引言
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要控制結(jié)構(gòu)各樓層的水平剪力，當(dāng)不滿足要求時，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，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)對剪重比的調(diào)整要求、對扭轉(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條對結(jié)構(gòu)樓層最小剪重比的調(diào)整要求，如圖1所示。
圖1 抗規(guī)對樓層剪重比的調(diào)整要求
通過抗規(guī)5.2.5條的要求可知，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯與否對樓層最小地震剪力系數(shù)的影響很大。如何在設(shè)計中判斷出該結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯呢？
在抗規(guī)5.2.5條的條文說明中，規(guī)范對于扭轉(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)前三個振型，兩個水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級，即判斷為結(jié)構(gòu)存在明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
圖2 抗規(guī)對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的判斷
1.2 高規(guī)要求
高規(guī)4.3.12條對結(jié)構(gòu)樓層最小剪重比的調(diào)整要求，如圖3所示。
圖3 高規(guī)對樓層剪重比的調(diào)整要求
高規(guī)對結(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)條文說明中強(qiáng)調(diào)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的結(jié)構(gòu)是通過樓層位移比或?qū)娱g位移比大于1.2來判斷，如圖4所示。
圖4 高規(guī)對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的判斷
從上述兩本規(guī)范的對比可知，對于樓層最小剪重比調(diào)整時，很關(guān)鍵的一點是要判斷該結(jié)構(gòu)是否屬于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。按高規(guī)判斷相對比較簡單，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，相對來說比較繁瑣。
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)計算輸出的位移比及層間位移比的結(jié)果。
圖5 satwe輸出的樓層位移比和層間位移比結(jié)果
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。一般選取前三個振型，每個振型兩個水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級，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的振型參與系數(shù)的結(jié)果。
圖6 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)個方向地震作用時的振型參與系數(shù)
按上圖6的輸出結(jié)果，該結(jié)構(gòu)的前三個振型，兩個水平方向的振型參數(shù)系數(shù)基本是同一數(shù)量級，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軟件計算完畢之后，查看其各項計算結(jié)果。
圖7 某框架結(jié)構(gòu)三維模型圖
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)。
圖8 x方向正偏心5%規(guī)定水平力下的樓層位移比
圖9 y方向負(fù)偏心5%規(guī)定水平力下的樓層位移比
該結(jié)構(gòu)的地震作用計算按考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法分析，計算后查看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。
圖10 該框架結(jié)構(gòu)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)各方向地震作用時的振型參與系數(shù)
根據(jù)該框架結(jié)構(gòu)的前三個振型輸出的兩個水平方向的振型參與系數(shù)可知，每個振型兩個水平方向的振型參與系數(shù)均差一個數(shù)量級，不為同一個數(shù)量級，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，由于不同的判斷條件，會導(dǎo)致完全不同的結(jié)果，造成設(shè)計疑惑。
05
設(shè)計建議
對同一個結(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，不僅要考慮x、y兩個方向的位移比，同時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。一般可取計算結(jié)果中的前三個振型，判斷每個振型下兩個水平方向的振型參與系數(shù)是否為同一量級；如果是同一數(shù)量級，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)前三個振型，如果兩個水平方向的振型參與系數(shù)為同一量級，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)整時就需要按圖11所示的方式，選擇“扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯”，軟件會自動按照規(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。
圖11 剪重比調(diào)整選擇“扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯”
參考文獻(xiàn)
[1] gb50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.
[2] jgj3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.