【结构咖】设计心得004-抗震三剑客-偶然偏心

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本期推荐讲师 作者 | 秋刀鱼 国家一级注册结构工程师,结构工程硕士、常年在甲级设计院从事结构设计工作。 擅长砖混结构、混凝土框架结构、混凝土剪力墙结构、无梁楼盖、人防结构设计。 本文来源于其微信公众号“秋刀鱼塘” 【秋刀鱼塘】设计心得第四期 结构设计相关知识分享的一汪小水塘 问题阐述 地震作用计算和结构抗震验算为结构设计提供依据,指导我们选择合理的结构布置体系、构件截面尺寸和配筋。

本期推荐讲师


作者 | 秋刀鱼

国家一级注册结构工程师,结构工程硕士、常年在甲级设计院从事结构设计工作。

擅长砖混结构、混凝土框架结构、混凝土剪力墙结构、无梁楼盖、人防结构设计。

本文来源于其微信公众号“秋刀鱼塘”


【秋刀鱼塘】设计心得第四期


结构设计相关知识分享的一汪小水塘


问题阐述


地震作用计算和结构抗震验算为结构设计提供依据,指导我们选择合理的结构布置体系、构件截面尺寸和配筋。


而在结构规则性判别这一问题上,偶然偏心、双向地震以及扭转耦联这三个词经常困扰着我们,抗规和高规在相同问题上的不同阐述又造成了设计、审查时的随意。有些指标明明不用考虑,反而成了拦路虎,增加了工作难度。


所以,理解这三个名词对我们日后的设计工作将会大有裨益。


问题分析


形成原因


一是,质量偏心。


在建造过程中,由于技术所限,施工的误差在所难免,相同尺寸的构件其质量几乎不会相同,布置于对称位置时,质心不会在二者连线的中点。


在实际使用时,活荷载出现的地点不固定(这里包含了人员的走动、家具的摆放位置的可变性以及装修材料分布不均匀),无法准确判定质心与刚心的相对位置关系。


所以偏心必然存在,这也是对于质心和刚心重合的对称结构,我们仍要考虑偶然偏心的理由。


二是,地震力偏心。


地震作用时,地面运动的扭转分量会引起偏心。不是所有的地震力都会按照垂直于某一边的方向作用,而是存在一定的角度。


用途


偶然偏心主要用于结构的扭转不规则判断计算及结构、构件的内力(配筋)计算。


偶然偏心的用法


一、计算扭转位移比时,需要考虑具有偶然偏心的规定水平力作用。


二、对于高层结构,《高规》4.3.3条明确规定需要考虑偶然偏心。


计算单向地震作用时,用质心的偏移值来综合考虑质量偏心和地震力偏心的影响。将各振型地震作用沿垂直于地震作用方向,从质心位置偏移±ei来考虑偶然偏心的影响,ei=5%Li,Li为第i层垂直于地震作用方向建筑物的总投影长度。

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三、在条文说明里补充说明当采取底部剪力法计算时,应该考虑偶然偏心。这一条对于使用软件计算时,基本不需要考虑,因为软件主要使用的是振型分解反应谱法。


四、计算双向地震作用时不用考虑,但需要同考虑偶然偏心的单向地震作用计算结果取包络值


五、当楼层平面有局部突出时,可以按照公式计算出等效边长。


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六、偶然偏心直接与单向地震作用方向的建筑物总长度挂钩,当建筑物的长宽比≥3时,可看作长矩形平面,Li值偏大,偶然偏心计算结果不合理。《抗规》3.4.3条指出:“除采用该方向最大尺寸的5%外,也可以考虑具体的平面形状和抗侧力构件的布置调整”,这里的调整,应根据双向地震的计算结果调整偶然偏心的系数,使两种计算假定下,结构扭转位移比数值接近。


七、对于多层结构,在朱总的《问答》一书中,以及微博里也做了相应说明,多层结构也应考虑偶然偏心。




总结一下偶然偏心的用法:


一、无论是否为高层结构,均需要勾选偶然偏心。


二、如果是长矩形结构(长宽比≥3),在勾选了偶然偏心之后,仍需要勾选双向地震作用。然后在结构位移计算文件中,查看偶然偏心规定水平力作用下,结构的位移比和双向地震作用下的计算结果。


比如下面这个例子:


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这是一个长矩形的结构,在具有偶然偏心的规定水平力作用下,扭转位移比为1.65/1.68,不符合规范要求。


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而双向地震作用下,扭转位移比虽然没有直接给出,但可以通过方框内的位移数值算出,为1.39/1.42,符合规范要求。


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通过修改x方向的偶然偏心系数为0.1%,使扭转位移比近似相等。另外随着系数的减小,+Y方向和-Y方向的位移比从1.65/1.31变成了1.49/1.48。


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