【摘要】2010版《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算和傾覆力矩計(jì)算,本文簡(jiǎn)要介紹規(guī)定水平力的計(jì)算方法,通過(guò)工程實(shí)例,比較PKPM軟件按照規(guī)定水平力法和CQC組合法計(jì)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(jì)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(jì)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(jí)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(shí),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(jì)算得出。
2.規(guī)范引入規(guī)定水平地震力計(jì)算方法的原因
02版規(guī)范中,計(jì)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(jì)算,即先求出各振型下的位移,再采用CQC組合方法計(jì)算在地震作用下各振型的總位移,這種將各個(gè)振型的響應(yīng)在概率的基礎(chǔ)上采用完全二次方開(kāi)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(rùn)春天住宅小區(qū)位于東營(yíng)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(chē)庫(kù),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(jì)基本地震加速度0.1g,設(shè)計(jì)地震分組為第三組,抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi),剪力墻抗震等級(jí)為四級(jí)。
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(jì)算,如圖2。SATWE軟件在“規(guī)定水平力”選項(xiàng)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(cuò)層部位導(dǎo)致樓層劃分困難采用的計(jì)算方法。本工程采用第一種計(jì)算方法。
3.3規(guī)范法計(jì)算“規(guī)定水平力”
規(guī)范法計(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果如下:
根據(jù)規(guī)范對(duì)規(guī)定水平地震力計(jì)算方法的定義,第一層X(jué)向規(guī)定水平力FXV1=4593.62-3377.25=1216.37KN,第二層X(jué)向規(guī)定水平力FXV2=3377.25-2908.68=468.58KN,以此類(lèi)推,逐層計(jì)算,人工計(jì)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(jì)算位移比結(jié)果比較
采用PKPM2010按規(guī)定水平力法計(jì)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(yǔ)
控制位移比,減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì),是抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。本文介紹2010版《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出的規(guī)定水平力的概念和計(jì)算方法,通過(guò)工程實(shí)例,介紹規(guī)定水平力法在PKPM2010中的應(yīng)用,通過(guò)比較2008版PKPM與2010版PKPM位移比的計(jì)算結(jié)果,得出新規(guī)范對(duì)位移比的控制更加嚴(yán)格的結(jié)論,并簡(jiǎn)要提出控制扭轉(zhuǎn)位移比的方法,為今后使用PKPM軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)位移比,提供一定的借鑒作用。
參考文獻(xiàn)
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[3] 判別結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的位移比計(jì)算方法探討 建筑結(jié)構(gòu)