偶然偏心和双向地震作用的正确选用

2011-08-15王军

山西建筑 2011年1期

王军

1 考虑偶然偏心:[是]或[否]

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。根据《高规》第 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%。

2 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。实际上，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”。

3 偶然质量偏心

JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程 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%。

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:1)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;2)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;3)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;4)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。

4 双向地震的扭转效应

GB 50011-2001建筑抗震设计规范第 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。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。

由于地震影响系数在长周期下降较快，对于基本周期大于3.5 s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，两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 3.5 s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。