在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要控制結(jié)構(gòu)各樓層的水平剪力,當(dāng)不滿足要求時(shí),需按規(guī)范的要求進(jìn)行剪重比的調(diào)整。而在樓層剪重比調(diào)整時(shí),需要判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,從而確定樓層最小地震剪力系數(shù)。在設(shè)計(jì)中如何判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,進(jìn)而確定出樓層最小地震剪力系數(shù),進(jìn)行剪重比的正確調(diào)整呢?

本文從抗規(guī)及高規(guī)對(duì)剪重比的調(diào)整要求、對(duì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是否明顯的判斷要求出發(fā),結(jié)合軟件和工程案例,介紹如何根據(jù)PKPM軟件計(jì)算結(jié)果,合理的判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。

01、規(guī)范的要求

1.1抗規(guī)要求

    抗規(guī)5.2.5條對(duì)結(jié)構(gòu)樓層最小剪重比的調(diào)整要求,如圖1所示。

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通過(guò)抗規(guī)5.2.5條的要求可知,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否對(duì)樓層最小地震剪力系數(shù)的影響很大。如何在設(shè)計(jì)中判斷出該結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯呢?

在抗規(guī)5.2.5條的條文說(shuō)明中,規(guī)范對(duì)于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的判斷給出了如圖2所示的判斷條件,根據(jù)前三個(gè)振型,兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級(jí),即判斷為結(jié)構(gòu)存在明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

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1.2 高規(guī)要求

    高規(guī)4.3.12條對(duì)結(jié)構(gòu)樓層最小剪重比的調(diào)整要求,如圖3所示。

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高規(guī)對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否的剪重比要求和抗規(guī)要求是一致的。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的判斷條件是不同的。高規(guī)條文說(shuō)明中強(qiáng)調(diào)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu)是通過(guò)樓層位移比或?qū)娱g位移比大于1.2來(lái)判斷,如圖4所示。

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從上述兩本規(guī)范的對(duì)比可知,對(duì)于樓層最小剪重比調(diào)整時(shí),很關(guān)鍵的一點(diǎn)是要判斷該結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。按高規(guī)判斷相對(duì)比較簡(jiǎn)單,只要查看樓層位移比或者層間位移比即可確定是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。按照抗規(guī)的判斷就需要按照查看考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法的分析結(jié)果,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較繁瑣。

02、按高規(guī)方法判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否

按高規(guī)判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否相容易,只需在計(jì)算結(jié)束后,查看SATWE軟件輸出的樓層位移比或者層間位移比,該數(shù)值大于1.2,即可確定屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。反之,結(jié)構(gòu)不屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。如果有其中一層的位移比或者扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,該結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,如果要進(jìn)行剪重比調(diào)整,就需要全樓均按照規(guī)范中的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最小剪重比進(jìn)行調(diào)整。如圖5所示是某結(jié)構(gòu)計(jì)算輸出的位移比及層間位移比的結(jié)果。

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03、按抗規(guī)方法判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否

按抗規(guī)的方法判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法分析,根據(jù)分析后的結(jié)果去判斷。一般選取前三個(gè)振型,每個(gè)振型兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級(jí),即判斷為屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu)。如圖6所示為某結(jié)構(gòu)輸出的考慮了扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)分析各方向地震作用時(shí)的振型參與系數(shù)的結(jié)果。

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按上圖6的輸出結(jié)果,該結(jié)構(gòu)的前三個(gè)振型,兩個(gè)水平方向的振型參數(shù)系數(shù)基本是同一數(shù)量級(jí),即判斷為該結(jié)構(gòu)存在明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

04、工程案例剖析

如圖7所示為某框架結(jié)構(gòu)的三維模型圖,地下2層,地上3層,總高度18.5m。該結(jié)構(gòu)采用SATWE軟件計(jì)算完畢之后,查看其各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。

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在剛性樓板假定下,查看該結(jié)構(gòu)考慮偶然偏心的樓層位移比,發(fā)現(xiàn)X方向規(guī)定水平力及X方向正負(fù)5%偶然偏心規(guī)定水平力下的樓層位移比均小于1.2,如圖8所示;但是Y方向規(guī)定水平力及Y方向正負(fù)5%偶然偏心規(guī)定水平力下的樓層位移比有的樓層大于1.2,如圖9所示。如果按高規(guī)要求的方式判斷該結(jié)構(gòu)應(yīng)該屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu)。

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圖8 X方向正偏心5%規(guī)定水平力下的樓層位移比

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該結(jié)構(gòu)的地震作用計(jì)算按考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法分析,計(jì)算后查看PKPM軟件SATWE輸出的地震作用振型參與系數(shù)的結(jié)果,如圖10所示。

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根據(jù)該框架結(jié)構(gòu)的前三個(gè)振型輸出的兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)可知,每個(gè)振型兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)均差一個(gè)數(shù)量級(jí),不為同一個(gè)數(shù)量級(jí),按抗規(guī)的要求判斷,即判斷該結(jié)構(gòu)為不存在明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

對(duì)上述圖7的框架結(jié)構(gòu),按抗規(guī)和高規(guī)的要求判斷是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu),會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。如果判斷該結(jié)構(gòu)的剪重比是否做調(diào)整時(shí),由于不同的判斷條件,會(huì)導(dǎo)致完全不同的結(jié)果,造成設(shè)計(jì)疑惑。

05、設(shè)計(jì)建議

對(duì)同一個(gè)結(jié)構(gòu),按照高規(guī)的樓層位移比判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯時(shí),不僅要考慮X、Y兩個(gè)方向的位移比,同時(shí)還要考慮每一層的位移比或?qū)娱g位移比是否大于1.2,這就導(dǎo)致很多情況下判斷條件過(guò)于嚴(yán)格,甚至不合理。比如,某結(jié)構(gòu)有突出屋面的局部樓層,可能由于這個(gè)頂層位移比超限了,按高規(guī)判斷條件,該結(jié)構(gòu)就屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,剪重比的要求及調(diào)整按扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯進(jìn)行控制,這明顯不合理。

結(jié)構(gòu)的地震作用分析一般采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法,按抗規(guī)的要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的判斷。一般可取計(jì)算結(jié)果中的前三個(gè)振型,判斷每個(gè)振型下兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)是否為同一量級(jí);如果是同一數(shù)量級(jí),就判斷該結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。反之,就不屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯?拐鹨(guī)范判斷結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的方式相比高規(guī)較為合理。

設(shè)計(jì)中要確定結(jié)構(gòu)的剪重比調(diào)整,可根據(jù)SATWE軟件輸出的地震作用振型參與系數(shù)的結(jié)果,可判斷結(jié)構(gòu)前三個(gè)振型,如果兩個(gè)水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級(jí),則該結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,在進(jìn)行剪重比調(diào)整時(shí)就需要按圖11所示的方式,選擇“扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯”,軟件會(huì)自動(dòng)按照規(guī)范的要求確定最小剪重比,并進(jìn)行剪重比的控制及調(diào)整。

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