規(guī)定水平力地震力與PKPM應(yīng)用

【摘要】2010版《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》首次引入規(guī)定水平力的概念，應(yīng)用于地震作用下樓層位移比計算和傾覆力矩計算，本文簡要介紹規(guī)定水平力的計算方法，通過工程實例，比較PKPM軟件按照規(guī)定水平力法和CQC組合法計算結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比的差別。 

　　【關(guān)鍵詞】規(guī)定水平力；PKPM2010；位移比；地震剪力 

　　1.扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和規(guī)定水平地震力 

　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.4.3條：在規(guī)定水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移或?qū)娱g位移，大于該樓層兩端彈性水平位移或?qū)娱g位移平均值的1.2倍為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》3.4.5條：在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍。根據(jù)規(guī)范定義，當(dāng)位移比大于1.2時，即可判定結(jié)構(gòu)在地震作用下扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，位移比則是按照規(guī)定水平地震力作用計算得出。 

　　2.規(guī)范引入規(guī)定水平地震力計算方法的原因 

　　02版規(guī)范中，計算位移比采用CQC法直接得到的節(jié)點(diǎn)最大位移和平均位移的比值。各振型位移的CQC組合計算，即先求出各振型下的位移，再采用CQC組合方法計算在地震作用下各振型的總位移，這種將各個振型的響應(yīng)在概率的基礎(chǔ)上采用完全二次方開方的組合方式得到總的結(jié)構(gòu)位移，每一點(diǎn)都是最大值，可能造成樓層位移計算失真，最大位移出現(xiàn)在樓蓋的中部而不是角部。 

　　根據(jù)10版《高規(guī)》和《抗規(guī)》的條文規(guī)定，位移比的計算如圖1所示，樓層最大水平位移取角部位移δ2，樓層位移的平均值取樓蓋中點(diǎn)即兩端位移平均值（δ1+δ2）/2，二者的比值即為位移比。如果最大位移出現(xiàn)在樓蓋的中部而非角部，上述位移比的計算式將失去意義，因此新規(guī)范用規(guī)定水平力法代替CQC法計算結(jié)構(gòu)的位移比，確保樓層最大水平位移出現(xiàn)在端部，使該算式準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 

　　3.規(guī)定水平力法在工程中應(yīng)用 

　　3.1 工程概況 

　　朗潤春天住宅小區(qū)位于東營市西城區(qū)核心地段，其中8#樓為地下一層，地上四層，地下一層外接車庫，主體高度12.6m，采用鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)。 

　　該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度0.1g，設(shè)計地震分組為第三組，抗震設(shè)防類別為丙類，剪力墻抗震等級為四級。 

　　3.2 規(guī)定水平力在PKPM2010中的確定方式 

　　2010版SATWE中按照新規(guī)范的要求，增加了“規(guī)定水平力”的計算，如圖2。SATWE軟件在“規(guī)定水平力”選項中提供了兩種方法，一種是最常用的“樓層剪力差方法”，一種是“節(jié)點(diǎn)地震作用CQC組合方法”。第一種是《抗規(guī)》、《高規(guī)》要求的“規(guī)定水平力法”（即規(guī)范法），用于結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、樓層概念清晰的建筑；第二種是結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜、具有較多錯層部位導(dǎo)致樓層劃分困難采用的計算方法。本工程采用第一種計算方法。 

　　3.3規(guī)范法計算“規(guī)定水平力” 

　　規(guī)范法計算規(guī)定水平力，該四層抗震墻結(jié)構(gòu)X向地震作用下，SATWE計算的WZQ.OUT輸出X向各層樓層剪力結(jié)果和SATWE軟件在WV02Q.OUT輸出各規(guī)定水平力計算結(jié)果如下： 

　　根據(jù)規(guī)范對規(guī)定水平地震力計算方法的定義，第一層X向規(guī)定水平力FXV1=4593.62-3377.25=1216.37KN，第二層X向規(guī)定水平力FXV2=3377.25-2908.68=468.58KN，以此類推，逐層計算，人工計算出的規(guī)定水平力大小與軟件輸出結(jié)果完全一致。 

　　3.4. CQC法與規(guī)定水平力法計算位移比結(jié)果比較 

　　采用PKPM2010按規(guī)定水平力法計算結(jié)構(gòu)位移比，X向和Y向最大位移和位移比的 

　　WDISP.OUT輸出結(jié)果如下 

　　工況：X 方向地震作用下的樓層最大位移和最大位移比 

　　4. 結(jié)語 

　　控制位移比，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)設(shè)計，是抗震設(shè)計的主要內(nèi)容之一。本文介紹2010版《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》提出的規(guī)定水平力的概念和計算方法，通過工程實例，介紹規(guī)定水平力法在PKPM2010中的應(yīng)用，通過比較2008版PKPM與2010版PKPM位移比的計算結(jié)果，得出新規(guī)范對位移比的控制更加嚴(yán)格的結(jié)論，并簡要提出控制扭轉(zhuǎn)位移比的方法，為今后使用PKPM軟件計算結(jié)構(gòu)位移比，提供一定的借鑒作用。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　[1] 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50011-2010 

　　[2] 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ3-2010 

　　[3] 判別結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的位移比計算方法探討 建筑結(jié)構(gòu)