偶然偏心和雙向地震作用的正確選用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上偶然偏心和雙向地震作用的正確選用 考慮偶然偏心：是或否偶然偏心的含義指的是：有偶然因素引起的結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布的變化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固有振動特性的變化，因而結(jié)構(gòu)在相同地震作用下的反應(yīng)也將發(fā)生變化?？紤]偶然偏心，也就是考慮由偶然偏心引起的可能最不利的地震作用。詳見SATWE用戶手冊125頁10條。根據(jù)高規(guī)12頁第3.3.3條“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響”，故單向地震力計算時選是，雙向地震力計算時選否，多層規(guī)則結(jié)構(gòu)可不考慮?？紤]偶然偏心計算時，對結(jié)構(gòu)的荷載（總重、風(fēng)荷載）、周期、豎向位移、風(fēng)荷載作用下的位移及結(jié)構(gòu)的剪重比沒有影響；而對結(jié)構(gòu)的地震力和地震下的位移

2、（最大位移、層間位移、位移角等）有較大區(qū)別，平均增大18.47；對結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、柱）的配筋平均增大23?？紤]雙向地震作用：是或否根據(jù)抗規(guī)第26頁第5.1.1條3款（強(qiáng)條）：“質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”。一般情況下，均可在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別計算水平地震作用，此時可不考慮上一條的偶然偏心用戶可根據(jù)實際工程情況選擇是否需要考慮。實際，對于多層結(jié)構(gòu)而言，如果比較規(guī)則，那么可通過抗規(guī)第5.2.5條（剪重比的要求）來考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)和偶然偏心；對于高層而言，如果結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，則應(yīng)選用“考慮偶然偏心”項，而不必再選“考慮雙向地震作用”。對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，不論多層還是

3、高層均應(yīng)選用“考慮雙向地震作用”。摘自框架結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)專業(yè)）施工圖設(shè)計實例梁峰 張敘主編2007年版10 偶然質(zhì)量偏心高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-20023.3.3條規(guī)定，計算地震作用時，應(yīng)考慮偶然偏心的影響，附加偏心距可取與地震作用方向垂直的建筑物邊長的5。偶然偏心的含義指的是：由偶然因素引起的結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布的變化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固有振動特性的變化，因而結(jié)構(gòu)在相同地震作用下的反應(yīng)也將發(fā)生變化。考慮偶然偏心，也就是考慮由偶然偏心引起的可能最不利的地震作用。從理論上，各個樓層的質(zhì)心都可以在各自不同的方向出現(xiàn)偶然偏心，從最不利的角度出發(fā)，我們在程序中只考慮下列四種偏心方式：A)、X向地震，所有樓層

4、的質(zhì)心沿Y軸正向偏移5，該工況記作EXP；B)、X向地震，所有樓層的質(zhì)心沿Y軸負(fù)向偏移5，該工況記作EXM；C)、Y向地震，所有樓層的質(zhì)心沿X軸正向偏移5，該工況記作EYP；D)、Y向地震，所有樓層的質(zhì)心沿X軸負(fù)向偏移5，該工況記作EYM；要實現(xiàn)偶然偏心，首要任務(wù)是確定各個偏心方式下的結(jié)構(gòu)振動特性。最準(zhǔn)確的辦法是當(dāng)然是針對不同的偏心方式重新計算結(jié)構(gòu)固有振動特性，求解廣義特征值問題，但是這樣做效率較低。對于完全采用剛性樓板假定的結(jié)構(gòu)倒沒有問題，對于存在“獨立彈性節(jié)點”的結(jié)構(gòu)則要花費(fèi)較多的時間?？紤]到這一點，我們采用一種稍為簡單的方式來確定振動特性：將未偏心的初始結(jié)構(gòu)的各振型的地震力作用點，按照指

5、定方式偏移5后，重新作用于結(jié)構(gòu)上，此時結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移，就是一個近似的偏心振型。知道了解偏心振型，偏心地震作用的計算就可以進(jìn)行了。這個辦法有一定的近似性，但提高了效率。通過試算，我們認(rèn)為其結(jié)果還是比較合理的，可以在工程計算中采用。考慮了偶然偏心地震后，就在原有的未偏心X,Y地震EX,EY的基礎(chǔ)上，新增加了四個地震工況EXP,EXM,EYP和EYM,在合力組合時，任一個有EX參與的組合，將EX分別代以EXP和EXM，將增加成三個組合；任一個有EY參與的組合，將EY分別代以EXP和EXM，將增加成三個組合。簡言之，地震組合數(shù)將增加到原來的三倍。11 雙向地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-

