偶然偏心和双向地震作用的正确选用

1、偶然偏心和双向地震作用的正确选用     李宏强（机械工业第六设计研究院  河南  郑州  450007）孙莉萍（河南交通职业技术学院  河南  郑州  450007）建筑结构的地震作用计算时，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？下文说一下笔者自己的理解。（1）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

2、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。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。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23。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，PKPM程序只考虑下列四种偏心方式：A)、X向地震，所有楼层

3、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

4、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。考虑偶然偏心时，程序将无偏心的初始质量分布作为一组地震作

5、用，再按附加偏心距取X、Y地震作用方向垂直建筑物边长的±5，形成四种偏心方式的两组地震作用效应合起来共三个地震组合进行内力分析计算，使地震组合数增加到原来的三倍。对于高层建筑结构在计算单向水平地震作用时，必须考虑偶然偏心的影响，对称、均匀的结构也不例外。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。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

6、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。        ,      在构件设计阶段，做内力组合时，EX和EY对应的反应Sx，Sy将被Sxy，Syx代替。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。目前，普遍做法为：在刚性楼板假定下，不考虑水平地震作用偶然偏心影响时的高层建筑结构，当结构位移比>1.2

7、，需要考虑双向地震作用；在刚性楼板假定下，不考虑水平地震作用偶然偏心影响时的多层建筑结构，当结构位移比>1.2，需要考虑双向地震作用。按照高规的规定单向地震作用计算时，应考虑质量偶然偏心；质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用计算。因此质量偶然偏心和双向地震作用得影响可不同时考虑，应考虑二者的不利情况进行结构设计。SATWE软件在同时计算偶然偏心和双向水平地震作用效应时，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。以上为结构构件内力计算时偶然偏心和双向地震作用的选用的方法；在进行结构整体刚度（楼层位移比、层间位移角

8、）计算时偶然偏心和双向地震作用的使用又有些不同。笔者的再讲述一下控制楼层位移比、层间位移角时偶然偏心和双向地震作用选用。“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；目的为限制结构的扭转，是为了控制建筑扭转效应的参数。控制位移比的计算模型： 按照规范要求的定义，位移比表示为“最大位移/平均位移”，而平均位移表示为“（最大位移+最小位移）/2”，其中的关键是“最小位移”，当楼层中产生0位移节点，则最小位移一定为0，从而造成平均位移为最大位移的一半，位移比为2。则失去了位移比这个结构特征参数的参考意义，所以计算位移比时，如果楼层中

9、产生“弹性节点”，应选择“强制刚性楼板假定”。 “层间位移角”指：按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比；目的为控制结构的侧向刚度，是为了控制建筑结构最小侧向刚度得参数。“层间位移角”同样是根据刚性楼板假定的条件下确定的，所以计算位移角时，如果楼层中产生“弹性节点”，应选择“强制刚性楼板假定”。 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。对于不规则的多层建筑应考虑偶然偏心影响下位移比。总结1. 结构构件设计：平面规则的多层建筑结构，双向地震和偶然偏心均不考虑；高层及平面不规则的多层建筑结构，在不考虑偶然偏心影响的条件下，扭转位移比小于1.2时，仅考虑偶然偏心影响；高层及平面不规则的多层建筑结构，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，应分别偶然偏心和双向水平地震作用，并取二者的最不利的计算结果。2. 层间位移角及楼层位移计算：层间位移角计算时偶然偏心和双向地震均不考虑。高层及平面不规则的多层建筑结构，计算楼层位移比时均应考虑偶然偏心影响，在不考虑偶然偏