高度的高层建筑结构,考虑水平地震作用偶然偏心影响时,扭转位移比大于1.4不大于1.5,B级高度的高层建筑结构、混合结构的高层建筑结构和《高层建筑规程》第10章所指的复杂高层建筑结构,考虑水平地震作用偶然偏心影响时,扭转位移比大于1.3不大于1.4时,可判定这些高层建筑结构为特别不规则的结构。