6、2001第5.1.1條規(guī)定，質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)應(yīng)計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。現(xiàn)在我們考慮某個地震反應(yīng)參數(shù)，該參數(shù)在X和Y地震作用下的反應(yīng)分別 ,那么在考慮了雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)后，對應(yīng)于雙向地震工況 和 的地震反應(yīng) ， 將如下計算： , 在構(gòu)件設(shè)計階段，做內(nèi)力組合時，EX和EY對應(yīng)的反應(yīng) ， 將被 ， 代替。摘自SATWE用戶手冊及技術(shù)條件中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部2002年版3.3.3 計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響。每層質(zhì)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層質(zhì)心偏移值（m），各樓層質(zhì)心偏心方向相同；摘自高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3

7、-200212頁第3.3.3條5.1.1 各類建筑結(jié)構(gòu)的地震作用，應(yīng)符合下列規(guī)定： 3 質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其他情況，應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計入扭轉(zhuǎn)影響。摘自建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB 50011-2001（2008年版）第26頁第5.1.1條3款5.2.5 抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求： (5.2.5)式中 -第i層對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力； -剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表5.2.5規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)； -第j層的重力荷載代表值。表5.2.5 樓層最小

8、地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于3.5s的結(jié)構(gòu)0.016（0.024）0.032（0.048）0.064基本周期大于5.0s的結(jié)構(gòu)0.012（0.018）0.024（0.032）0.040注：1 基本周期介于3.5s和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值； 2 括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。條文說明5.2.5 由于地震影響系數(shù)在長周期短下降較快，對于基本周期大于3.5s的結(jié)構(gòu)，由此計算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu)，地震動態(tài)作用中的地面運(yùn)動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大影響，但是規(guī)范所采用的振型分解反應(yīng)譜法尚無法

9、對此作出估計。處于結(jié)構(gòu)安全的考慮，增加了對各樓層水平地震剪力最小值的要求，規(guī)定了不同烈度下的剪力系數(shù)，結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)應(yīng)根據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否一般可由考慮耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法分析結(jié)果判斷，例如前三個振型中，二個水平方向的振型參與系數(shù)為同一個量級，即存在明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于3.5s的結(jié)構(gòu)，剪力系數(shù)取0.2 ，保證足夠的抗震安全度。對于存在豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，突變部位的薄弱層，尚應(yīng)按本規(guī)范第3.4.3條的規(guī)定，再乘以1.15的系數(shù)。本條規(guī)定不考慮阻尼比的不同，是最低要求，各類結(jié)構(gòu)，包括隔震和消能減震結(jié)構(gòu)均需一律遵守。摘自建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB 50011-

10、2001（2008年版）第33、238頁第5.2.5條18.抗震設(shè)計時，建筑結(jié)構(gòu)的地震作用計算，在什么情況下應(yīng)考慮偶然偏心的影響？在什么情況下應(yīng)計算雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響？（1）高層建筑規(guī)程第3.3.3條明確規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)無論平面是否規(guī)則在計算單向水平地震作用時均應(yīng)考慮偶然偏心的影響。每層質(zhì)心沿垂直于地震作用方向的偏移值（質(zhì)量偶然偏心）可取0.05Li（Li為第i層垂直于地震作用方向的建筑物總長度）。實際計算時，將每層質(zhì)心沿主軸的同一方向（正向或負(fù)向）偏移0.05Li。因為，即便是平面規(guī)則的（包括對稱）的建筑結(jié)構(gòu)，國外的多數(shù)抗震設(shè)計規(guī)范同我國的高層建筑規(guī)程一樣，也考慮由于施工、使用及地震

11、地面運(yùn)動的扭轉(zhuǎn)分量等因素引起的偶然偏心影響，即對于平面規(guī)則的結(jié)構(gòu)也規(guī)定了偶然偏心；對于平面布置不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，除其自身已有的偏心外，還要加上偶然偏心。高層建筑結(jié)構(gòu)采用底部剪力法計算結(jié)構(gòu)的地震作用時，也應(yīng)考慮質(zhì)量偶然偏心的影響。高層建筑結(jié)構(gòu)在計算單向水平地震作用時，考慮偶然偏心的影響，有助于提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。（2） 對于抗震規(guī)范中的建筑結(jié)構(gòu)，抗震規(guī)范沒有明確規(guī)定在計算單向水平地震作用時，應(yīng)考慮偶然偏心的影響。但抗震規(guī)范在第5.2.3條就規(guī)則結(jié)構(gòu)如何估計在水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，作出了如下規(guī)定：規(guī)則的不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用應(yīng)乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可

