偶然偏心及双向地震的区别及实际应用(2)

2019-05-17 11:36

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。

特别不规则的高层建筑结构,必须同时计算偶然偏心和双向地震作用下的扭转影响。因为,对比计算分析表明,两者的地震作用效应谁更为不利,会随具体工程不同而不同,同一工程的不同部位或不同的构件,一般也不会完全相同。安全可靠的办法是取二者的不利结果来进行结构构件的设计。

SATWE软件具有同时计算偶然偏心和双向水平地震作用效应的功能。程序在按《抗震规范》的公式(5.2.3-7)或公式(5.2.3-8)计算双向水平地震作用的扭转影响时,仅取不考虑偶然偏心的单行水平地震作用效应来计算。程序会自动比较考虑偶然偏心和双向水平地震作用的计算结果,并取二者的最不利的计算结果来进行结构构件设计。

4)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1.5,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1.4时,一般可判定为严重不规则的结构。

5) 建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不规则的建筑方案应按规定采取加强措施:特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;不应采用严重不规则的建筑方案。

——摘自《混凝土结构设计问答实录》姜学诗 编著 第24页 1. 何时考虑“偶然偏心”?

《高规》第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。附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5%。

控制偶然偏心的主要目的是控制结构的扭转效应。当结构在偶然偏心作用下的位移比大于1.2时,则说明该结构的质量和刚度的分布比较不均匀,抗扭转的能力比较差。

对于高层建筑,即便是均匀、对称的结构,也应考虑偶然偏心的影响;对于多层建筑,则可以不考虑偶然偏心的影响。

程序在进行偶然偏心计算时,总是假定结构所有楼层质量同时向某个方向偏心,对于不同楼层向不同方向运动的情况(比如某一层向X正向运动,另一楼层沿X负向运动),程序没有考虑。

2. 何时考虑“双向地震作用”?

《抗震规范》5.1.1条规定:质量和刚度分布明显不对称、不规则的结构,应计入双向地震作用下的扭转影响。其计算公式为: ,


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