12、按1.15采用，長邊可按1.05采用；當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度較小時，宜按不小于1.3采用。所謂結(jié)構(gòu)的“扭轉(zhuǎn)剛度較小”，一般是指核心筒-外稀柱框架結(jié)構(gòu)或類似的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝徽裥蜑橐耘まD(zhuǎn)為主的振型 時，或 不為第一振型，但滿足 > 或 > 時；對于較高的高層建筑，當(dāng)滿足 > 或 > 時，均屬于扭轉(zhuǎn)剛度較小的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。但如果考慮扭轉(zhuǎn)影響的地震作用效應(yīng)（例如，將地震作用效應(yīng)乘以增大系數(shù)1.3）小于考慮偶然偏心引起的地震作用效應(yīng)時，應(yīng)采用后者，應(yīng)保證抗震設(shè)計的安全，但二者不應(yīng)疊加計算（通常取二者的最不利計算結(jié)果來進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計）。由于SATWE軟件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震作用計算時，

13、會自動按扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算，所以，當(dāng)采用SATWE軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時，對于平面規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)抗震規(guī)范第5.2.3條的規(guī)定，實際上可以不必將地震作用效應(yīng)乘以增大系數(shù)來考慮扭轉(zhuǎn)影響。顯然，關(guān)于水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響，抗震規(guī)范僅對規(guī)則結(jié)構(gòu)如何考慮，做出了明確規(guī)定；對實際工程中大量存在的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，如何考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響，并沒有做出明確的規(guī)定。目前，SATWE軟件還不具備將邊榀框架乘以增大系數(shù)來考慮水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響的功能，所以，這種增大系數(shù)法在實際工程中應(yīng)用起來也很不方便。同高層建筑一樣，多層建筑結(jié)構(gòu)也同樣存在由于施工、使用等原因所產(chǎn)生的偶然偏心引起的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及地震地面運(yùn)動扭轉(zhuǎn)分量的影

14、響。所以編者建議，對于多層建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)屬于平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)在不考慮偶然偏心影響的條件下，扭轉(zhuǎn)位移比大于等于1.2時，也可考慮單向水平地震作用下偶然偏心的影響。（3） 建筑結(jié)構(gòu)的平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，其不規(guī)則程度如何判定，抗震規(guī)范和高層建筑規(guī)程都沒有明確的規(guī)定。根據(jù)抗震規(guī)范的主要編制人員在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范疑問解答一書中的建議，以及高層建筑規(guī)程主要編制人員的討論意見，可以認(rèn)為：1） 不考慮水平地震作用偶然偏心影響的多層建筑結(jié)構(gòu)，以及考慮水平地震作用偶然偏心影響高層建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2時，可判定為平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。2） 多層建筑結(jié)構(gòu)，不考慮水平地震作用的偶然偏心影響時扭轉(zhuǎn)

15、位移比大于1.3不大于1.5時，可判定為特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。平面特別不規(guī)則的多層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。多層建筑結(jié)構(gòu)，不考慮水平地震作用偶然偏心影響時的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.5時，一般判定為嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。3）A級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)，考慮水平地震作用偶然偏心影響時，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.4不大于1.5，B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)和高層建筑規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，考慮水平地震作用偶然偏心影響時，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.3不大于1.4時，可判定這些高層建筑結(jié)構(gòu)為特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。特別不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)，必須同時計算偶然偏心和雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。因為，

16、對比計算分析表明，兩者的地震作用效應(yīng)誰更為不利，會隨具體工程不同而不同，同一工程的不同部位或不同的構(gòu)件，一般也不會完全相同。安全可靠的辦法是取二者的不利結(jié)果來進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計。SATWE軟件具有同時計算偶然偏心和雙向水平地震作用效應(yīng)的功能。程序在按抗震規(guī)范的公式（5.2.3-7）或公式（5.2.3-8）計算雙向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響時，僅取不考慮偶然偏心的單行水平地震作用效應(yīng)來計算。程序會自動比較考慮偶然偏心和雙向水平地震作用的計算結(jié)果，并取二者的最不利的計算結(jié)果來進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計。4）A級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)，考慮水平地震作用偶然偏心影響時，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.5，B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)、混合

17、結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)和高層建筑規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，考慮水平地震作用偶然偏心影響時，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.4時，一般可判定為嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。5） 建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施：特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。摘自混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問答實錄姜學(xué)詩 編著 第24頁1. 何時考慮“偶然偏心”?高規(guī)第3.3.3條規(guī)定：計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響。附加偏心距可取與地震作用方向垂直的建筑物邊長的5?？刂婆既黄牡闹饕康氖强刂平Y(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)在偶然偏心作用下的位移比大于1.2時，則

18、說明該結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的分布比較不均勻，抗扭轉(zhuǎn)的能力比較差。對于高層建筑，即便是均勻、對稱的結(jié)構(gòu)，也應(yīng)考慮偶然偏心的影響；對于多層建筑，則可以不考慮偶然偏心的影響。程序在進(jìn)行偶然偏心計算時，總是假定結(jié)構(gòu)所有樓層質(zhì)量同時向某個方向偏心，對于不同樓層向不同方向運(yùn)動的情況（比如某一層向X正向運(yùn)動，另一樓層沿X負(fù)向運(yùn)動），程序沒有考慮。2. 何時考慮“雙向地震作用”？抗震規(guī)范5.1.1條規(guī)定：質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱、不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。其計算公式為： , 注意：規(guī)范規(guī)定只有質(zhì)量和剛度明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，才考慮雙向地震作用。目前，工程界普遍做法為：在剛性樓板假定下，結(jié)構(gòu)

19、位移比>1.2，需要考慮雙向地震作用。3. “偶然偏心”和“雙向地震作用”同時選擇，程序如何處理？程序允許設(shè)計人員同時選擇“偶然偏心” 和“雙向地震作用”，若同時選擇，則程序在計算內(nèi)力時自動選擇二者之間的較大值進(jìn)行設(shè)計。摘自PKPM結(jié)構(gòu)CAD軟件問題解惑及工程應(yīng)用實例解析陳岱林 趙兵 劉民易 編著 2005年版 第24頁            考慮偶然偏心規(guī)范規(guī)定： 高層規(guī)程第3.3.3條規(guī)定，“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響?！备邔右?guī)程第4.3.5條規(guī)定，“在考慮偶然偏

20、心影響的地震作用下”驗算樓層位移比。程序?qū)崿F(xiàn)：偶然偏心是指由偶然因素引起的結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布變化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固有振動特性的變化，因而結(jié)構(gòu)在相同地震作用下的反應(yīng)也將發(fā)生變化。考慮偶然偏心，就是考慮偶然偏心引起的不利地震作用。程序設(shè)置（考慮偶然偏心）選擇開關(guān)，由設(shè)計人員自行決定是否考慮偶然偏心的影響?？紤]偶然偏心時，程序?qū)o偏心的初始質(zhì)量分布作為一組地震作用，再按附加偏心距取X、Y地震作用方向垂直建筑物邊長的±5，形成四種偏心方式的兩組地震作用效應(yīng)合起來共三個地震組合進(jìn)行內(nèi)力分析計算，使地震組合數(shù)增加到原來的三倍。操作要點：對于高層建筑結(jié)構(gòu)，通常選擇考慮偶然偏心。初始值為不選擇。注意事項：由于

21、結(jié)構(gòu)平、立面布置的多樣性、復(fù)雜性，大量計算分析表明，計算雙向水平地震作用并考慮扭轉(zhuǎn)影響與計算單向水平地震作用并考慮偶然偏心的影響相比，前者并不總是不利的。因此抗震設(shè)計時，根據(jù)抗震規(guī)范第5.2.3條規(guī)定及其條文說明，對于多層建筑，除平面規(guī)則的可通過考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算來估計水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響外，凡屬該規(guī)范第3.4.2條所指的平面不規(guī)則多層建筑，亦應(yīng)考慮偶然偏心的影響。            考慮雙向地震作用規(guī)范規(guī)定：抗震規(guī)范第5.1.1條規(guī)定，“質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”。高層規(guī)程第3.3.1條規(guī)定，“質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”。程序?qū)崿F(xiàn)：考慮雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在X和Y方向地震作用的效應(yīng)分別為 和 ，則： , 程序?qū)χ捎昧伺c其他構(gòu)件略有不同的雙向地震的組合方式。柱的剪力和彎矩只考慮地震作用主方向的雙向地震組合，此方向不作雙向地震組合。在進(jìn)行柱雙偏壓配筋計算時，這種調(diào)整后的組合方式會使計算結(jié)果更合理?？紤]雙向地震時，輸出雙向地震作用下樓層